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        斜支臂弧形閘門焊接支鉸制造關(guān)鍵技術(shù)

        2021-03-09 06:23:02張茂華
        四川水利 2021年1期
        關(guān)鍵詞:門葉支臂機(jī)加工

        張茂華

        (中國水利水電第十工程局有限公司機(jī)電安裝分局,四川 都江堰,611830)

        1 概述

        近年來,斜支臂弧形閘門焊接支鉸的應(yīng)用在不斷增多,與常規(guī)的斜支臂弧形閘門相比,其主差異在于支臂扭轉(zhuǎn)后,在兩支臂相交處采用軸套將支臂焊接成一體,并形成焊接支鉸,不再單獨(dú)設(shè)鑄鋼活動(dòng)鉸。斜支臂制造時(shí),調(diào)整支臂的扭角后,通過調(diào)整軸套與支臂的拼裝角度來控制支臂的水平偏斜角,同時(shí)控制軸套的中心位置,拼裝難度大,拼裝工藝較為關(guān)鍵。焊接支鉸整體預(yù)拼裝后再對(duì)鉸軸孔進(jìn)行機(jī)械加工,對(duì)加工精度要求高。另由于軸套與支臂焊接成一體形成焊接支鉸后,外形尺寸較大,機(jī)械加工時(shí)找正、裝夾難度大。受零部件拼裝誤差、焊縫變形、熱處理、整體預(yù)拼裝測(cè)量誤差、加工精度等多種因素疊加,進(jìn)一步加大了斜支臂弧形閘門焊接支鉸制造的技術(shù)及工藝難度。因此,斜支臂弧形閘門焊接支鉸制造的技術(shù)含量高,制造過程中,需制定合理的工藝,采取有效的控制措施。否則,極易出現(xiàn)質(zhì)量問題,造成大量返修、返工,造成不利后果。

        2 閘門特性

        老撾南歐江六級(jí)水電站共設(shè)置了3套露頂式溢流表孔弧形閘門,孔口尺寸13m×21m,設(shè)計(jì)水頭21.85m,弧門半徑22.5m,支承跨度10.6m,支鉸高度11.5m,總水壓力31062.2kN,弧門單套重量301.32t。

        弧門支鉸采用的焊接支鉸(結(jié)構(gòu)如圖1所示),由支臂和軸套焊接組成,單件重量約27t,外形尺寸6.15m×3.65m×1.6m。支臂材質(zhì)為Q345B,由12mm~50mm的鋼板組裝、焊接而成。軸套材質(zhì)為Q345B,鍛造而成,最終加工后尺寸φ1080/φ670-820mm。

        圖1 焊接鉸結(jié)構(gòu)

        3 制造工藝流程

        焊接支鉸斜制造過程中,調(diào)整前支臂的扭角后,通過調(diào)整軸套與支臂的拼裝角度來控制支臂的水平偏斜角,同時(shí)還需控制軸套的中心位置,且軸套在焊接支鉸上在組裝、焊接、退火的過程中會(huì)產(chǎn)生一定的誤差,造成焊接支鉸的角度或者中心位置發(fā)生偏移。因此,在焊接支鉸退火完成后,再以門葉為基準(zhǔn),在支臂和門葉整體預(yù)拼裝確定支鉸中心后再對(duì)軸套進(jìn)行二次機(jī)械加工,以此精確控制焊接支鉸各部尺寸。其制造工藝流程為:軸套外協(xié)鍛造→軸套一次機(jī)加工→軸套、支臂聯(lián)合組裝→焊接→尺寸檢查、無損檢測(cè)→焊接支鉸整體退火→無損檢測(cè)→支臂、門葉整體預(yù)拼裝→檢測(cè)、劃線→軸套二次機(jī)加工→裝配→防腐→出廠。

        4 焊接鉸制造關(guān)鍵技術(shù)

        4.1 建立三維模型

        焊接支鉸各個(gè)部件的角度相互影響,內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,須精確控制各部件的裝配精度。因此,依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,創(chuàng)建弧形閘門三維模型(如圖2、圖3),并應(yīng)用于以下幾個(gè)方面:

        圖2 焊接支鉸斜支臂弧形閘門三維模型

        圖3 焊接支鉸斜支臂三維模型

        (1)協(xié)同參與碰撞檢測(cè)。將弧形閘門各部件在三維軟件中進(jìn)行總裝,通過設(shè)定相應(yīng)碰撞檢測(cè)規(guī)則,即可進(jìn)行碰撞檢測(cè)。根據(jù)碰撞檢測(cè)結(jié)果,快速定位碰撞點(diǎn),提交碰撞檢測(cè)報(bào)告,供設(shè)計(jì)單位進(jìn)行方案優(yōu)化。

        (2)通過三維模型對(duì)焊接支鉸等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件進(jìn)行分解,根據(jù)三維分解結(jié)果進(jìn)行下料,提高產(chǎn)品下料、裝配的精確度。

        (3)輔助技術(shù)交底。利用三維可視化模型,協(xié)助完成制造前的技術(shù)交底,實(shí)現(xiàn)技術(shù)交底的快速性與準(zhǔn)確性,使項(xiàng)目參與人員充分理解設(shè)計(jì)意圖,更形象、直觀地了解復(fù)雜關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),有效提升施工質(zhì)量和相關(guān)人員的溝通協(xié)作效率。

        4.2 焊接支鉸聯(lián)合拼裝控制

        為了能夠更加精確地控制支臂的水平偏斜角,同時(shí)控制焊接支鉸的鉸鏈中心位置,將以前支臂中心為基準(zhǔn),控制支臂扭角及兩支臂開口跨距,在相應(yīng)的平臺(tái)和胎膜上將支臂各模塊和焊接支鉸單件聯(lián)合拼裝。

        4.2.1 焊接支鉸拼裝前準(zhǔn)備工作

        (1)將軸套進(jìn)行第一次機(jī)加工。軸套為Q345B鍛件,鍛造時(shí)在各個(gè)方向上均預(yù)留了加工余量,因此在進(jìn)行組裝前須對(duì)軸套進(jìn)行加工,包括鉸內(nèi)孔、外壁、兩側(cè)端面。但是,在第一次機(jī)加工軸套時(shí),不應(yīng)加工到圖示理論尺寸,仍須在軸套內(nèi)徑、外徑方向上留20mm的二次機(jī)加工余量,在寬度方向上留12mm的二次機(jī)加工余量。

        (2)按照支臂中性層的角度、支臂長(zhǎng)度和前端開口跨距放出前支臂中心線,兩件前支臂之間的中心線,并在平臺(tái)上畫出地樣。

        (3)按照支臂中性層的角度、支臂長(zhǎng)度和前端開口尺寸放出前支臂中心線,并進(jìn)行地樣標(biāo)識(shí)。

        (4)按斜支臂的尺寸在地樣上搭設(shè)前支臂平臺(tái),平面度≤2.0mm。

        4.2.2 焊接支鉸聯(lián)合拼裝

        (1)將前支臂按地樣尺寸設(shè)置到平臺(tái)上,使得支臂中心線為水平狀態(tài)。以中性層中心為旋轉(zhuǎn)中心按前支臂扭角進(jìn)行旋轉(zhuǎn)??刂魄爸П壑行暮椭П壑行木€重合。按支臂前端開口跨距和支臂長(zhǎng)度將支臂前端的斜口標(biāo)識(shí)在腹板和翼緣上,并根據(jù)焊接支鉸后翼緣與支臂中心線的角度在連接板背面搭設(shè)焊接支鉸組裝胎膜。

        (2)將焊接支鉸后翼緣安裝到胎膜上,調(diào)整翼緣中心線和一致后與兩側(cè)的連接板固定,在后翼緣上按照?qǐng)D示尺寸放樣,標(biāo)識(shí)出腹板、隔梁、筋板位置,然后以腹板→隔梁→筋板的順序進(jìn)行組裝。

        (3)將軸套安裝到焊接支鉸上,利用水準(zhǔn)儀和線錘測(cè)量、調(diào)整軸套與支臂的拼裝角度;利用水準(zhǔn)儀測(cè)量、調(diào)整支臂中心線與軸套中心的高程度;利用卷尺測(cè)量、調(diào)整軸套(如圖4所示)。

        圖4 焊接支鉸內(nèi)部三維模型

        (4)軸套各尺寸調(diào)整、測(cè)量合格后對(duì)軸套進(jìn)行加固。待焊接支鉸內(nèi)部的焊縫完成后,再將前翼緣安裝到焊接支鉸上,進(jìn)行焊接。

        4.3 焊接支鉸焊接

        支臂裝置的焊接分為前支臂和連接板焊接和焊接支鉸部分的焊接,而支臂焊接支鉸結(jié)構(gòu)復(fù)雜,內(nèi)部焊縫要求均為全融合焊縫。如何減小焊接變形、保證焊縫質(zhì)量,是保障支臂裝置質(zhì)量的重要點(diǎn)。因此,在進(jìn)行組裝、焊接前,先對(duì)焊接支鉸所有的焊縫進(jìn)行編號(hào),明確組裝、焊接順序,特別是一些狹小的半封閉空間,應(yīng)該先完成內(nèi)部焊縫,然后再進(jìn)行組裝封閉,減少內(nèi)部焊縫的工作量,同時(shí)也更加利于提高焊縫質(zhì)量。同時(shí),對(duì)焊接參數(shù)要進(jìn)行嚴(yán)格控制,焊接工藝進(jìn)行明確要求,所有焊縫在焊接前都須用加熱片進(jìn)行預(yù)熱,焊接完成后用保溫棉進(jìn)行保溫。預(yù)熱溫度、保溫時(shí)間均應(yīng)滿足NB/T 35045-2014相關(guān)要求。

        焊接時(shí)采用小線能量,快速多層焊,每道的熔渣、飛濺物清理干凈。層間接頭應(yīng)錯(cuò)開30mm以上,且應(yīng)保證層間溫度,層間溫度不應(yīng)低于預(yù)熱溫度且不高于180℃,焊接完成后進(jìn)行超聲波檢查。焊接工藝參數(shù)見表1。

        表1 焊接支鉸焊接工藝參數(shù)

        4.4 焊接支鉸退火

        焊接支鉸所有焊縫焊接、檢測(cè)完畢并合格、幾何尺寸等檢查合格后進(jìn)行退火,以降低焊接殘余應(yīng)力,平衡應(yīng)力分配。退火方式為爐內(nèi)整體退火,退火溫度、保溫時(shí)間、溫度升降速率均應(yīng)按要求嚴(yán)格執(zhí)行(退火參數(shù)見圖5)。從常溫加熱至300℃時(shí)的保溫使溫度均勻,加熱過程中升溫速度嚴(yán)格控制,防止裂紋產(chǎn)生;在保溫過程中,溫度要控制準(zhǔn)確,保溫根據(jù)材質(zhì)及厚度確定,從而消除應(yīng)力峰值,降低殘余應(yīng)力;降溫過程中,降溫速度準(zhǔn)確控制,避免降溫過程中產(chǎn)生新的冷卻應(yīng)力。保溫時(shí)使各部溫度均勻后方可開爐冷卻至常溫,退火后進(jìn)行全面復(fù)查各尺寸,并再次進(jìn)行超聲波檢查。

        圖5 焊接支鉸整體退火曲線示意

        4.5 弧形閘門整體預(yù)拼裝及放樣、劃線

        通過門葉和支臂整體預(yù)拼裝來確定在安裝狀態(tài)下弧形閘門的實(shí)際鉸鏈中心,以此來對(duì)軸套進(jìn)行二次機(jī)加工,消除焊接支鉸由于組裝、焊接引起的誤差,從而精確地控制斜支臂的各項(xiàng)尺寸。

        4.5.1 整體預(yù)拼裝前的準(zhǔn)備工作

        (1)將前支臂、焊接支鉸的連接板以原來在其腹板、翼緣上的標(biāo)記為基準(zhǔn),進(jìn)行找正和加工;

        (2)將前支臂、焊接支鉸進(jìn)行整體組裝,按理論尺寸調(diào)整好支臂長(zhǎng)度、前端開口尺寸后將前端余量切除

        4.5.2 整體預(yù)拼裝、劃線

        (1)按照放樣的位置,設(shè)置一件底檻,底檻平面度≤1.0mm,用經(jīng)緯儀分別在場(chǎng)地上和底檻上放出門葉中心線和門葉底緣控制線;

        (2)將各節(jié)門以底緣線和門葉中心線為基準(zhǔn)進(jìn)行組裝,組裝時(shí),應(yīng)對(duì)各節(jié)門葉進(jìn)行可靠加固,防止傾倒;

        (3)以已組裝好的門葉調(diào)整鉸鏈中心,并在球心器上做好標(biāo)識(shí);

        (4)分別將左、右兩側(cè)的前支臂、焊接支鉸按圖紙組裝到門葉上并對(duì)支臂進(jìn)行可靠加固,并用鋼琴線標(biāo)示鉸鏈中心,檢查門葉、支臂的各項(xiàng)數(shù)據(jù);

        (5)數(shù)據(jù)合格后,開始在軸套上進(jìn)行劃線標(biāo)識(shí)。首先,在軸套兩側(cè)端面以鋼琴線為基準(zhǔn)做好內(nèi)孔的加工基準(zhǔn),為提高加工精度,在兩側(cè)圓周上每隔45°就應(yīng)該做一個(gè)標(biāo)識(shí);在軸套寬度方向上以門葉中心線為基準(zhǔn)標(biāo)識(shí)出軸套寬度的實(shí)際中心,并用線錘找正;然后以軸套寬度實(shí)際中心為基準(zhǔn)按軸套的寬度將軸套兩側(cè)端面的加工線標(biāo)識(shí)在軸套上。

        4.6 軸套二次機(jī)加工

        機(jī)加工前,應(yīng)先根據(jù)軸套寬度中心標(biāo)記找正,保證軸套內(nèi)孔及兩端面分別與門葉中心線垂直和平行。然后利用落地鏜床按軸套兩側(cè)端面圓周上的標(biāo)記加工軸套內(nèi)孔。內(nèi)孔加工完成后,再利用銑床按軸套寬度方向上的標(biāo)記將軸套加工到理論寬度。加工前,須按標(biāo)記進(jìn)行焊接支鉸整體找正。軸套內(nèi)孔的二次機(jī)加工必須同時(shí)以軸套兩側(cè)的加工標(biāo)記為基準(zhǔn),控制軸套內(nèi)孔和門葉中心線垂直;軸套兩側(cè)端面的二次機(jī)加工須控制端面與鉸孔垂直度≤1.0mm。

        4.7 活動(dòng)鉸與固定鉸裝配

        焊接支鉸加工完成、合格后,先將自潤滑軸套安裝到軸套內(nèi)部,再通過鉸軸將焊接支鉸和固定鉸進(jìn)行連接。裝配完成后,應(yīng)保證焊接支鉸能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng),無卡阻。

        5 結(jié)語

        斜支臂弧形閘門焊接支鉸制造關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)解決了該類產(chǎn)品的制造難點(diǎn),產(chǎn)品質(zhì)量得到了有效控制,避免了因返工、返修造成的質(zhì)量隱患和其它不安全因素。目前,老撾南歐六電站溢流表孔弧形閘門已投入運(yùn)行多年,運(yùn)行狀態(tài)良好。

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