潘光清

（中國水利水電夾江水工機(jī)械有限公司，樂山 614100）

水工鋼閘門通常以焊接結(jié)構(gòu)為主，但影響焊接效果的因素較多，必須采取相應(yīng)的措施保證焊接質(zhì)量。焊接鋼閘門時，因焊接應(yīng)力過大造成構(gòu)件開裂的情況時有發(fā)生，需要有效控制焊接變形情況，做好焊接質(zhì)量管控工作，最大限度避免鋼閘門出現(xiàn)變形過大的問題，從而切實保障焊接質(zhì)量[1]。因此，在水工鋼閘門制作過程中，相關(guān)人員需要明確焊接是鋼閘門制造和安裝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，重視焊接質(zhì)量，采取有效措施進(jìn)行質(zhì)量管控，進(jìn)而為水利工程建設(shè)奠定堅實基礎(chǔ)。

1 工程案例介紹

以四川省楊房溝工程1#導(dǎo)流洞封堵門的部分門葉結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)為例。該部分門葉結(jié)構(gòu)包括吊耳（2、3、4、5）、邊梁（1、7、8）、隔板Ⅰ（13、34）、隔板Ⅱ（16、33）、隔板Ⅲ（18、31）以及隔板Ⅳ（24、28），結(jié)構(gòu)形式見 圖1。

圖1 1#導(dǎo)流洞封堵門門葉結(jié)構(gòu)生產(chǎn)用圖

焊接采用手工電弧焊、二氧化碳焊和埋弧焊。關(guān)于焊材，手工電弧焊選用E5015，二氧化碳焊選用ER50-6，埋弧焊選用H08MnA，焊劑為431。采用偶數(shù)焊工對稱交替分段退步焊和小的焊接線能量焊接，拼焊順序按構(gòu)件工藝執(zhí)行。焊縫分段的原則為焊縫長度 1 m以上均分段（立焊時，先上段后下段）。組合焊縫翼緣側(cè)的焊腳為1/4腹板厚度，最大不超過10 mm。

吊耳組件中，加強(qiáng)板件3與吊耳板件4連接角焊縫，焊腳為12 mm（先焊塞焊孔，焊后磨平）；吊耳板件4與前后翼板件2、5連接坡口組合封底焊縫，封底焊腳為8 mm，二類，100%超聲波檢測（Ultrasonic Testing，UT）；邊梁組件中，腹板件7與翼板件1、8連接坡口組合焊縫（埋弧焊），二類，50%UT，長度為33 m；隔板Ⅰ組件中，隔板件34與翼板件13連接角焊縫，焊腳為12 mm。隔板Ⅱ組件中，隔板件33與翼板件16連接角焊縫，焊腳為12 mm；隔板Ⅲ組件中，隔板件31與翼板件18連接角焊縫，焊腳為12 mm；隔板Ⅳ組件中，隔板件28與翼板件24連接角焊縫，焊腳為12 mm。

2 焊接工藝要點

2.1 手工電弧焊焊接工藝要點

工件盡可能置于平焊位置進(jìn)行焊接；單道角焊縫和多層焊縫根部焊道的最小尺寸可以防止裂紋的產(chǎn)生；坡口焊縫打底焊道允許最大厚度為6 mm；單道角焊縫和多層角焊縫根部焊道的最大焊腳為平焊 8 mm，橫、仰焊6 mm，立焊10 mm；坡口焊縫和角焊縫根部后續(xù)各層焊縫的最大厚度應(yīng)為平焊3 mm，立、橫、仰焊4 mm；焊接極性選用反接。

2.2 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊工藝要點

工件盡可能置于平焊位置進(jìn)行焊接；焊絲直徑為Φ1.2 mm，二氧化碳?xì)怏w純度不小于99.5%；焊絲伸出長度為10～20 mm，氣流量度為15～20 L·min-1，電流為180～300 A，電壓為25～32 V，速度依據(jù)焊件厚度而定；平角焊單道最大尺寸為10 mm；除根部和蓋面外，坡口焊縫焊層厚度不超過6 mm，焊縫寬度不超過12 mm；當(dāng)焊縫寬度超過12 mm時，應(yīng)采取多層多道焊。

2.3 埋弧自動焊焊接工藝要點

工件盡可能置于船形焊或平焊位置。焊絲直徑為Φ4 mm，HJ431，焊絲伸出長度為30～40 mm，電流為450～600 A，電壓為30～35 V，速度為40～55 cm·min-1。

3 焊接質(zhì)量控制措施

3.1 焊前準(zhǔn)備措施

在水工鋼閘門制作過程中，焊接作業(yè)前應(yīng)詳細(xì)掌握相關(guān)要求，科學(xué)制定工藝方案，并做好焊接材料和設(shè)備等準(zhǔn)備工作，加強(qiáng)焊接人員培訓(xùn)。根據(jù)焊接作業(yè)要求，應(yīng)合理設(shè)計焊接工藝，綜合分析閘門結(jié)構(gòu)和使用要求等，科學(xué)選擇焊接方式和工藝參數(shù)，制定詳細(xì)、可行的焊接工藝方案，編制焊接作業(yè)指導(dǎo)書。在此基礎(chǔ)上，對焊接材料做好采購和驗收等工作，保證焊接材料質(zhì)量，并檢查維護(hù)焊接設(shè)備，確保焊接材料的性能和質(zhì)量達(dá)標(biāo)，使得焊接設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定可靠。

施工焊接前，車間應(yīng)對有關(guān)人員做好焊接工藝的技術(shù)培訓(xùn)工作，確保焊接人員熟練掌握焊接工藝，了解焊接作業(yè)管理制度，能在實際工作中嚴(yán)格按照焊接作業(yè)指導(dǎo)書規(guī)范作業(yè)。所用鋼板拼接時，兩平行焊縫間的距離應(yīng)不小于500 mm，構(gòu)件組裝的任何兩平行焊縫間的距離應(yīng)大于3倍板厚，且不小于100 mm[2]。 所有一類焊縫和二類焊縫的坡口應(yīng)采取機(jī)械加工方法制備。對于機(jī)械加工難以實現(xiàn)的部位，手工切割后必須修磨平整，以滿足焊縫要求。焊件組裝前，坡口面和坡口兩側(cè)20 mm范圍的毛邊、鐵銹、氧化皮及掛渣必須清除干凈[3]。無坡口的部件連接必須密貼，以保證有效焊喉和減少變形，注意一般需保留部位間隙為2 mm。對不符合上述要求的組裝構(gòu)件，應(yīng)及時向車間反映，待采取相應(yīng)的有效措施后再施焊。對一類焊縫和二類焊縫施焊后，必須在焊縫附近打上焊工代號。

3.2 焊接作業(yè)質(zhì)量控制措施

為減少水工鋼閘門焊接變形的情況，單構(gòu)件制作建議使用閘門的主梁與縱梁，并與面板分開進(jìn)行焊接?？紤]焊接可能出現(xiàn)的收縮量問題，預(yù)留材料切割量尤為關(guān)鍵，對焊接質(zhì)量的影響較為顯著。依據(jù)相關(guān)規(guī)定要求，單構(gòu)件的拼焊盡量采用埋弧自動焊方式，嚴(yán)格控制翼緣板的傾斜度。焊后的矯正推薦運用型鋼矯正機(jī)，以降低焊接變形概率。在合格的鋼平臺上拼接面板，焊接焊縫以磨平焊接時產(chǎn)生的大型焊縫，在保證面板平整性的同時，降低單構(gòu)件的拼裝難度。鋼閘門拼裝順序以先點焊固定主梁、再拼裝縱梁、后拼裝小次梁為主。焊接工藝的順序以先立焊、再平焊、后仰焊為主。按此要求進(jìn)行拼裝，待拼裝后檢查其中出現(xiàn)的誤差，保證相關(guān)尺寸合格后即可進(jìn)行其他施工，并采取措施預(yù)防焊接變形失控，以便更好地保證焊接質(zhì)量。

在水工鋼閘門制作過程中，按照相關(guān)規(guī)定規(guī)范確定控制目標(biāo)，嚴(yán)格要求落實組焊過程的控制措施。凡從事一類焊縫和二類焊縫焊接的焊工，必須持有相應(yīng)的考試合格證書，并與持證科目相符。施工過程必須嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，注意設(shè)備和人身安全，做到安全文明生產(chǎn)。焊接完畢后，焊工需進(jìn)行自檢。一類焊縫和二類焊縫自檢合格后，必須在焊縫附近用鋼印打上焊工代號，并做好記錄。車間必須記錄施工信息，重要焊縫應(yīng)具有可追溯性[4]。

定位焊工藝和對焊工的要求與正式焊縫相同。定位焊焊縫長度應(yīng)在50 mm以上，間距依據(jù)工件厚度，在100～400 mm選用。厚度不宜超出正式焊縫的1/2，且最厚不超出8 mm。此外，嚴(yán)禁在母材其他部位亂引弧，同時嚴(yán)禁填充異物。

使用焊條前需要嚴(yán)格按說明規(guī)定進(jìn)行烘干，且必須清除焊絲表面的油污和銹斑。施焊時應(yīng)將烘干后的焊條放入100～150 ℃保溫筒內(nèi)，以便隨用隨取。所有的設(shè)備必須具有參數(shù)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈活及安全可靠的特點，并能滿足焊接規(guī)范要求。

多層多道焊縫應(yīng)將每道熔渣和飛濺物清理干凈，注意層間接頭應(yīng)錯開30 mm，坡口焊縫和角焊縫后續(xù)各層焊縫的允許最大厚度應(yīng)控制為平焊3 mm、立焊4 mm、仰焊4 mm和橫焊4 mm。鋼板的厚度達(dá)到規(guī)范規(guī)定或設(shè)計要求的預(yù)熱、后熱及消除殘余應(yīng)力的厚度時，必須遵照要求執(zhí)行相關(guān)操作。在雨天露天施焊，施焊現(xiàn)場風(fēng)速大于5級，相對濕度大于90%時，應(yīng)采取有效防護(hù)措施，否則不可施焊。

3.3 焊接質(zhì)量檢測

焊縫的分類、無損檢測方法、檢測范圍、質(zhì)量要求以及合格等級應(yīng)符合合同技術(shù)條款、設(shè)計文件圖樣和產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。若無規(guī)定，這些應(yīng)符合《水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范》（NB/T 35045—2014）要求，如要求單條焊縫探傷長度不小于300 mm，不足時按實際焊縫長度檢測[5]。無坡口的一類焊縫和二類焊縫采取磁粉探傷（Magnetic particle Test，MT）或滲透檢測（Penetrant Testing，PT）探傷。局部探傷部分應(yīng)包括全部丁字焊縫和每位焊工所焊焊縫的一部分。

一類焊縫和二類焊縫經(jīng)無損檢測后，若發(fā)現(xiàn)存在焊接裂紋和未熔合，應(yīng)檢測整條焊縫。若發(fā)現(xiàn)存在其他不符合質(zhì)量要求的問題，應(yīng)在其延伸方向或可疑部位檢測補(bǔ)充，補(bǔ)充檢測長度應(yīng)不小于200 mm。如果補(bǔ)充檢測不合格，應(yīng)檢測整條焊縫。

3.4 焊縫返修措施

對于焊縫表面存在的質(zhì)量問題，如焊腳尺寸不足或過高、咬邊過量、溢流以及焊偏等，可在檢驗員的監(jiān)督下返修，直至合格。焊縫內(nèi)部存在不允許的缺陷時，應(yīng)分析缺陷產(chǎn)生的原因，制定返修工藝后返修處理。同一部位超過兩次返修時，應(yīng)經(jīng)技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)[6]。

4 焊接質(zhì)量控制管理經(jīng)驗

水工鋼閘門制造是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。為了提高制作過程中的焊接質(zhì)量，需要結(jié)合國家相關(guān)規(guī)定，在水工鋼閘門制作過程中建立健全焊接質(zhì)量管理體系并嚴(yán)格落實到位，從而為保障焊接質(zhì)量提供有力支持。

4.1 加強(qiáng)焊接工藝管理

在焊接工藝管理中，首先要深入分析焊接母材的性質(zhì)，做好焊接工藝審查工作，檢查焊接坡口是否規(guī)范，判斷焊接方法選擇是否正確，審核焊接作業(yè)順序是否合理。其次，依據(jù)工程的實際情況和相關(guān)規(guī)定調(diào)查施工環(huán)境，擬定行之有效的焊接工藝處理方案，并標(biāo)注焊接質(zhì)量控制工序。待方案擬定完成后，落實焊接工藝評定工作，確保方案有效落實[7]。最后，開展焊接工作時，相關(guān)依據(jù)以焊接工藝評定和焊接工藝指導(dǎo)書為主，細(xì)化焊接條件、結(jié)構(gòu)特點以及設(shè)備能力等指標(biāo)，確保焊接質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 加強(qiáng)材料和設(shè)備管理

采購焊接材料時，推薦首選大型企業(yè)產(chǎn)品，要求實物與合格證、材質(zhì)報告單對應(yīng)。待選好材料后，若有疑問，則可復(fù)查，直至確認(rèn)合格無疑后方可投入使用。例如：采購母材時所選材料需要具有質(zhì)量保證書和出廠合格證書等證明；驗收材料需要遵守規(guī)章要求。在保障焊接設(shè)備使用安全的基礎(chǔ)上，需定期檢查焊接設(shè)備，觀察電流參數(shù)和電壓參數(shù)是否正常，以便有效保證焊接設(shè)備穩(wěn)定運行。

4.3 落實焊接變形控制措施

按照工藝料單，對照預(yù)留焊接收縮余量要求，各構(gòu)件采用數(shù)控或等離子切割下料，保證各構(gòu)件下料尺寸準(zhǔn)確。例如，翼緣板和工字梁腹板等應(yīng)盡量減少相關(guān)構(gòu)件的對接焊縫，從而減少零部件焊接產(chǎn)生的角變形和波浪變形[8]。大量的焊接殘余應(yīng)力是降低水工鋼閘門使用壽命和疲勞強(qiáng)度的重要因素，可依據(jù)坡口形式和結(jié)構(gòu)特點，選擇合理的焊接順序焊接構(gòu)件和門葉，從而減少焊接應(yīng)力。同時，可采用局部退火方式解決因門葉上局部焊接應(yīng)力集中造成應(yīng)力過大的問題，加熱局部部位直至達(dá)到退火溫度要求，待冷卻后即可有效降低殘余應(yīng)力的峰值，從而消除部分應(yīng)力。另外，可以利用錘擊法冷、熱錘擊焊縫，一般以小錘和裝有圓頭的風(fēng)槍工具為主。為避免產(chǎn)生錘擊裂紋，溫度處于100～500 ℃時不宜錘擊焊縫，應(yīng)使應(yīng)力分布平緩，達(dá)到減小焊接應(yīng)力的目的。當(dāng)上述措施無法滿足質(zhì)量控制要求時，可采用振動時效來消除焊接殘余應(yīng)力。對質(zhì)量控制要求高的鋼閘門，必須先消除焊接應(yīng)力后才能進(jìn)行機(jī)加工。

5 結(jié)語

在水工鋼閘門制作過程中，焊接質(zhì)量控制意義重大，尤其是對整個水利工程具有顯著影響。實際工作中需要規(guī)范開展焊接作業(yè)，積極采取管理措施切實保障焊接質(zhì)量，以便獲得優(yōu)良的焊接效果，保證水工鋼閘門的制造質(zhì)量。