淺談弧形閘門焊接變形控制

陳秋紅,馬洪靜,蔣志剛

（山東水總機(jī)械工程有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

1 概 述

江風(fēng)口分洪閘擴(kuò)建工程弧形閘門系主橫梁式弧形閘門，其外形尺寸為 11960mm×9237mm×1050mm，吊點(diǎn)距為 8000mm,自重 24.15t，主要材料：Q235B,板厚 10～16mm,分上下兩節(jié)制造。

門葉制造要求按 《水利水電鋼閘門制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范》（DL/T5018-2004）和圖紙技術(shù)要求進(jìn)行制造驗(yàn)收。

2 變形分析

焊接是一種局部加熱的工藝工程，焊件局部加熱產(chǎn)生膨脹，受到周邊冷金屬的約束不能自由伸長，產(chǎn)生了壓縮變形，冷卻時(shí)這部分金屬受到周圍金屬的拉伸不能自由收縮，就會(huì)產(chǎn)生殘存在構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力，因而引起結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸變化。此外焊接變形還與構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀、焊縫分布、板材厚度、焊縫接頭形式、焊件順序及焊前構(gòu)件的約束條件等有關(guān)。為了更好的控制門葉焊接變形，在制作閘門過程中主要從下料、預(yù)制構(gòu)件、預(yù)留收縮量、合理拼裝、控制電參數(shù)和合理施焊順序6個(gè)方面進(jìn)行焊接變形控制。

3 過程控制

3.1 下料控制

對(duì)板材采用數(shù)控切割機(jī)和半自動(dòng)切割機(jī)進(jìn)行下料，面板周邊留20mm的裁邊余量。為了彌補(bǔ)因整體拼焊引起的閘門曲率半徑的收縮，故在門葉曲率半徑上放5mm收縮量，邊、縱梁腹板在下料時(shí)也相應(yīng)的放收縮量，主、邊梁腹板和翼板長度方向按L×0.8‰放收縮量，主梁腹板在迎水面上放5mm預(yù)弓度，以彌補(bǔ)因焊接收縮引起的門葉變曲而凸向下游超標(biāo)。

3.2 預(yù)制構(gòu)件

為了減少整體焊接量，盡可能采用預(yù)拼裝，將主梁腹板、翼板預(yù)制成“工”形梁，主梁腹板坡口形式如圖1示，腹板對(duì)翼板的中心偏移不大于1.5mm,腹板對(duì)翼板垂直度不大于1.0mm，腹板的局部平面度2.0mm，扭曲不大于1.5mm。縱梁、邊梁預(yù)制成“T”形梁。構(gòu)件制作完成后用機(jī)械或火焰矯正其角變形。

面板對(duì)接焊縫坡口形式如圖2示。面板對(duì)接錯(cuò)位不大于0.5mm，兩板對(duì)接間隙不大于0.5mm。焊接矯正完成之后，卷板，使其曲率半徑與放量后的閘門曲率半徑一致，用半自動(dòng)切割機(jī)將面板割為上下兩節(jié)。

搭建弧臺(tái)，門葉的整體拼焊需在此弧臺(tái)上進(jìn)行。弧臺(tái)在曲率半徑方向上放量與邊梁腹板、縱梁腹板的放量一致，水平及高程控制誤差為±0.5mm，水平累計(jì)誤差不超過1.0mm。縱梁與橫梁交接處必須有一支點(diǎn)，主梁在兩縱梁的中間位置增加一個(gè)支撐點(diǎn)，所有支撐牢固可靠；主梁處上部采用槽鋼支撐，其余采用角鋼支撐。在弧臺(tái)上面板的分節(jié)處點(diǎn)上定位板，將上下節(jié)面板吊放在弧臺(tái)上時(shí)面板相對(duì)弧臺(tái)的位置誤差不大于1mm，點(diǎn)焊上下節(jié)面板處焊縫。

3.3 門葉焊接

3.3.1 焊接準(zhǔn)備

焊接時(shí)采用變形小、效率高的半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊及埋弧自動(dòng)焊為主，少量采用手工電弧焊的焊接方案。埋弧焊主要用于主梁腹板與翼板間焊縫、面板間的對(duì)接焊縫焊接，手工電弧焊用于半自動(dòng)CO2氣體保護(hù)焊難以實(shí)現(xiàn)的狹小空間處的焊接。

焊前將坡口兩側(cè)20mm范圍內(nèi)清理干凈，無油、脂等污物；坡口內(nèi)的氧化皮、鐵銹必須打磨顯露出金屬光澤。焊條焊前在烘烤箱中烘烤350℃～400℃或按焊條說明書上指定的溫度烘烤1～2h，在100℃～150℃溫度下保溫，隨用隨取，避免焊條受潮影響到焊接性能或焊接質(zhì)量。

3.3.2 焊接工藝要求

為控制焊接變形，減少焊接殘余應(yīng)力，焊接時(shí)采用已評(píng)定焊接工藝參數(shù)見表1多層多道焊、分段退步焊、對(duì)稱施焊的方法，并采取預(yù)留反變形措施。焊后采用機(jī)械和火焰矯正其角變形。

表1

拼裝加固定位焊時(shí)，其預(yù)熱溫度比正式焊縫的溫度高30℃以上，加固的長度為50mm以上，間距為100～400mm，定位焊處的裂紋、氣孔、夾渣等缺陷在焊前必須清理干凈。

嚴(yán)禁在非焊接區(qū)引弧，施焊時(shí)拼點(diǎn)引弧板和熄弧板，焊后割除并將端頭打磨光滑。焊接完成后，焊工應(yīng)仔細(xì)檢查清理焊縫表面，清除飛濺等，進(jìn)行焊縫自檢。

對(duì)于一、二類焊縫，一側(cè)焊后另一側(cè)采用碳弧氣刨清根，并將清根側(cè)的定位焊全部清除。清根后，必須用磨光機(jī)將氣刨滲碳層清除干凈。一類焊縫全部焊透，對(duì)接焊縫內(nèi)部質(zhì)量用超聲波100%檢查，執(zhí)行《GB11345-89》標(biāo)準(zhǔn)，合格級(jí)別為 BⅠ級(jí)；二類焊縫內(nèi)部質(zhì)量用超聲波50%檢查，執(zhí)行《GB11345-89》標(biāo)準(zhǔn)，合格級(jí)別為BⅡ級(jí)，組合焊縫、角焊縫執(zhí)行《DL/T5018-2004》標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.3 焊接順序

先焊橫縫再焊立縫，由四人從中心向兩側(cè)對(duì)稱施焊，先段焊后補(bǔ)齊，主要焊接順序如下：①焊主梁前翼板與面板之間的貼角橫焊縫。②焊縱梁腹板、邊梁腹板與面板之間的貼角橫焊縫。③焊主梁腹板與邊梁腹板之間的組合角焊縫。④焊縱梁腹板與主梁腹板之間的角焊縫。⑤焊主梁后翼板、邊梁后翼板、縱梁后翼板之間對(duì)接焊縫，對(duì)接處打坡口。⑥焊其他焊縫。

3.3.4 消應(yīng)處理

門葉整體焊完后局部變形略有偏差，應(yīng)火焰矯正后復(fù)合圖紙要求，焊后進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效消應(yīng)處理。根據(jù)圖紙要求進(jìn)行劃線、機(jī)加工、防腐等工作。

4 結(jié) 語

通過以上質(zhì)量控制措施，成功地控制了弧形閘門門葉的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，外形尺寸均達(dá)到規(guī)范和圖紙技術(shù)要求，所有一類焊縫均超聲波探傷，一次合格率98%以上，出廠合格率100%。在整個(gè)施工過程中建立安全制度，設(shè)立安全員，對(duì)各種安全設(shè)施進(jìn)行檢查，嚴(yán)格執(zhí)行保質(zhì)保量安全生產(chǎn)制度。閘門制造、安裝一次合格，其制造水平獲得業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位的一致好評(píng)。

[1]田錫唐.焊接結(jié)構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]江文琳,張兆杰.特種設(shè)備焊工培訓(xùn)教程[M].黃河水利出版社.