淺談弧形閘門(mén)的制作工藝

李娟 趙書(shū)杰

摘要：弧形閘門(mén)主要由門(mén)葉、支臂和支鉸等三大部分組成。而閘門(mén)的門(mén)葉和支臂均為金屬結(jié)構(gòu)焊接組裝件，如何防止制造中構(gòu)件的變形，保證制造質(zhì)量，減少誤差，成為制造弧門(mén)的關(guān)鍵性問(wèn)題。本文結(jié)合多年來(lái)弧形閘門(mén)制作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，談?wù)劵￠T(mén)的制作工藝和技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：淺談 弧形閘門(mén) 制作工藝 技術(shù)措施 制造質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào)：TV663.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（b）-0037-02

弧形閘門(mén)是水利水電工程中廣泛應(yīng)用的門(mén)型之一，按設(shè)置部位分為表孔（也叫露頂）式弧形閘門(mén)和潛孔（也叫深孔高壓）式弧形閘門(mén)兩種。表孔式弧門(mén)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：門(mén)頂露出上游水位以上，沒(méi)有頂止水，只有側(cè)止水和底止水，面板曲率半徑R一般取門(mén)高的1.0～1.5倍。潛孔式弧門(mén)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：有頂止水，頂止水與門(mén)楣接觸，它與側(cè)止水、底止水形成封閉的“□”型止水。面板曲率半徑可取門(mén)高的1.1～1.2倍。但二者均主要由門(mén)葉、支臂和支鉸等三大部分組成。弧形閘門(mén)的門(mén)葉和支臂均為金屬結(jié)構(gòu)焊接組裝件，如何防止制造中構(gòu)件的變形，保證制造質(zhì)量，減少誤差，成為制造弧門(mén)的關(guān)鍵性問(wèn)題。結(jié)合多年來(lái)弧形閘門(mén)制作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，談?wù)劵￠T(mén)的制作工藝和技術(shù)措施。

1 弧形閘門(mén)工藝流程

制作前準(zhǔn)備—下料—單件制作（包括主橫梁拼焊、隔梁拼焊、支腿拼焊、吊耳拼焊、面板卷制鋪設(shè)拼焊等）—放樣大組（包括門(mén)葉放樣、組裝、加固、焊接，支臂放樣組裝、加固、焊接）門(mén)葉、支臂矯正—尾工處理—門(mén)葉與支臂整體大組—解體防腐。

2 弧形閘門(mén)制作前準(zhǔn)備

2.1場(chǎng)地準(zhǔn)備

弧形閘門(mén)制作場(chǎng)地包括零部件制作場(chǎng)地、門(mén)葉拼裝焊接場(chǎng)地、支臂拼裝焊接場(chǎng)地和總體預(yù)組裝場(chǎng)地。一般零部件制作場(chǎng)地安排在車(chē)間廠房?jī)?nèi)，門(mén)葉、支臂拼裝焊接和總體預(yù)組裝場(chǎng)地由弧門(mén)大小而定，一般安排在露天場(chǎng)地。

2.2搭設(shè)門(mén)葉拼焊弧形工作臺(tái)

弧門(mén)制作焊接過(guò)程中，不僅存在縱向和橫向的收縮變形，還存在沿徑向的收縮變形，使弧門(mén)在拼裝焊接后，曲率變小，考慮這一因素的影響，在搭設(shè)門(mén)葉拼焊弧形工作臺(tái)時(shí)應(yīng)把弧形工作臺(tái)的曲率半徑加大，加大的曲率半徑值一般取設(shè)計(jì)曲率半徑的5%～9%。弧形工作臺(tái)常采用型鋼（角鋼、工字鋼或槽鋼）在光滑平整的鋼平臺(tái)上搭設(shè)成立柱式，立柱之間（與立柱頂端平齊）橫向可用角鋼或稍寬長(zhǎng)條廢料連接。

3 單個(gè)構(gòu)件的制作

3.1面板

面板下料時(shí)橫向和縱向按設(shè)計(jì)長(zhǎng)度（弧長(zhǎng)）的1%預(yù)留收縮余量外還要四周預(yù)留裁邊量。大型弧門(mén)面板寬度由于往往超出卷板機(jī)寬度，而在制作時(shí)分成幾塊，卷制成弧形用弧形樣板檢驗(yàn)弧形，滿足要求后在弧形工作臺(tái)上進(jìn)行拼焊。為減少焊接變形，較厚板坡口取1～2mm鈍邊1/3～2/3不等邊“V”型坡口，為方便清根1/3坡口朝向凸面，2/3坡口朝向凹面。焊接時(shí)采用手工電弧焊進(jìn)行焊接，先焊凹面，凸面待門(mén)葉整體拼焊翻身后再進(jìn)行清根焊接。10mm以下較薄板可不開(kāi)坡口。

3.2邊梁及隔梁

弧門(mén)門(mén)葉的弧度準(zhǔn)確度關(guān)鍵可依靠邊梁及隔梁腹板的弧度來(lái)控制，因此邊梁及隔梁腹板的下料必須有數(shù)控切割機(jī)來(lái)完成。其中弧門(mén)的放大樣在電腦上利用AUTOCAD軟件來(lái)完成，其曲率半徑的放大值與制作弧形工作臺(tái)相同，在弧長(zhǎng)方向均按設(shè)計(jì)尺寸的1%預(yù)留焊接收縮量并隔梁的余量均勻分布各個(gè)隔梁中。邊（隔）梁翼緣板與腹板焊接采用手工電弧焊和埋弧自動(dòng)焊均可，拼焊完成后與門(mén)葉面板待組。

3.3主橫梁及支腿

主橫梁及支腿的制作是弧形閘門(mén)單件制作中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。弧形閘門(mén)的主橫梁和支腿一般均為箱型梁（少數(shù)小型弧門(mén)除外），箱型梁的扭曲變形除了焊接影響還有內(nèi)腔中的隔板形狀不規(guī)則的原因。為保證腹板和翼緣板之間90°的要求，隔板下料時(shí)應(yīng)用數(shù)控切割機(jī)下料，其外形尺寸控制在0～-1.0mm之間且統(tǒng)一偏差。支腿腹板和翼緣板下料時(shí)按設(shè)計(jì)尺寸的1%預(yù)留焊接收縮余量和修切余量，主橫梁因有單件制作和門(mén)葉組焊兩次收縮，需按設(shè)計(jì)尺寸的2倍1%預(yù)留焊接收縮余量。組拼順序也是保證質(zhì)量的前提，組拼時(shí)應(yīng)先在下翼緣板上劃線組拼隔板，注意隔板的垂直度≤1.5mm，然后組拼兩腹板，最后組拼上翼緣板，兩腹板與隔板以及翼緣板相互垂直，對(duì)裝間隙≤1.0mm。組對(duì)完成后加固焊接，其中腹板與后翼緣板的組合縫坡口一般采用2mm鈍邊不等邊雙面50°坡口或者2mm鈍邊單面“V”型45°坡口，埋弧自動(dòng)焊焊接外側(cè)，內(nèi)側(cè)手工電弧焊進(jìn)行封底焊接。若主橫梁無(wú)下翼緣板，腹板與面板組合縫坡口一般采用1mm鈍邊單面“V”型50°坡口。箱型梁的焊接順序?yàn)椋合群父拱迮c隔板的立焊縫，再焊隔板與翼緣板的角焊縫，最后分段跳焊腹板與翼緣板的組合縫，焊接人員要求為偶數(shù)且對(duì)稱(chēng)施焊。焊完箱體內(nèi)的焊縫，再用埋弧自動(dòng)焊焊接箱體外的組合焊縫，埋弧焊采用船形焊，并對(duì)稱(chēng)從梁中心向兩端退焊。箱型梁因焊接產(chǎn)生變形后，宜采用機(jī)械和火焰加熱相結(jié)合來(lái)矯正，矯正合格后分別待組。

4 門(mén)葉的拼焊

各種構(gòu)件經(jīng)檢查合格后進(jìn)行門(mén)葉的拼裝。在拼裝前首先要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诿姘宓膬?nèi)弧面上放樣。放出主橫梁、水平次梁、隔梁等的位置線，同時(shí)放樣時(shí)要按1%考慮焊接收縮余量。放樣經(jīng)檢查合格后打上樣沖眼做為標(biāo)記，然后進(jìn)行拼裝。拼裝順序?yàn)椋褐鳈M梁—水平次梁—隔梁—兩端邊梁。拼裝過(guò)程中要注意各拼接縫要頂緊，不留間隙，局部間隙不超過(guò)0.5mm；拼裝隔梁及邊梁時(shí)，面板要以隔梁及邊梁的弧度為基準(zhǔn)，即面板內(nèi)弧面要向隔梁及邊梁弧邊靠緊，不準(zhǔn)割槍修割隔梁腹板。門(mén)葉整體拼裝完后，按規(guī)范要求及設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行檢查，檢查無(wú)誤并對(duì)各條焊縫加固后進(jìn)行施焊。施焊時(shí)由偶數(shù)焊工同時(shí)、同步、分段、對(duì)稱(chēng)、交叉、倒退施焊，分段長(zhǎng)度以400mm為宜。除對(duì)門(mén)體有特殊要求的焊縫外，應(yīng)遵循由門(mén)體中部逐一向外的施焊順序進(jìn)行焊接，以便于焊縫應(yīng)力均勻釋放，減少門(mén)體的變形量。其焊接順序?yàn)椋毫⒑缚p—隔梁后翼緣板與主橫梁后翼緣板對(duì)接焊縫—隔梁與面板平角焊縫—水平次梁與面板的平角焊縫—主橫梁與面板的平角焊縫。其中對(duì)于大型弧門(mén)立焊的焊接以每節(jié)門(mén)葉為單位，由偶數(shù)焊工從門(mén)葉縱向中心的立焊縫開(kāi)始，同步、對(duì)稱(chēng)、交叉、分段、倒退焊接；主橫梁、水平次梁與面板角焊縫的的焊接，同樣采取多層多道焊接，且第一層焊縫的焊角盡量偏小，以減少焊接變形，焊接仍以門(mén)葉縱向中心為起點(diǎn)，由偶數(shù)焊工對(duì)稱(chēng)、分段、倒退焊接。門(mén)葉內(nèi)弧面方向焊縫全部焊接完成并矯正檢驗(yàn)符合制作規(guī)范要求后，將門(mén)葉翻身，用碳弧氣刨清根后焊接外弧面面板焊縫和其它剩余焊縫。然后再次矯正、檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后待與支臂總體預(yù)組裝。

5 支臂的拼焊

支臂分為上下兩個(gè)支腿，兩個(gè)支腿之間用豎桿、斜桿、連接板等連接成剛性的整體。支臂與主橫梁連接端有前置板，用螺栓與主橫梁的后翼板連接。支臂的另一端用后端板與鉸鏈以螺栓連接。前置板與主橫梁、后端板與鉸鏈之間結(jié)合面要承受剪力，因此要求結(jié)合緊密，必須刨削加工，螺栓孔必須配鉆，以保證裝配質(zhì)量。

支臂的各部件單獨(dú)拼裝、焊接、矯正、檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行支臂的組裝。首先在鋼平臺(tái)上放樣，采用吊墜的方法先后組拼支腿、豎桿、斜桿、加強(qiáng)板、檢查無(wú)誤后焊接、矯正修切后端端頭拼對(duì)后端板。焊接時(shí)注意后端板的焊接變形。

6 弧形閘門(mén)廠內(nèi)總體預(yù)拼裝

弧形閘門(mén)廠內(nèi)總體預(yù)組裝一般采用門(mén)葉立式組裝法，即下支腿水平放置，門(mén)葉立起。下肢腿下放置支墩（鋼結(jié)構(gòu)件）和墊塊（放置于支墩上用于調(diào)整固定支臂）。其步驟和方法為：（1）在總組裝臺(tái)上測(cè)放出控制線和控制點(diǎn)。包括支鉸中心線、支臂中心線、整體中心線、面板外緣與底坎的交線等，并在各支墩及預(yù)埋底板上測(cè)出相對(duì)高程，作出標(biāo)記點(diǎn)。（2）在鋼平臺(tái)上布置支墩，下支臂平臥吊放在支墩上，在將支臂靠上門(mén)葉，整體組裝閘門(mén)。其中對(duì)于大型弧門(mén)，門(mén)葉組裝可兩節(jié)或三節(jié)先臥式組裝成整體在進(jìn)行組拼。（3）門(mén)葉拼裝調(diào)整后，檢查各部尺寸，保證門(mén)葉底緣水平，其鋼平臺(tái)上的投影與平臺(tái)上的投影控制線相吻合，支臂上下支臂在同一鉛垂面內(nèi)且在平臺(tái)上的投影與投影控制線相一致。（4）組裝左右兩支鉸。包括調(diào)整兩支鉸位置、跨距、兩支鉸孔的同心度和傾斜度、仰角。（5）檢查支鉸中心至面板曲率半徑是否符合圖紙規(guī)定、用測(cè)量水平與拉線相結(jié)合的方法，校正兩支鉸的同心度和傾斜度，并檢驗(yàn)支臂跨度。同時(shí)確定支腿長(zhǎng)度和前置板、后端板尺寸并加工支臂前置板、后端板。（6）將門(mén)葉、支臂、支鉸安裝一起，并按DL/T5018-2004進(jìn)行逐項(xiàng)檢查；合格后在各部件連接處打上標(biāo)記或焊接定位板，然后拆除進(jìn)行防腐處理。

7 結(jié)語(yǔ)

制定并實(shí)施正確的工藝措施是保證制造質(zhì)量的有效措施，此弧形閘門(mén)的制作工藝和技術(shù)措施在四川武都溢洪道弧形工作閘門(mén)、黃豐水電站泄洪閘弧形閘門(mén)以及拉拉山?jīng)_砂工作弧形閘門(mén)等的制作中均運(yùn)用效果良好。是多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，可為同行業(yè)提供一定的參考借鑒作用。

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