超大型平面定輪閘門的制造

摘　要：在全面掌握凌津灘水電站低坎泄洪閘的超大型平面定輪閘門的制作技術難點、工藝流程控制、閘門焊接變形的控制與校正、定輪支座的組裝焊接、側水封座板及承壓板加工以及定輪熱處理等的基礎上，采用有效的工藝技術措施，使閘門制作質量優良，經過安裝，運行情況良好。

關鍵詞：超大型平面定輪；閘門；制造

中圖分類號：C93 文獻標志碼：A 文章編號：1000-8772（2012）19-0129-02

1　概述

凌津灘水電站位于沅水流域的桃源縣境內，總裝機容量270OMW，單機容量30MW，設計有14扇平面定輪閘門，其中高坎泄洪閘19孔，低坎泄洪閘門5孔。低坎泄洪閘門設計規格為18.0m×16.3m-16.0m，單孔門葉重為280t，埋件重為41t，在閘門分類中屬于超大型平面定輪閘門。

低坎泄洪工作閘門有如下幾個特點及制造技術難點。

1.1閘門結構尺寸大小：

閘門的外形尺寸為18.Orn×16.3m-2.3m。

1.2閘門結構復雜、焊接約束度大。閘門分為五節，每節至少有兩根主梁，特別是閘門的第五節（最下節）由于受力較大而設計成封閉的箱形結構形式，閘門邊梁設計成雙腹板結構形式，焊接約束度大。特別是主梁要插入邊梁腹板內，使得邊梁在拼裝單件時不能拼內腹板，而整體拼裝時將分節的內腹板嵌人主梁之間，在焊接過程中造成焊接約束度過大而極易產生焊接裂紋。

1.3閘門加工精度要求高。

（1）該閘門共有18組定輪，分左右兩邊安裝，每邊9個定輪，加工范圍達16m定輪裝配好后的同邊高度差要求<0.5mm，定輪支座相對任一位置的垂直度＜0.2=o

（2）定輪材質為ZG35GrMo，調質處理后，踏面硬度為390-420HBS，淬火深度大于20mm，淬火層與非淬火層要均勻過渡，非淬火層硬度為280HBS。

（3）閘門的止水裝置設在迎水面（即反向止水），要求閘門厚度方向尺寸誤差＜2mm。

（4）閘門度為16.3m，要求承壓板相對止水封面垂直度鎮Imm。

針對上述技術難點，在閘門制造過程中，為滿足產品設計要求，在工藝、技術與過程控制等方面進行了有益探索與實踐。

2工藝流程控制

閘門制作的工藝流程如下：原材料的檢驗→配料→劃線下料→面板、腹板等大面積板料的拼裝、校正處理→工字梁、T型梁翻邊、止水封座、反輪、承壓板組裝加工→檢驗→噴砂、防腐→出廠驗收。

閘門的制造加工過程中，首先是認真熟悉圖紙，學習技術文件及規范標準，組織人員外出參觀學習，然后在廠內進行技術培訓，做好場地、設備、材料、人員的各項準備工作，編制生產、外協、外購計劃，最后對進料、下料、單件拼裝焊接加工、整體拼裝焊接加工制定了相應的生產工藝，并提出了質量要求和控制指標，使閘門在整個制造加工過程中都處于受控狀態，以確保產品質。

3閘門焊接變形的控制與校正

影響閘門產品焊接變形的因素很多，在諸多因素中我們重點控制面板、工字梁，T型梁以及閘門的整體焊接的變形。

3.1面板焊接變形控制

面板尺寸20000×3600×10（12，16）　mm，由2000×6001規格的板料拼接而成，面板的焊接采用埋弧自動焊，采取以下措施控制面板的變形：

（1）面板按配料圖配料，滿足焊縫錯位的最小距離要求。

（2）板料四周自動切割機切邊，減少板料單邊切割所形成的側彎。

（3）板料先兩短邊對接施焊，焊縫變形校正，爾后進行長邊拼接，再校正長邊焊縫的變形，使面板只產生單向變形，這樣便于校正。

（4）采用自制油壓機校正面板兩個方向的變形。

（5）通過控制坡口、坡度、坡面質金及焊區50mm范圍內的打磨光潔，采用引弧板施焊，焊縫底面用碳弧氣刨清根后再蓋面等措施提高焊縫質量，減少焊縫返工的影響。

3.2工字梁，T型梁焊接變形的控制

該閘門為主橫梁結構，主梁為工字梁，T型梁、梁長18m，梁高2.3m，腹板厚16mm，冀板為30nun。主梁的角焊縫過去常常采用埋弧自動焊，將工件傾斜放置，船形焊。這種工藝焊接效率高，但造成翼板對腹板的傾斜變形，該變形是對稱與非對稱變形的組合，傾斜值達1/25，長度收縮率為1/1000，焊后校正工作量很大我們采用Cq氣體保護焊，角焊縫采用平焊位，雙面對稱焊。焊接效率雖不及埋弧自動焊，但焊后變形很小，雙面對稱焊沒有不對稱傾斜變形，對稱傾斜變形僅為0.5-1/1000，長度方向為0.2/1000.這樣的小變形就是不用校正也能滿足組裝的要求。

3.3　閘門整體焊接變形的控制

該閘門有10根主橫梁，在每根主橫梁中心線上、取左端、中心、右端三個點作為測量點，取組裝完、立焊完、全部焊完三個工況分別測量，及時調整焊接工藝。

從實測數據可以看出閘門組裝后最大彎曲度+6和-2.5，這種誤差形是由于平臺誤差、零部件誤差及組裝找正誤差綜合影響的結果。立焊對閘門彎曲變形影響很小，僅為1.5mun，平焊引起的彎曲變形也不大。只有3.3mm，分別對后面制作的幾扇閘門進行同樣檢測，其結構基本相同，這樣小的變形無須校正就可以滿足規范的要求。在閘門整體焊接過程中采用下列措施以達到上述結果。

（1）控制平臺精度＜-4mm。

（2）主梁翼板與面板緊密接觸，局部間隙＜0.2mm。

（3）主梁腹板、邊柱腹板、隔板的垂直度＜2mm。

（4）同組隔板外形尺寸偏差＜2mm。

（5）全部采用CO2氣體保護焊，定人、定區域焊接。

（6）控制焊接順序：先立焊，待全部立焊完閘門形成整體剛度后再進行平焊，平焊以對稱為原則，從中間向兩邊施焊。

4　定輪支座安裝

平面定輪閘門中心高差是關鍵尺寸，安裝時直接影響定輪是否均勻承壓。因設計要求定輪裝配后，定輪同邊踏面高差要求0.5mm，定輪通過滑動軸承固定在支座上，定輪踏面高度實質上是定輪中心高度，設計定輪支座中心孔320mm，以往國內各大型水工機械廠因支座與閘門的焊接變形不好控制，多采用支座與閘門整體焊接后，進行支座中心孔的機加工。

該閘門共有18組定輪，分左右兩側安裝，每邊9個，加工范圍達16m。如果床身軌道長8m，鏜孔設備必須移動四次才能完成加工。可見整體加工雖然可以消除焊接變形的影響，但仍然存在軌道找正、鏜桿找正、鏜孔加工精度等誤差。鑒于此我們大膽采用定輪支座中心孔先加工再組裝工藝，此工藝方法如下：

（1）支座單件制造好后，對輪軸孔進行機加工，配鉆偏心套螺孔，支座底面（與邊柱后翼板焊接面）留待配高程加工余最5mm。

（2）對加工好的邊柱輪座處進行測量、堆焊、平面加工處理，該處高差不控制，只控制其平面度0.2mm。

（3）對加工好的邊梁輪座處進行高差測量，根據其測量數據對輪座面進行配加工，所配高差同邊輪座中心0.2mm，整體高差≤0.5mm。

（4）十八組定輪支座帶上假軸（軸徑誤差0.05mm）一起組裝，用框式水平儀檢查定輪座的垂直度0.lnmm，拉線檢查調整同邊輪座直線度lmm，用水準儀檢查輪座中心高差＜0.2mrn。

（5）采用CO2氣體保護焊，按擬定的工藝進行施焊.此工藝僅存在找正誤差和焊接變形的影響，輪座組焊完畢后的實際誤差，同邊輪座中心高差0.5mm，整體輪座中心高差0.8mm，同邊輪座中心直線度1.2mm。

此工藝充分利用常規的加工設備，無須增加大型移動式健孔設備，節約成本，工藝簡單，容易控制，對現有的產品多次檢查，定輪尺寸均滿足設計要求。

5側水封座板及承壓板的加工

淬火層要均勻過渡，非淬火層硬度為280HBS。經分析和技術咨詢，目前國內還沒有廠家能按圖紙要求的熱處理達到上述要求，主要問題是整體調質處理達不到圖紙要求的踏面硬度，表面淬火又達不到淬火深度和均勻過渡的要求。我們查閱有關資料，并與專業廠家聯系進行工藝試驗，最后得到設計單位的認可，采用整體淬火后再進行450℃～480℃中溫回火，熱處理后，將定輪切開做破壞性試驗，經測定完全符合設計的要求。

低坎泄洪閘工作門有兩條寬120mm，長16.3m的止水封座板，必須對其進行加工保證其不平度（0.5mm）止水封座板到定輪中心的設計要求為2　410.5mm，同時以此為基準加工組裝反輪和承壓板。

對于寬120mm，長16.3m的狹長平面加工，國內只有為數不多的專業水工機械廠配備了專門的閘門加工設備。由于不是定型產品，沒有現貨，我們通過技術革新，利用現有的設備自制了一臺平面銑設備，滿足了生產的急需。其加工過程如下：

閘門翻邊后，以定輪座中心為過渡基準，將閘門調平后確定止水座面的高程，利用自制的18m平面銑設備加工水封座面達到設計高程并保證兩側水封座面的不平度≤0.5mm，以加工好的止水封座為基準，加工組裝反輪和承壓板，達到此水封座相對反輪高度誤差≤0.8mm。

6結束語

（1）采用嚴格而科學的質量管理，使閘門在整個制造過程中都處于受控狀態，確保產品的質量。

（2）采用有效的工藝技術措施，根據實際生產情況因地制宜改造工裝設備，提高生產能力，攻克技術難關，才能順利完成超大型平面定輪閘門的制造。

（3）經設計、監理、建設單位聯合檢查驗收，認為閘門制造加工工藝措施正確，質控措施完善，閘門的各項性能指標均達到或優于規范和設計要求。

（責任編輯：陳喜輝）