鎮江引航道水利樞紐工程40m寬弧形閘門制造工藝淺析

摘要：本文就水閘超寬弧形門整體制造、預組裝及鉸鏈鉸座制造進行了介紹和分析。

關鍵詞：弧形鋼閘門制造預組裝

1.概況

引航道水利樞紐工程是形成鎮江市城市北部濱水區的首要的控制性、先導性工程。它位于城市北部內江與長江鎮揚河段六圩彎道之間的引航道上，距出江口500m。工程具有擋洪、排澇、蓄水、引水、換水、控制內江水位與水質、溝通南北岸交通并滿足個別類型船只的通航要求等功能。

樞紐工程水閘采用大跨度、高通透型式，在河口寬度范圍內共設9個閘孔，兩側（1、2、3、7、8、9孔）各對稱布置3孔20×4.2m（寬×高）的下沉式平板門，再向內側（即4、6孔）長江側布置20×8.05m（寬×高）的弧形門，6號孔為非標準船閘內河側布置20×4.2m（寬×高）的弧形門，中孔（5孔）采用40×8.05m（寬×高）的弧形門。中孔弧形閘門底檻高程1.5m，支鉸中心高程 5.75m，設計水頭4.53m，閘門寬度39.7m，高度8.05m，重353.7t，面板弧長8440m，鉸鏈中心至面板外緣R=8m。閘門為多腹板箱形門葉和扇形整體支臂，支座采用球鉸。閘門操作條件為動水啟閉。門葉、支臂在工廠制造，整體預拼裝合格后，分為寬度尺寸最大件4.8m的運輸單元，運輸到施工現場拼焊成整體。本文以中孔（即5孔）為例進行介紹。

2.主要技術要求和關鍵質量控制點

弧形閘門制造主要技術要求和關鍵質量控制點如下：

（1）門葉的制造、組裝、焊接和質量控制技術條件必須符合施工詳圖和《水電水利工程鋼閘門制造安裝及驗收規范》（DL/T5018-2004）規范的要求。

（2）支臂與主梁連接面、支臂與支鉸的連接面均應機加工，加工后表面粗糙度Ra應不大于12.5μm。門葉對角線差不大于5.0mm，支臂開口處弦長差不大于4.0mm。

（3）閘門制作焊縫質量控制點：一類、二類焊縫。

（4）閘門鉸鏈鉸座由于在水下運行環境惡劣，且受力復雜，對運轉件的加工從材料到工藝進行控制。

3.主要構件、部件的制造工藝

3.1橫向工、T字形梁制造

（1）弧形閘門工T字型梁腹板、翼板下料時，長度按1/1000放焊接收縮量。將腹板四周、翼板兩端頭按設計要求用刨邊機加工坡口。需對接的主橫梁腹板、翼板，先開好坡口，坡口形式按設計圖紙要求執行。翼緣板采取反變形法，反變形值與板厚、翼緣寬度、焊縫形式及高度有關。

（2）制作拼裝專用胎架進行工、T字型梁拼裝、點焊，檢查調整使腹板與翼緣板垂直度小于0.5mm，腹板對翼緣板的中心偏移小于1mm。按照焊高4mm，焊縫長50mm，間距300mm的要求定位加固。

（3）按焊接工藝規程制訂焊接工藝參數。用藥芯∮1.2mm氣保焊絲進行打底焊，避免用埋弧自動焊焊接時焊穿。背面用碳弧氣創清根，用角磨機打磨直至無缺陷方可用埋弧自動焊焊接成型。工字形梁先焊后翼板與腹板間組合焊縫，后焊前翼板與腹板間組合焊縫，焊后主橫梁朝前翼板方向外拱效果較好。

（4）對接焊縫按一類焊縫要求，組合焊縫按二類焊縫要求進行檢測。

（5）用機械矯正法或火焰消除焊接變形。

3.2邊梁、縱梁制造

（1）弧門邊梁為箱形梁結構，其腹板和前翼緣板要與弧門面板的曲率相合。在平臺上放出腹板大樣或用計算機放出腹板大樣，邊梁腹板、翼緣板與面板錯位200mm，邊梁腹板分為2塊。按照有關規范計算出腹板半徑按圖紙尺寸加放+40mm焊接收縮余量。

（2）根據放樣尺寸作出準確的邊梁腹板、做翼緣板樣板，用數控切割機下料，并開好坡口。

（3）前、后翼緣板采用反變形后用卷板機卷成弧形，用樣板檢驗其弧度。

（4）在胎架上拼裝后翼板和腹板，檢查幾何尺寸合格后施焊。其他工藝措施與主橫梁相同。

3.3面板制造

（1）弧形閘門的面板面積較大，由多塊鋼板拼焊而成。根據閘門分節進行拼板設計，畫出拼板圖。要控制節與節之間的焊縫錯位200mm以上，不能有“十”字焊縫。每節面板采用豎接拼縫進行拼裝。

（2）用刨邊機或半自動切割機加工成V型單面坡口。按拼板圖順序對每塊鋼板進行編號。

（3）將所有拼接鋼板用卷板機卷成瓦片狀，用卡弧樣板（放樣自制）檢驗弧度。將卷制好的瓦片按照拼板圖順序拼裝成一節整體。按照二類焊縫的工藝要求進行焊接。

（4）焊后進行外觀檢查和無損傷檢測。采用火焰輔以錘擊的方法校正變形，修正幾何尺寸。合格后轉入門葉組裝。

3.4運轉件制造

門體運行過程中不但承受水頭壓力、風浪，還必須承擔泥沙等其他不可預見惡劣環境，運轉件制造不但同門體同時承受，還必須承擔門體重力與浮力的循環作用，因此運轉件的加工非常關鍵，主要包括支鉸與軸的加工與精度控制。

（1）鉸座與鉸鏈為焊接件，其結構復雜、加工周期長，需提前投入。制造過程需經歷： 下料→拼焊→焊接→探傷→校正→退火處理→機械金加工。

（2）支鉸軸的制造工藝：鍛造→機加工（粗）→探傷→熱處理調質→金相檢驗→精加工→探傷→鍍鉻→表面拋光（支鉸軸公差要求與鉸座、鉸鏈相實配，可適當取軸下偏差，鉸座鉸鏈孔取上偏差，確保安裝簡便使用合理）。

運轉件多為大型鑄件、鍛件，嚴格控制材料表面無裂紋、砂眼等缺陷及表面硬度等參數，嚴格按各材質的特點進行熱處理，確保各零部件硬度達到設計要求。鉸鏈的內孔應按照已采購的關節軸承的外徑進行實配，支鉸軸的外徑與鉸鏈的內徑應按照關節軸承的內徑進行實配，各部分加工完畢即進行運轉部分試組裝，防止尺寸出現偏差。

4.搭設門葉拼裝平臺

搭設臥拼平臺作為門葉拼裝平臺。門葉拼裝平臺的立柱按照1.5m×1.5m的間距布設，立柱用25號工字鋼制作，立柱最低處高度700mm，考慮制作時人操作需要。將門葉面板弧面的中點布置在最低點上。根據面板的工藝曲率半徑和面板的弧長計算出立柱的高度。將立柱與預埋件焊接，按照計算出的高度值用水準儀對立柱進行測量、修割。所有立柱的測量高度水平值與理論值差小于2mm即算合格。在立柱上方焊接一塊10mm×200mm×300mm的鋼板塊。沿弧門面板寬度方向，在鋼板塊上焊接一條75mm×75mm×6mm的角鋼，角鋼的棱角朝上，目的是保證門葉面板弧面與平臺之間的線接觸。立柱之間沿弧長方向用角鋼或鋼條連接，以使整個平臺連為一個整體，增強平臺的穩固性。

5.門葉的拼裝、焊接

5.1門葉的拼裝

（1）將面板吊上門葉拼裝平臺，按拼板圖的順序將面板在平臺上拼裝成整體，面板節與節之間用10mm×100mm×100mm的小鋼板按照600～800mm間距在外弧面連接定位。

（2）在面板的內弧面放出主橫梁、縱梁、邊梁、次橫梁等位置線，檢驗合格后，用樣沖作好標記。

（3）先吊裝上主橫梁（或下主橫梁），調整點焊牢固。裝配次橫梁，調整點焊。組裝主橫梁兩邊的縱橫梁，調整點焊。再吊裝第二根主橫梁和余下的縱橫梁，直至裝完全部縱橫梁。裝配邊梁，調整邊梁的垂直度和兩邊梁的距離，固定點焊。主梁前翼板與面板之間，主梁腹板、翼板與邊梁腹板、翼板之間，主梁腹板，翼板與縱梁腹板，翼板之間，縱梁與面板之間等，要頂緊裝配，各組合面的局部間隙不能過大。

（4）進行整體尺寸檢驗，主要檢查各構件的位置，兩根主橫梁的平行度、扭曲度和幾何尺寸，門葉對角線長度，扭曲，弦長，弦高等。檢驗合格后，點焊各筋板。

（5）門葉在開焊前按照焊高4mm，焊縫50mm，間距300mm的要求定位加固。以免在正式施焊過程中，避免焊接應力在定位焊處拉開，造成門體變形超差。

5.2門葉焊接

門葉焊接按照先立焊后平焊的順序進行。先焊主橫梁腹板與邊梁腹板連接處的立焊縫，按一類焊縫工藝要求焊接，用偶數焊工對稱施焊。再焊主橫梁腹板與縱梁腹板連接的立焊縫，由偶數焊工從中間往兩邊對稱焊接。焊縱梁的肋板立焊縫，焊接次橫梁與邊梁、縱梁的立焊縫和其他立焊縫。最后焊接主橫梁、縱梁、次梁、筋板等之間的平焊縫。

主橫梁、縱梁、次橫梁等焊接成剛性框架后，進行面板與整體框架連接的焊接，先焊主橫梁與面板的平角焊縫，依次焊縱梁與面板的平角焊縫，次梁與面板的平角焊縫，邊梁腹板與面板的平角焊縫，再焊其他平焊縫。所有的平角焊縫用CO2氣體保護焊焊接。焊后對門葉進行幾何尺寸和扭曲度等檢查，并作好記錄。對焊縫進行外觀檢查和無損探傷檢查。

6.支臂的拼裝、焊接

6.1支臂的拼裝

支臂為扇形箱形梁，結構梁為工字梁。為便于運輸支臂整體制作后分為2段。

放樣確定各零件的幾何尺寸，下料的實際尺寸考慮焊接收縮余量、加工余量，用數控切割機下料，按設計圖紙要求加工坡口。在胎架上拼裝焊接支臂梁和直支撐梁，制作后打上編號，再按設計圖樣要求，在平臺上放出支臂臥拼大樣，以上、下支臂梁的中心線為基準，劃出支臂梁、直支撐梁、靴板等的安裝位置線。然后在平臺上用型鋼制作焊接組裝胎架，將下靴板在胎架上就位，吊裝兩支臂梁與下靴板相連，調整檢驗后點焊固定，吊裝直撐梁與支臂梁連接點焊固定。將連接底板與支臂梁、靴板拼裝點焊，將鉸鏈與連接底板用螺栓連接，便于尺寸檢測和防止連接底板焊接變形。拼裝后，進行幾何尺寸和扭曲度檢查，作好記錄。檢驗合格后可進行焊接。

6.2支臂的焊接

先焊接直支撐梁與支臂梁內腹板的連接立焊縫。焊接連接底板與支臂梁腹板的連接立焊縫，焊接其他立焊縫。有兩名焊工對稱施焊。焊接直支撐梁、采用火焰加熱和機械加壓的方式，校正局部變形。并檢驗焊縫外觀和內部質量，拆掉所有的點焊固定擋板，自由狀態下檢驗支臂的幾何尺寸和扭曲度。合格后交總體預組裝工序。

7.弧門總體預組裝

（1）按設計圖紙尺寸搭設弧門總體組裝平臺。在總拼組裝平臺上測放出各基準點和基準線。測放出左右兩側支鉸中心線、下支臂中心線作為基準線，放出弧門門葉底檻的位置和支鉸高程。

（2）用型鋼搭設固定支臂用的基座。測量其高程符合設計圖紙要求。將左右兩片支臂吊上基座，調整固定，支臂中心至門葉中心距離的允許偏差為±1.5mm。將左右兩鉸鏈分別與支臂連接底板用螺栓相連固定。

（3）通過兩鉸鏈軸孔中心掛鋼絲線，檢測兩個鉸鏈軸孔的同軸度公差不大于1.0mm，每個鉸鏈軸孔的傾斜度不大于1/1000，鉸鏈中心至門葉中心距離的極限偏差為±1.0mm。調整鉸鏈軸孔中心至面板外緣的半徑的偏差不超過±5mm，兩側相對差不大于5mm。

（4）左右支臂固定后，根據支鉸中心線和高程搭設弧門底檻。吊拼門葉于底檻上，門葉位置應與在組裝臺上放出的大樣位置相吻合。將下主橫梁與下支臂靠攏焊上調整螺桿，底緣焊定位擋板，調整門葉的位置，用螺栓將主梁后翼板與下支臂連接頂板連接在一起，利用調整螺栓使支臂上端部與門葉主梁靠攏，用鋼卷尺檢查鉸鏈軸孔中心至面板外緣的半徑。調整至符合圖紙尺寸，修割支臂多余長度，并在支臂梁上端開出單面坡口，在支臂梁上端與門葉之間裝焊臨時固定擋板。再依次吊裝各節門葉。

（5）整體組裝調整就位后，按《水電水利工程鋼閘門制造安裝及驗收規范》（DL/T5018-2004）規范和圖紙要求進行各項檢驗，并做好記錄。

（6）檢驗合格后，進行編號，設置分段定位裝置。按運輸單元分件、拆卸。

8.結語

本文介紹的引航道水利樞紐工程大跨度、大體積、大自重弧形閘門的制造工藝是結合生產廠家的生產條件和本工程的現場實際（包括場地、設備、人員、工期）來制訂的，不同的生產條件可以有不同的制造安裝工藝。經過全體建設者的努力，本次弧形閘門的制造與安裝圓滿成功，取得較好的效果，為類似設備積累了經驗。