沙陀水電站升船機上下閘首工作門門葉制作關鍵技術

李 友 明， 黃 猛

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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沙陀水電站升船機上下閘首工作門門葉制作關鍵技術

李 友 明， 黃 猛

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

貴州沙陀水電站500t升船機上下閘首工作門為U形大門帶臥倒小門的平板門，是升船機上下游的擋水設備，過船時船箱通過其與上下游水域對接。介紹了上下閘首門的結構特點與采取的主要工藝技術措施，可為同類構件制作提供借鑒。

升船機；閘首；拼焊；預拼裝；實驗；沙陀水電站

1 概 述

貴州沙陀水電站500t級升船機上下閘首工作門為U形大門帶臥倒小門的平板門結構形式。門葉尺寸大，外形尺寸為3 420mm(厚)×19 600mm(寬)×18 100mm(長)。門葉分6節，其第1至3節節間為連接板高強螺栓連接形式，第3節至第6節節間為焊接形式。

門葉所用主要材料為Q345B+1Cr18Ni9Ti，重量大，總重量約為320t，最重一節門葉為62.3t。雙面板結構，邊梁處焊縫布置多且隔板與隔板之間的距離較大(達3.1m)，隔板間連接筋較少，門葉整體鋼性不是很好，在第1，2，3節門葉面板上需貼焊大面積的1Cr18Ni9Ti材質密封框止水板，從而導致焊接變形控制難度大，對過程控制要求高，閘首工作門結構見圖1。

圖1 閘首工作門主視圖

2 閘門特點與難點分析

閘門制作按照 《水電水利工程鋼閘門制造、安裝及驗收規范》(DL/T5018-2004)及思林水電站升船機技術要求執行

2.1 主要技術指標

(1)U型門兩邊梁中心距偏差為±5mm。U型門第1，2，3節節間板結合面平面度≤0.5mm。

(2)U型門所有支承行走滾輪應在同一平面內，平面度誤差不大于1mm。

(3)U形門門葉側止水座面平面度≤2mm。密封框止水座面平面度≤3mm。

(4)U型大門兩鎖定軸中心距閘門中心線的距離偏差≤1mm。

(5)U形門與臥倒門在同一斷面上，主滑塊工作面與止水工作面的距離允許偏差為±1.5mm。

(6)U型門門葉吊耳孔縱、橫向中心線的距離允許偏差為±2mm，軸孔同軸度偏 差 不 大 于

0.5mm，其傾斜度應不大于1/1 000。

(7)U型門兩啟閉點及兩支鉸的中心距偏差不大于2mm。臥倒門安裝后支絞軸應同軸，同軸度偏差不大于0.5mm。

(8)臥倒門所有主滑塊以止水座面為基準進行調整，工作面應在同一平面內，其平面度允許公差≤1mm。

2.2 制作難點分析

(1)U形門葉1，2，3節節間的連接主要靠連接板螺栓連接，連接板面 積 較 大，達 到3.3m×

3.4m且其背后無加強筋，而圖紙要求連接板連接面的平面度≤0.5mm，既要保證間隙要求，又要保證連接板螺栓孔不錯位，故難度極大。

(2)由于門葉結構尺寸大，結構形式又不對稱，邊梁位置焊縫集中且全部為全熔透焊縫，正常拼裝后會形成一個密閉的箱體，在鋼性較差的情況下，對焊接控制要求較高。

(3) 第1，2，3節面板需大面積貼焊不銹鋼材質為1Cr18Ni9Ti的密封框止水板，尺寸為14 820mm(長)×8 750mm(寬)×5mm(高)，密封框止水板的粗糙度為3.2，經加工后達到該要求。如何保證不銹鋼板能順利地加工成為制作成功的關鍵。

(4)U形門葉中各座板面的平面度要求較高。為保證平面度要求，減小構件節間錯位，最大程度地減小制作工期，劃線拼焊方式的選擇至關重要。

(5 )臥倒門結構同樣存在鋼性差的特點且面板只有10mm厚，焊接變形大，對焊接收縮量的預留值與焊接變形控制提出了高要求。

3 采取的制作工藝措施

上下閘首門廠內制造需經備料、部件組拼、機加工、廠內整體預拼裝與臥倒門動作實驗等階段，制造工序多，過程長。制作前，須進行總體技術工藝方案規劃，分解與明確各階段控制重點與工藝措施，確保最終交貨滿足合同技術條款和規范要求。通過仔細分析與研究，制定出合理的工藝方案并在生產制造過程中實行全過程質量控制。

3.1 下料階段控制

焊接收縮量預留值的多少是保證構件拼焊后尺寸的關鍵，在下料階段就應嚴格控制。門葉結構中的關鍵零件之一為主梁腹板。根據U形門門體結構特點，主梁腹板長度為18 600mm，經經驗與計算核定，對于主梁腹板的下料尺寸按+0.6‰下料，長度方向焊接收縮量為10mm，同時嚴格控制下料零件的長寬與對角線尺寸誤差≤2mm。

臥倒小門的面板厚度為10mm。根據經驗，10mm的鋼板焊接收縮較多，同時，臥倒門中邊梁處的焊縫較多，主梁間距與隔板間距較大，門葉整體剛性不是很好，故焊接變形大。零件下料時應考慮二次焊接收縮量，即焊接收縮量與修校收縮量。在考慮焊接收縮量的預留值時，不能再按常規1‰預留，經綜合考慮，按2‰的余量進行預留?？紤]到臥倒門中主梁腹板長度為125 80mm，故在下料時按+24mm焊接收縮量下料。

3.2 拼焊控制

3.2.1U形門門體拼裝順序及尺寸控制

為控制構件質量，應盡可能地將各個工序分解，小拼焊成單個構件后再組拼在一起。傳統的主梁、邊梁小拼只拼焊成丁字梁或工字梁以使其能過校直機修校，考慮到邊梁上的筋板較多，特別是第3節門葉的邊梁還布置有大門鎖定吊耳板且焊縫要求為全熔透焊縫，焊接量大、造成焊接收縮較多，如果在中拼時再進行焊接，容易造成上下節邊梁節間、板間隙超標，變形不易控制，故在邊梁小拼焊時將筋板、吊耳板等預先參與拼焊，從而有效地預防了中拼的焊接變形。

U形門葉組拼時以上游面板為底平面，采取6節門葉整體放樣拼焊，嚴格控制放樣矩形的對角線≤2mm，同時，在拼裝下游面板時需檢測門體的厚度，保證門體下游面板的平面度≤2mm。

3.2.2U形門門體第1，2，3節節間控制

針對高要求的第1，2，3節節間板間隙并防止節間高強螺栓孔錯位的要求，采用配焊+擴孔方法予以解決。具體為各節間板預開制單V45°/2mm鈍邊坡口，坡口朝向門葉兩側，即坡口面背靠背結合，可使節間焊縫焊完之后保持平整，不會干涉節間的組合，同時達到拆解前多焊接的目的，防止了拆解后過多的焊接影響構件質量。第1，2節門葉拼焊時不拆解，整體翻身焊接，以達到減小變形的目的。焊接時，先焊接第3節門葉節間連接板，第2節與第3節配焊的節間連接板暫不焊接，待第一次組拼劃線時配焊。在門葉預拼裝時對節間間隙進行檢查，除中間軟邊局部間隙達到1.5mm外(中間軟邊可用工裝卡子卡嚴)，其余貼合面的間隙均在0.5mm之內。

對于節間高強螺栓連接孔，圖紙標注為φ21孔，采取將兩件節間連接板預先點焊在一起、然后預鉆孔的方式，預鉆孔徑為17mm。在門葉廠內預拼裝，各節門葉調整合格后再擴孔至φ21，該工藝措施的實施保證了節間板連接螺栓孔不錯位。U型門節間連接板型式見圖2。

3.2.3U形門門葉焊接控制

門葉拼裝后形成一個密閉的箱體，造成第3節與第4節門葉焊接時的焊接煙塵無法排除，為此，對第1，2節門葉加固完成后將其移開再進行剩余門葉的焊接。

圖2 U型門第1，2，3節門葉節間連接板示意圖

焊接要求：挑選具有一、二類焊接資質的焊工，安排偶數對稱焊接，從中間往兩端分段退焊，實行多層多道焊接。由于門葉厚度達到3.4m，因此，所有立焊分3段，先中段，再下段，最后上段施焊。焊前加固，對隔板實施立焊，單面焊完且仰焊加固后方可翻身進行余下焊縫的焊接。第6節門葉主梁為箱梁，主梁前翼板預先鉆有塞焊孔，為保證主梁前翼板與門葉面板貼嚴，先焊接主梁前翼與面板的塞焊孔，再進行其余焊縫的焊接。

在門葉焊接中充分利用CO2氣保焊能量密度高的特點，采用CO2氣保焊進行焊接。立焊電流為150～200A，電壓為21～23V，平焊焊接電流為210～250A，電壓為25～27V。

實踐證明：在焊接過程中采取以上工藝措施減小焊接變形是非常有效的，同時，在焊接過程中隨時監控構件的變形情況，發現異常情況及時進行處理，避免了焊接后的尺寸誤差超出控制要求的范圍。

3.2.4U形門門葉止水與滑塊等座板的拼焊

U型門中水封、支撐行走、反向滑塊、密封框止水等座板的平面度與粗糙度通過加工的方式達到要求。雖然在單節門葉拼焊時采取了嚴格的控制措施，但每節門葉的變形與收縮亦不能完全一致，因此，必須提供一個統一的基準并按此加工，方能保證門葉節間的錯位與所有座板加工后均在規范要求的范圍內。因此，要求將所有的門葉組合在一起畫加工線。但止水、滑塊等座板何時拼裝卻關系到能否順利地畫出加工線。因加工面較多并綜合考慮質量與工期要求，最終采取了在單節門葉修校好之后暫時不拼焊水封、密封框止水板等座板，待門葉第一次整體組拼時畫線拼焊的方式。各座板之間的關系見圖3。

U型門中6節門葉第一次組拼時預先搭好了工裝，工裝高度要求為1.2m以上操作者方能正常操作。工裝搭設時，應預先考慮到門葉加工完后廠內交驗的狀態為水封座板朝上，故工裝寬度尺寸以不干涉側輪的試拼為宜。水封座板、反向滑塊體積小、重量輕，仰著即能拼裝，而密封框止水板體積大、重量重，其只能正面拼裝，故第一次組拼狀態與交付驗收的狀態恰恰相反，為密封框止水板朝上，水封座板朝下的狀態。對于U型門中與臥倒門連接的止水座板先不拼裝，待檢測記錄好對應處的面板直線度、其余座板焊接完、畫完加工線之后再翻身單獨拼焊。因第3節門葉有大面積的不銹鋼密封框止水板，因此，在焊接完座板后需單獨復測。以上措施有效地保證了構件的各項尺寸要求，加快了制作進度。

圖3 閘首工作門俯視圖

3.2.5U形門密封框止水板加工前的控制措施

U型門中第1，2，3節面板上需大面積貼焊不銹鋼材質為1Cr18Ni9Ti的密封框止水板，面積約為41m2，工藝板厚度為10mm，設計理論厚度為5mm。如此大面積的不銹鋼、板厚又較薄的情況下加工時極易出現以下問題：加工后的平面度超差或鋼板被加工穿。為能正常進行加工，采取了以下控制措施：

(1) 嚴格控制密封框止水板下面板的平面度在3mm范圍內，同時面板不允許下撓；

(2) 針對構件剛性較差的情況，拼裝密封框止水板前，在相對應的面板適當位置增加工字鋼支撐以增加構件的剛性；

(3) 考慮到上下閘首門的實際情況，適當增加塞焊孔的數量，由傳統的250mm間距鉆一個塞焊孔減小到125mm間距，防止加工時出現倒吸現象；

(4) 加工時采用水冷措施，以降低加工過程中密封框止水板的熱變形。

經過采取以上四項措施，保證了加工過程的順利進行，構件達到了圖紙尺寸及精度要求。

3.3 臥倒門的拼焊控制

臥倒門拼裝時同樣采取整體放樣拼焊，同時針對門葉鋼性差的情況分別對節間與底水封座板處采取工字鋼加固的措施。在嚴格控制焊接變形的同時預留了一側的邊梁腹板先不焊接，在門葉其余焊縫焊接完成后，再檢測門葉尺寸及變形情況，經過修校、調整合格后再決定是否焊接另一側邊梁焊縫。經過采取以上措施，保證了門葉的各項尺寸在技術要求范圍內。

4 閘門廠內預拼裝

為確保上下閘首門結構與設備組裝后能夠滿足設計與運行要求，上下閘首門需在廠內進行結構預拼裝和設備組裝，以檢查各部件的形狀、位置、性能是否滿足設計要求，各部件的連接是否正確、可靠并進行相應的檢驗與實驗。

上下閘首門廠內預拼裝同樣在先前第一次組拼的工裝上進行，狀態為水封座板朝上，密封框止水板朝下。預拼裝的主要程序與步驟如下：

(1) 從第6節門葉開始，依次擺好U型門葉，待檢測各項數據符合技術要求后配鉆水封壓板孔后試配支撐行走主輪、側輪等裝置。

(2) 組裝大門鎖定裝置，保證鉸鏈轉動靈活，無卡阻現象。

(3) 組裝臥倒門液壓油缸，對臥倒門進行動作實驗。實驗過程中，要求油缸伸縮平穩，小門兩側油缸伸出距離需達到同步要求。

(4)進行閘門翻轉實驗，現場檢測達到了設計要求。臥倒門翻轉情況見圖4。

圖4 臥倒門翻轉示意圖

5 結 語

沙陀水電站升船機上下閘首門的成功制作，標志著中國水電七局公司制造能力的提升，為同類構件的制作積累了經驗。

[1] DL/T5018-2004， 水電水利工程鋼閘門制造、安裝及驗收規范[S].

[2] 陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.

(責任編輯：李燕輝)

2016-10-28

TV7;TV547;TV

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1001-2184(2016)06-0045-04

李友明(1983-)，男，四川德陽人，助理工程師，學士，從事水利水電工程機械生產技術與管理工作；

黃 猛(1972-)，男，四川廣漢人，金結分廠副廠長，高級技師 ，從事金結分廠生產技術與管理工作.