鋼閘門制作中焊接變形的原因及應對措施

高升 江斌

摘要：城市建設離不開水利工程，而水利工程的建設與發展離不開鋼閘門。鋼閘門是水利工程建設中最重要的組成之一，提高閘門的質量與可控性有助于水利工程的發展。然而，鋼閘門制作焊接過程較為復雜，由于部分工藝技術的問題，容易導致鋼閘門焊接變形，進而影響了水利工程建設質量。因此，對鋼閘門制作中焊接變形的原因進行分析具有重要意義。筆者從鋼閘門制作的出發，分析制作中存在的問題，探究焊接變形的原因，并從設計過程以及工藝制作兩個方面，提出具體的應對措施，提高鋼閘門的焊接質量。

關鍵詞：鋼閘門；焊接變形；應對措施

引言：

隨著我國經濟的快速發展，部分城市加大了水利工程的建設。鋼閘門作為水利工程建設中的重要環節，引起了相關研究學者以及技術人員的高度重視。由于鋼閘門結構較為復雜，對焊接人員的技術要求較高，一旦技術操作存在問題，很有可能會導致鋼閘門焊接變形，進而影響工程的建設與后續對鋼閘門的控制應用。因此，為了避免該問題的出現，對鋼閘門焊接變形的因素進行探究具有較高的應用價值。筆者從鋼閘門焊接的角度出發，對焊接變形的原因進行以下深入探究。

一、鋼閘門的類型及工作性質

（一）鋼閘門的組成

鋼閘門是水利工程中用來控制局部水工建筑物過水口的活動結構，能夠進行開啟和關閉等操作，來實現對水位流量的控制。鋼閘門主要是由鋼板、型鋼、封水裝置、支承裝置、起吊裝置等組成，是水工金屬結構。目前，鋼閘門普遍應用在水里工程水位、水量、船運等控制方面。

（二）鋼閘門的類型

鋼閘門按照不同的方向可以分為不同的類別。按照不同的工作性質，可以將剛閥門分成施工、工作、事故、檢修等閘門。施工閘門主要用來封閉施工導流口；工作閘門主要起到對水流量的控制作用；事故閘門是水利工程中一旦出現事故，可以對上下游進行開啟與封閉的閘門；檢修閘門主要起到擋水作用，阻止水流而后對水利工程設備進行檢修等。按照閘門孔的位置與作用，也可以分為露頂閘門或者潛孔閘門，即閘門孔是位于水面以上還是以下。按照鋼閘門的具體設計，也可以將鋼閘門分為平面、弧形、人字形鋼閘門等。不論是以上何種類型的鋼閘門，對焊接技術都具有較高的要求，一旦操作存在疏忽，很容易影響整個鋼閘門的使用情況。

二、鋼閘門制作中存在的問題及原因分析

（一）存在的主要問題

在鋼閘門制作的過程中，較為容易出現的表面問題有兩個方面，一是鋼閘門厚度不均，整體面板較為不平，甚至呈現出波浪形；二是鋼閘門整體較為平直，但存在局部變形，且局部變形大于5mm。以上兩種問題的出現不僅影響了鋼閘門的整體美觀程度，同時也影響了止水功能。由于整體面板出現不平甚至變形的情況，極有可能會對鋼閘門的整體承載能力帶來影響，進而影響鋼閘門在水利工程建設中的使用。

（二）原因分析

針對以上出現的問題對鋼閘門整體面板不平等情況，主要是由于焊接變引起的。鋼閘門制作過程中，焊接可以對鋼閘門局部進行加熱，局部形成不均勻的溫度場，溫度場范圍內的工件會因為溫度迅速升高而產生膨脹等現象，在溫度場消失時候，溫度迅速下降導致收縮。由于鋼閘門焊接部位的工件組成較為復雜，工件在溫度場內不能夠獨立進行熱脹冷縮，且各個工件之間存在相互作用力，在復雜的作用力影響下，工件冷卻收縮時會產生變形，進而對鋼閘門的質量帶來影響。焊接是一種熱循環過程，在該過程中，材料的塑性變化是工件產生變形的主要原因，另外金屬在冷卻的過程中，工件收縮產生塑性形變，進而直接導致焊接變形。基于以上分析，影響焊接變形程度的主要因素較多，其中包括鋼閘門工件材料的膨脹系數、屈服極限、密度等，同時也取決于工件本身的尺寸、形狀以及與其他工件之間的相互作用力。因此，在進行焊接的過程中，要對該方面進行充分的考慮。

在對鋼閘門構件進行初步焊接之后，一般情況下都會出現或多或少的變形，變形的程度較為復雜，直接影響著鋼閘門的功能效果。根據鋼閘門焊接變形的程度，可以分為縱向、橫向、回轉、彎曲、波浪、扭曲和角變形等。通常情況下，鋼閘門面板產生的變形主要是彎曲變形與角變形。

1.彎曲變形。彎曲變形指的是原本平整的鋼閘門面板局部出現了彎曲現象，是鋼閘門焊接變形中較為容易出現和辨認的變形類型。

2.角變形。該焊接變形主要發生對接焊縫的時候，原本在焊接的過程中較為平整，在溫度場發生變化之后面板橫向收縮，在厚度方向上的不均勻直接導致出現角變形。通常情況下，坡口角度越大，產生的變形程度越明顯。焊接高度越高，受到面板自身的影響，角變形越嚴重。因此，在進行焊接的過程中要注意坡口角度與焊接高度的控制，防止出現角變形。

三、鋼閘門制作中焊接變形的應對措施

（一）設計過程中的控制措施

鋼閘門制作過程中，為了防止焊接變形，應采取適當的應對措施。首先，要選擇合理的焊接尺寸，在確保焊接滿足鋼閘門質量的情況下，盡量縮小尺寸；其次，要減少焊接的次數，防止焊接次數過多焊接變形加重；最后，應合理安排焊縫位置，讓焊接縫盡量處于中性軸，防止出現角變形。

（二）工藝制作中的控制措施

在鋼閘門制作工藝中，為了防止焊接變形，通常采用三種方法，一是剛性固定法，將鋼閘門需要進行焊接的工件進行固定，使其滿足焊接工藝的需求，進而防止出現彎曲變形與角變形，由于部分工件難以進行固定，因此該方法的采用頻率不高。二是反變形法，在進行鋼閘門裝配與焊接的過程中，給予適當的相反變形，在焊接的過程中與焊接變形進行抵消，進而來保障焊接的平整性，通常該方法的采用需要較為豐富的焊接經驗，對反變形程度進行調整，進而達到防止焊接變形的目的，該方法也是鋼閘門焊接中防止變形較為常用的方法。三是改進焊接方法，結合不同的鋼閘門焊接情況，選擇不同的焊接技術與焊接方法，來盡量避免焊接變形的出現，優化焊接順序等。例如，在進行鋼閘門焊接的過程中，先焊對接縫，而后再焊角接縫。

結論：

綜上所述，能夠看出影響鋼閘門焊接變形的因素較多，盡量采取適當的控制措施能夠大大降低焊接變形出現的概率。基于此，應提高焊接技術人員的專業水平，提高焊接作業的精準度，并充分掌握反變形法，實際應用在鋼閘門焊接的過程中。同時，應對鋼閘門焊接的標準進行規定，焊接技術人員應按照標準，選擇合適的方法來進行焊接，將焊接變形控制在最低范圍以下，使得鋼閘門的質量達到標準效果，符合水利工程建設的基本要求。

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