犍為航電樞紐船閘人字門制造的關(guān)鍵工藝

田 文 恒， 黃 成 林

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

犍為航電樞紐位于四川省岷江干流下游河段，是岷江下游河段(樂山-宜賓大件航道)航電規(guī)劃的第三個梯級，其上游為東風(fēng)巖航電樞紐工程，下游為龍溪口航電樞紐工程。犍為壩址位于樂山市犍為縣城上游約3 km處，距樂山市約57 km，距宜賓市109 km，距成都市約144 km。

岷江犍為航電樞紐工程船閘等級為Ⅲ級，閘室有效尺寸為220 m×34 m×4.5 m，通航1 000 t級船舶，設(shè)計通航標準為通航2×1 000 t級船隊。上閘人字門的單扇規(guī)格為20.2 m (寬) × 16.45 m (高)×3.016 m (厚)，共2扇，下閘人字門的單扇規(guī)格為20.2 m (寬) × 25 m (高)×3.022 m (厚)，共2扇，均為超大型人字門，其中止水為支墊塊支承兼做剛性止水，側(cè)止水為支墊塊與枕墊塊支承兼做剛性止水，底止水為橡膠止水。人字門總體布置情況見圖1。

2 三維模型的創(chuàng)建及應(yīng)用

船閘人字門結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是兩端柱，其作業(yè)孔間狹小，分段面錯縫復(fù)雜，門葉結(jié)構(gòu)還涉及與中止水、側(cè)止水、底止水、頂樞、底樞、推拉插銷、導(dǎo)卡、背拉桿、鋼護舷、工作橋等大量附件的裝配。為精確控制各裝配質(zhì)量，需制定合理的工藝和措施，項目部為此應(yīng)用BIM技術(shù)，依據(jù)設(shè)計圖紙，創(chuàng)建了人字門三維模型[1]。船閘人字門三維模型見圖2。三維模型的應(yīng)用情況如下。

2.1 進行碰撞檢測

在三維軟件中進行人字門總裝，通過設(shè)定相應(yīng)的碰撞檢測規(guī)則進行碰撞檢測，根據(jù)碰撞檢測結(jié)果快速定位碰撞點，從而提高圖紙的會審效率及準確性；參考三維模型模擬制造技術(shù)方案，使制造技術(shù)方案更為準確、實用。

2.2 提取單節(jié)門葉結(jié)構(gòu)的參數(shù)

圖1 人字門總布置示意圖

圖2 船閘人字門三維模型圖

在三維模型圖中，提取單節(jié)門葉結(jié)構(gòu)的參數(shù)，確定各節(jié)門葉結(jié)構(gòu)的實際重量、重心位置，從而確定吊裝翻身吊點的位置及翻身方案，實現(xiàn)吊裝翻身的精細化控制，保證吊裝翻身過程的安全。

2.3 輔助技術(shù)交底

利用三維模型進行三維可視化施工技術(shù)交底，使施工技術(shù)交底更加形象和準確，幫助作業(yè)人員熟悉人字門的結(jié)構(gòu)特點，充分理解圖紙要求及制造工藝要求，使作業(yè)人員更加直觀、清晰地理解和把握關(guān)鍵節(jié)點，掌握工藝流程和質(zhì)量控制要點。

2.4 輔助施工管理

運用BIM三維管理平臺，在船閘人字門結(jié)構(gòu)制造過程中，按照相關(guān)的三維標準錄入相應(yīng)的制造過程信息，確保及時性、準確性、可追溯性。

3 制造工藝流程

根據(jù)人字門的結(jié)構(gòu)特點，綜合各種因素，經(jīng)過對比分析后將常規(guī)的“單扇門葉整體拼裝、整體焊接、單節(jié)加工”制造工藝優(yōu)化為“單節(jié)門葉拼裝、單節(jié)門葉焊接、單扇門葉整體拼裝、整體加工”的制造工藝，其制造工藝流程為：單件下料→部件模塊化制造→相鄰兩個單節(jié)門葉聯(lián)合拼裝→單節(jié)門葉焊接→單扇門葉整體預(yù)組裝→拼裝端柱及焊接→整體劃線及標識→拼裝背拉桿→拼裝鋼護舷及焊接→整體機械加工→分解為單節(jié)門葉→表面防腐→出廠。

4 人字門制造中的關(guān)鍵工藝

4.1 模塊化制作

因船閘人字閘門主梁及隔板等部件高度高、筋板多、焊接量大，為減少焊接變形及焊接應(yīng)力，單件下料后，將主梁、隔梁、加強肋板等零件劃分為多個部件，采取模塊化制作使焊接分散。模塊化制作合格后，再進行門葉結(jié)構(gòu)的拼裝及焊接。部件模塊化制作情況見圖3。

4.2 單節(jié)門葉拼裝工藝

(1)應(yīng)用三維模型，對單節(jié)門葉結(jié)構(gòu)的尺寸、重量進行分解。

(2)搭設(shè)單節(jié)門葉的拼裝平臺，在平臺上聯(lián)合鋪設(shè)兩個相鄰單節(jié)門葉的面板，并在面板上劃出拼裝基準線，然后依次將主梁、隔梁等部件模塊組拼在一起，形成兩個相鄰單節(jié)門葉的聯(lián)合拼裝。

圖3 部件模塊化制作示意圖

(3)兩個相鄰單節(jié)門葉聯(lián)合拼裝完畢并經(jīng)檢查合格后，分解為兩個單節(jié)門葉，將其中一個單節(jié)門葉吊至焊接平臺上進行焊接，另一個單節(jié)門葉作為基準，完成與其相鄰的另一個單節(jié)門葉的拼裝，然后再分解成兩個單節(jié)門葉，依次類推，完成相鄰兩個單節(jié)門葉的聯(lián)合拼裝以及分解后的單節(jié)門葉焊接，從而準確控制門葉節(jié)間錯位并提高拼裝效率。

(4)兩個相鄰單節(jié)門葉聯(lián)合拼裝時，門軸柱端板及斜接軸端板不參與拼裝，門軸柱端板及斜接柱端板與支墊塊配鉆螺孔后，在單扇門葉整體預(yù)拼裝時再與門葉結(jié)構(gòu)拼裝。

(5)單節(jié)門葉結(jié)構(gòu)拼裝時，嚴格控制每根主梁的垂直度、直線度以及分節(jié)位置的平面度、隔板的錯臺和錯位。

(6)根據(jù)每節(jié)門葉結(jié)構(gòu)的重心位置設(shè)置相應(yīng)的臨時吊耳。

4.3 單節(jié)門葉焊接工藝

(1)每節(jié)門葉拼裝結(jié)束后，對單節(jié)門葉結(jié)構(gòu)進行支撐加固[2]以提高焊接時的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，減少焊接變形。

(2)為改善焊接條件、提高焊接質(zhì)量及焊接效率，在按要求完成平焊位置的焊縫焊接后，采用懸空翻技術(shù)將單節(jié)門葉平穩(wěn)翻轉(zhuǎn)，使立焊、仰焊變?yōu)樗胶附?，通過對單節(jié)門葉多次翻轉(zhuǎn)，使單節(jié)門葉的所有焊縫均變?yōu)樗胶缚p焊接。

(3)焊接方式為CO2保護焊，選用實芯焊絲和藥芯焊絲配合使用，藥芯焊絲主要用于蓋面以提高焊縫的外觀質(zhì)量。焊接時，焊工呈對稱分布，采用小焊接參數(shù)焊接以降低焊接線能量，減少熱量輸入，降低焊接變形，并采用分段、間隔、退步、多層多道[3]的焊接方法。焊接過程中，各焊工統(tǒng)一步調(diào)，焊接電流、焊接電壓、焊接速度基本保持一致。

(4)焊接材料[4]選用ER50-6，焊絲直徑為1.2 mm，焊接參數(shù)見表1。

表1 焊接參數(shù)表

(5)焊接步驟：主梁腹板與縱隔梁腹板的焊縫焊接、推力隔板與主梁腹板的焊縫焊接→主梁腹板橫向筋板焊縫→推力隔板與邊隔板、縱肋板的焊縫焊接→主梁腹板與另一側(cè)縱隔梁腹板的焊縫焊接→隔板翼緣與主梁后翼緣的對接焊縫焊接→縱向小梁與面板的角焊縫焊接→縱隔梁與面板的角焊縫焊接→主梁前翼緣與面板的角焊縫焊接。

(6)單節(jié)門葉每次吊裝翻轉(zhuǎn)后應(yīng)支墊平整、可靠。

(7)焊接過程中做好記錄及監(jiān)控，必要時及時調(diào)整焊接工藝。

4.4 單扇門葉整體拼裝工藝

(1)采用型鋼在地面上搭設(shè)拼裝平臺，平臺的結(jié)構(gòu)形式為框型結(jié)構(gòu)，將平臺的整體平面度控制在2 mm以內(nèi)。平臺搭設(shè)后，在平臺上劃出人字門門葉中心線和人字門底主梁腹板中心線并作出標識。

(2)單扇人字門的整體拼裝應(yīng)面板向下，后翼緣向上。以拼裝平臺上劃出的人字門門葉中心線和人字門底主梁腹板中心線為基準，首先拼裝定位底節(jié)門葉，然后以底節(jié)門葉及拼裝平臺上的門葉中心線為基準，依次完成其余各節(jié)門葉的拼裝，形成單扇人字門整體拼裝狀態(tài)。

(3)在單扇人字門葉整體拼裝狀態(tài)下，重新測量劃出門葉中心線、底主梁腹板中心線、頂主梁腹板中心線、底樞中心線、頂樞軸孔中心線、底止水架拼裝基準線、門軸柱端板拼裝基準線、斜接柱端板拼裝基準線、頂樞軸孔加工基準線、背拉桿拼裝基準線并作出標識，進行相應(yīng)幾何尺寸的檢測，做好記錄。

(4)以門軸柱端板拼裝基準線和斜接柱端板拼裝基準線為基準，分別修整、打磨門軸柱端和斜接柱端的尺寸及坡口，然后從底節(jié)門葉向頂節(jié)門葉方向依次拼裝門軸柱端板和斜接柱端板。拼裝過程中，嚴格控制端板的傾斜度及門軸柱端板、斜接柱端板至門葉中心線的尺寸以及門軸柱端板至斜接柱端板的尺寸。

(5)門軸柱端板、斜接柱端板的焊接。焊工必須為持有平、立、橫、仰四個位置有效合格證的焊工，焊工呈對稱分布。從中間節(jié)門葉位置分別往頂節(jié)門葉、底節(jié)門葉方向?qū)ΨQ焊接，采用分段、間隔、退步焊、多層多道的焊接方法。選用小的焊接電流和焊接電壓焊接，降低了焊接線能量。焊接順序為：端板與推力隔板之間的焊縫焊接→端板與主梁腹板之間的焊縫焊接→主梁翼緣與主梁翼緣連接之間的焊縫焊接→端板與主梁翼緣之間的焊縫焊接→端板與主梁翼緣連接之間的焊縫焊接。

(6)在對門軸柱端板、斜接柱端板施焊過程中，一定要做好焊接變形的檢測及記錄，必要時，及時調(diào)整焊接工藝。

(7)復(fù)查并修正門軸柱端板及斜接柱端板焊接后對頂樞軸孔中心與頂樞中心的同軸度、頂主梁腹板中心線、底主梁腹板中心線產(chǎn)生的偏差。

4.5 單扇人字門整體加工工藝

由于單節(jié)門葉加工受裝夾、找正等累計誤差的影響，加工精度控制難度大。為此，采用了單扇人字門整體加工工藝，即：單扇人字門在整體拼裝狀態(tài)下，所有焊縫焊接結(jié)束后保持單扇人字門的整體拼裝狀態(tài)不變，將移動式鏜銑床吊至待加工的位置，以待加工面上的加工基準線為基準，將移動式鏜銑床找正并裝夾固定可靠后進行加工作業(yè)。加工內(nèi)容包括：頂樞軸孔的加工、頂主梁腹板斜接柱端的導(dǎo)卡座面加工、底主梁腹板門軸柱端的底樞上蓋座面加工。頂樞軸孔的加工由于軸孔間距大，加工前，采用鏜桿穩(wěn)定座[5]對鏜桿進行穩(wěn)定以減小鏜桿擺動，提高鏜孔的質(zhì)量及精度。頂樞軸孔廠內(nèi)加工時，將軸孔直徑預(yù)留加工余量，待人字門工地安裝結(jié)束后在現(xiàn)場完成精加工鏜孔至圖紙尺寸，以進一步消除安裝累計誤差對頂樞軸孔中線與底樞中心同軸度的影響。

4.6 剛止水面配合精度控制

犍為航電樞紐船閘人字門的中止水為支墊塊支承兼做剛性止水，側(cè)止水為支墊塊與枕墊塊支承兼做剛性止水，底止水為橡膠止水。人字門關(guān)閉后，斜接柱的支墊塊與支墊塊需緊密貼合(局部間隙不得超過0.05 mm)實現(xiàn)中止水，門軸柱枕墊塊與門軸柱支墊塊需緊密貼合(局部間隙不得超過0.05 mm)實現(xiàn)側(cè)止水。支墊塊、枕墊塊為不銹鋼鍛件，單件細長，加工時的熱敏感性較高，加工完畢拆除裝夾壓板后，直線度多達3mm，遠達不到止水要求。為此，通過冷校正、紅丹配對檢查、鏟刀修正、研磨、拋光等人工輔助提高剛止水面的配合精度，滿足剛性止水要求。

5 結(jié) 語

該制造技術(shù)及工藝通過在犍為航電樞紐1 000 t級船閘4扇超大型人字門制造中的應(yīng)用，取得了良好效果：三維模型的創(chuàng)建和應(yīng)用，使圖紙會審、制定方案、技術(shù)交底等技術(shù)準備更加直觀、清晰；相鄰兩個單節(jié)門葉聯(lián)合拼裝工藝有效地控制了分節(jié)位置的錯臺、錯位，減少了場地占用時間；采用懸空翻技術(shù)實現(xiàn)了單節(jié)門葉的平穩(wěn)翻轉(zhuǎn)，將立焊和仰焊轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶肝恢煤附樱纳屏撕附訔l件，降低了焊接勞動強度，提高了焊接效率，同時減少了高空作業(yè)，使施工作業(yè)更加安全。單扇人字門的整體加工減少了裝夾、找正等累計誤差的影響，提高了加工精度；支墊塊、枕墊塊精加工后，通過冷校正、紅丹配對檢查、鏟刀修正、研磨、拋光等人工輔助，提高了剛止水面的配合精度，滿足了剛性止水要求。

在犍為航電樞紐船閘人字門制造過程中，工

序流轉(zhuǎn)更加順暢，生產(chǎn)效率顯著提高，過程質(zhì)量控制更加及時、準確，產(chǎn)品質(zhì)量得到了進一步提升，一次通過了出廠驗收并獲得業(yè)主、監(jiān)理的高度評價。目前，犍為航電樞紐船閘人字閘門已投入使用，運行效果良好。該制造工藝對類似人字門的制造具有較好的參考價值。