溧陽抽水蓄能電站攔污柵制造工藝淺析

孫學良 康華

中國水利水電第五工程局有限公司第一水工機械廠 四川廣元 628003

1 工程概況

溧陽抽水蓄能電站地處江蘇省西南部的溧陽市境內，下水庫區經天目湖鎮平橋至溧陽市公路里程為32km。電站由上水庫、輸水系統、地下廠房系統、下水庫及地面開關站等建筑物組成。在下水庫出/進出水口最前段，布置8 孔垂直攔污柵，孔口寬度6．55m，孔口高度14．0m，設計水位差5．0m，底板高程-20．000m，攔污柵用拉桿連接至檢修平臺高程25．60m 處。每套攔污柵共分5 節，節間采用銷軸連接。8 孔攔污柵采用1 臺單向門機操作和檢修。門機額定啟閉容量為2×500kN，總揚程和軌上揚程均為7．5m，門機軌道鋪設在高程25．60m 的平臺上，軌道長度約為73m。

2 攔污柵柵葉制造工藝

攔污柵柵葉加工工藝流程為：編制車間生產圖→編制工藝技術文件→圖紙工藝審查→下料→零件加工→小拼焊→部件加工→大拼裝→整體焊接→矯正→整體銑削滑道座板平面→配鉆各螺栓孔→定位、標識、編號→防腐→滑塊裝置等裝配→包裝、運輸。制作過程中每道工序經檢驗合格后才能進入下道工序。其具體操作文件為：《攔污柵制造作業指導書》和《攔污柵焊接作業指導書》等。

2.1 技術準備

（1）根據施工總圖和設計交底情況設計繪制車間生產圖(下料圖、機加工圖、部件、構件組裝圖和各道工裝圖等)。

（2）根據車間生產圖編制制造工藝流程、技術措施、質量控制和制造進度等文件。

（3）制訂本工程項目鋼材、焊接材料以及各種消耗性材料的需求計劃清單。

（4）進行技術交底，讓施工人員按照施工措施進行施工，并在各道工序中嚴格執行NB35045-2014 以及施工圖所規定的各項技術要求。

2.2 下料

根據工藝零件圖和工藝文件將鋼板矯平、矯直，用maxgraph-5500 數控火焰切割機和SZQG-Ⅱ-5500 數控火焰切割機切割或剪切下料，下料時預留出機加工余量及焊接收縮量。同時注意面板下料時鋼板的拼接接頭應避開構件應力最大斷面，還應避開十字焊縫，相鄰的平行焊縫間距不應小于400mm，主梁在離梁支承2000mm 范圍內不能拼接，翼緣板在梁中部2000mm 范圍內不能拼接。對較為復雜的部件根據設計圖紙要求用微機編程，將程序輸入數控火焰切割機進行切割下料[1]。

2.3 主梁、縱梁、邊梁零部件小拼制作

主梁腹板及邊梁腹板按工藝圖機加工坡口后用胎具平裝法分別與前后翼無縫鋼管和前后翼鋼板拼對成“箱型”和“工字型”組合梁，采用船形位置埋弧自動焊焊接，為了減小拼裝后焊接時發生變形，施焊時在反面用加固材料點焊于腹板和翼緣板上。對其變形部位用壓力機、火焰或錘擊矯正變形，合格后作標識編號并轉入大拼工序。

2.4 柵葉整體拼裝

以整體放大樣劃線拼裝法進行拼裝。劃線時預留出焊接收縮量，拼裝時從中間開始逐一向兩邊拼對，為了控制焊接變形，各組合部件間應頂緊頂嚴，不留間隙，但不得強行拼對。為了保證腹板焊接后的垂直度，邊梁組合梁拼對時工藝設計采用反變形方案。

2.5 焊接

按對稱的區域偶數安排焊工，焊前加固焊點，先封底焊一道，再由中心向兩側先焊隔板與主次梁和次梁端頭、主梁腹板端頭與邊梁腹板、筋板等立縫，焊接時采用分段逐步退焊法及多層多道焊，各焊工的焊接工藝參數力求一致，以減小焊接應力與變形。在焊接過程中進行連續性監控，當發現變形時或需重新修訂焊接工藝參數時立即停止施焊，并查找原因，直至制訂出合適的焊接工藝才能重新繼續施焊[2]。

2.6 柵葉應力消除

為了保證柵葉在以后使用過程中不發生時效變形，從而影響柵體的整體運行，柵葉整體焊接完畢后用振動消除應力設備進行應力消除，振動消除應力具有徹底消除應力和工效高等優點。

2.7 焊縫檢測

所有焊縫均由專人負責外觀檢驗。外觀質量應符合《水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規范》要求。焊縫內部缺陷選用超聲波探傷，X 光射線復檢。焊縫內部或表面發現裂紋時，應進行分析，找出原因，方可補焊。焊縫內部缺陷采用碳弧氣刨或磨光機清除，磨光機打磨成便于焊接的凹槽，補焊前應認真檢查，如焊縫為裂紋，應用磁粉或滲透探傷，確認裂紋消除方可補焊，處理后的焊縫采用超聲波復檢。

2.8 柵葉底端面加工

柵葉焊接變形矯正、焊縫外觀質量、內部探傷（僅對一類和二類焊縫）、消除應力、幾何尺寸等檢驗工作完成后，以滑道座板面為基準，用落地鏜床加工門葉底端面，以保證門葉整體尺寸。

2.9 柵葉整體外形尺寸控制

柵體單節驗收合格后，由鉗工劃出柵體邊梁頂、底端面機加工線、柵葉的吊耳軸孔和節間連接軸孔機加工線、柵葉與支承滑道接觸面機加工線，用落地鏜床機加工節間連接端面、鏜削連接孔、吊耳軸孔、支承滑道接觸面。反向楔形滑塊用0．5mm、1mm、2mm厚的調整板（調整板為鍍鋅鋼板，每個反向楔形滑塊準備0．5mm×4件、1mm×3 件、2mm×1 件調整板）進行調整，并控制整個柵體結構反向楔形滑塊的斜度，以及主滑塊表面至反向楔形滑塊的表面厚度偏差在±0．5mm。

2.10 預拼裝

各節柵體在單節加工后，在鋼平臺上進行預組裝，并同時將支承滑塊裝于柵體上，讓柵葉處于自然狀態，柵葉整體預拼時須控制好柵條在左右和前后方向的錯位公差。整體驗收合格后作好標記、編號并進行防腐處理。

3 控制箱型梁焊接變形

圖1 箱型梁結構截面

攔污柵為平面滑動型式。每扇攔污柵體分5 節制造，每節柵體布置3 根主橫梁。柵條之間，柵條與主橫梁之間均采用焊接連接。主梁和縱梁采用窄翼緣箱型梁，箱型梁腹板厚度12mm，雙向迎水面采用近似流線型，箱型梁結構截面見圖1，控制箱型梁焊接變形是保證產品質量的關鍵因素之一。

攔污柵柵體主梁為箱型結構，主梁長度6850mm，次梁長度476mm、490mm、922mm、950mm 不等，8 套攔污柵共計120根主梁，304 根次梁。箱型梁的焊接容易產生焊接變形，變形后校正困難。如何控制好箱型梁焊接變形，是保證該攔污柵制作質量的前提條件之一，為了確保箱型焊接變形，制定了相應的措施。

3.1 對班組作業人員進行質量普及教育、專業知識及技能培訓

由于施工企業人員流動大、流失嚴重且培訓不到位，作業人員的理論知識跟不上，實踐經驗缺乏，導致技能水平和質量意識差，邀請廠總工程師、焊接高級技師對焊接人員進行質量普及教育、專業知識及技能培訓，他們結合我廠實際工藝水平和規程規范的要求，通過文字、現場施工圖片等制作成的幻燈片，對施工中應注意的重點、焊接基礎知識、技能及焊接變形的控制措施進行了具體生動、詳細的講解，圖文并茂的講解使參加培訓的作業工人對理論知識有了深刻的理解，提高了焊接作業人員的理論知識及技能水平[3]。

3.2 制定詳細、可操作性強的作業指導書

（1）合理選擇焊接方法和焊接規范。選用線能量較低的焊接方法，可以有效地防止焊接變形。溧陽攔污柵箱型主縱梁截面相同，梁截面較小，最長主梁長度6850mm 也不算長，腹板為16mm 鋼板，腹板與翼緣板焊接采用坡口焊接方式，焊縫類別為三類焊縫，采用CO2氣體保護焊，不但效率高，而且可以減少薄板結構的變形。焊接電流電壓越大，焊件的受熱量越大，變形也就越大，所以焊接過程中選用適當的電流，以減少焊接熱變形。

（2）剛性固定法。為減少焊接變形，對焊件利用焊接夾具增加結構的剛度和拘束，利用臨時支撐增加結構的拘束。

（3）合理的焊接順序和方向。先兩端，后中間；先內部，后外部；先焊短焊縫，后焊長焊縫；先焊焊縫少的一側，再焊焊縫多的一側；對稱焊縫保證對稱，同向；長焊縫分段倒退焊。

（4）焊接過程中采取消應措施。焊縫采用多層多道焊接，層間用帶小圓弧的風鏟錘擊焊縫區，使焊縫得到延伸，從而降低內應力，減小焊接變形。

3.3 焊接平臺

根據箱型梁的規格尺寸，制造焊接平臺，平臺整體平面度達到2mm，能夠滿足鋼結構的拼裝及焊接的要求，在平整度好的平臺上焊接箱型梁結構不會因為構件受力不均而產生扭曲變形。

4 結語

柵葉與柵槽是楔形配合，柵體要承受雙向過水壓力，柵葉和柵槽零間隙配合，箱型梁結構工字型梁小拼件的變形控制尤為重要，制造過程中嚴格控制箱型梁和工字形梁變形和執行制造工藝。