節制閘金屬結構底軸焊接技術特點及要求

秦世兵

（新鄉市水利科技推廣中心，河南 新鄉 453000）

0 工程概況

①新建節制閘位于新鄉市107國道牧野大橋上游約400 m的共產主義渠主河槽內，節制閘共設5 孔工作閘門，設計參數：32.80 m×3.30 m-4.50 m（寬×高－擋水水頭），底檻高程65.00 m。其主要任務為在不影響河道行洪排澇安全，基本不改變閘下河道徑流格局的情況下，調節非汛期共產主義渠上游來水，改善河道水生態環境，修復河道水生態。工程主要建筑物為閘室、上游鋪蓋、下游消能防沖設施、左右岸連接翼墻等。②工程節制閘坐落于共渠主槽內，主要任務為非汛期存蓄上游來水，汛期塌壩行洪。正常蓄水位68.30 m 時，蓄水庫容為520萬m3。

1 工程技術標準

①依據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》《防洪標準》及《水閘設計規范》《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，共渠節制閘工程等別為Ⅳ等小（1）型。②根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》規定，考慮到本節制閘采用鋼壩閘新型結構，因此對建筑物可提高一級進行設計。確定主要建筑物級別為3級。次要建筑物級別為4級。穿越堤防的永久性水工建筑物級別不應低于相應堤防的級別。共渠右岸堤防為1級堤防，由此確定穿堤廊道的級別為1級建筑物。③洪水標準依據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》規定，考慮到此節制閘采用鋼壩閘新型結構，對建筑物可提高一級進行設計，但洪水標準不予提高。根據《防洪標準》規定，共渠節制閘工程設計洪水標準采用20年一遇，校核洪水標準采100年一遇。④抗震設計標準地震動峰值加速度0.20 g，特征周期0.40 s，對應基本地震烈度Ⅷ度，本工程抗震設防烈度為Ⅷ度。

2 工程合理使用年限及耐久性

①根據《水利水電工程合理使用年限及耐久性設計規范》規定，此工程為Ⅳ等小（1）型工程，主要建筑物級別為3 級，次要建筑物級別為4級，因此工程合理使用年限為50年，永久性建筑物合理使用年限為50 年，閘門合理使用年限為30 年。②工程所處環境類別為二類，混凝土強度C15～C30、抗滲標號W4、抗凍標號F150。

3 金屬結構主要組成及特點

3.1 主要組成

項目節制閘共孔工作閘門，閘門設計參數32.80 m×3.30 m-4.50 m（寬×高－擋水水頭），底檻高程65.00 m。閘門由驅動底軸、門葉結構、中間支鉸、穿墻裝置、驅動拐臂和水封裝置組成，門葉固定在底軸上，液壓驅動裝置通過拐臂帶動底軸旋轉，進而帶動門葉轉動，閘門操作靈活，可任意開度調節，門頂溢流產生景觀效果。門葉臥倒能緊貼河床不阻水，滿足行洪要求。閘門的啟閉設備設置于閘墩內，既不影響景觀效果，又能為啟閉機提供便捷的檢修條件。

3.2 鋼壩閘門的特點

①鋼壩閘可應用于較寬河道的擋水、蓄水或水位調節，一般用于蓄水高度不大于7 m的運用情況，主要用作防洪和改善環境。②節省原材料、施工期短；操作方便、啟閉靈活、閘門開度無級可調、方便調度，啟閉時間短；景觀效果較好，與周圍環境融合性好；易于安裝和維護；使用壽命長；單扇門頁不宜太長，過長易扭曲變形；造價相對較高。③鋼壩閘鋼結構閘門的設計使用壽命可達30-60年。

4 鋼壩閘金屬結構主要材質

①門葉結構和驅動底軸主要材質為Q355C；拐臂、虹橋為Q355B；角鋼Q235B；面板貼合不銹鋼（6 mm+2 mm）；槽鋼Q235B，門葉面板為8 mm碳鋼+4 mm不銹鋼；鋼管Q235B，筋板Q235。②閘門側墻埋件均采用焊接組合截面，外露表面選用復合不銹鋼板。

5 焊接要點

5.1 焊縫坡口的形式為“U”型，現場拼裝定位尺寸要求

①底軸對接時不銹鋼旋轉部位的上母線誤差小于等于3 mm。②底軸對接時不銹鋼旋轉部位的側母線誤差小于等于3 mm。③底軸對接到位，已有2～3 mm 間隙，不需要另放間隙。

5.2 焊接前準備

①焊接坡口面和坡口兩側各50 mm內，必須將油漆和鋅層打磨干凈。②焊接坡口面必須清潔無油污、無銹蝕，焊道進行打磨清理，見到金屬光澤。③母材板厚30～50 mm，焊前必須在焊縫一邊，離焊縫約100 mm 處，對焊縫預熱，預熱溫度100 ℃以上。母材板厚50 mm 以上，預熱溫度150 ℃。④使用焊條焊接時焊條須用烘干機烘干，烘干溫度200 ℃，烘干時間1 h，焊工取焊條時，用保溫桶保溫。⑤每次焊接前，必須用火焰槍對焊縫進行預熱，預熱溫度在100 ℃，目測母材無水蒸氣散發為止。

5.3 經過評定的焊接工藝規程

①根據《水利水電鋼閘門制造及安裝規范》要求，在制造和安裝鋼閘門前，施焊單位應根據閘門構特點和質量要求編制經過評定的焊接工藝規程。②焊接工藝評定是通過對焊接接頭的力學性能或其他性能的試驗驗證焊接工藝規程的正確性和合理性。

5.4 焊接順序

①首先對所有底軸對接縫整體全位置工藝性加固焊，加固焊接須用J507焊條。②底軸所有的對接焊縫須從中間焊縫開始焊接依次向兩邊。③環形多層多道焊接的焊縫，須按環形一道一道的完成焊接，不允許在局部位置連續多道多層焊接。防止發生焊接應力不均勻，產生質量問題。④環形焊縫，先焊接兩側的立焊位置，兩側焊縫須同時焊接。

5.5 焊接質量要求

①底軸對接縫整體全位置工藝性加固焊，必須同正式焊縫一樣施焊，確保焊縫無缺陷，焊縫高度不超過正式焊縫的一半，長度60～80 mm，間距250～350 mm。②偶數焊縫焊接，先焊接焊縫兩側的立焊，采用爬坡焊由下向上焊接，焊接速度力求一致，焊接工藝參數基本相同。③所有底軸對接焊縫按Ⅰ類焊縫施焊，必須全融透，不允許有焊接缺陷，焊縫余高約2 mm，焊縫蓋坡口側1～2 mm。④條件允許的情況下可水平轉動或全位置焊接，如分段進行焊接時，為了控制焊接變形其焊接順序為：先對稱性進行兩側的焊接（立焊）焊接厚度1 層，再焊接上部焊縫厚度1層，然后將底軸下部未焊部位轉至立焊位置進行焊接厚度1 層，分段轉動焊接時其接頭每層要相互錯開，并對接頭處要進行打磨，防止起弧收弧不當產生氣孔或弧坑裂紋。焊接順序相同依次轉動幾次即可完成焊接，焊接過程中要控制好變形量。根據止水要求，焊后局部須將余高打磨平整。⑤現場焊接完畢需做好自檢工作，公司安排專業檢測。⑥低溫焊接要求，室外溫度低于10 ℃時，需要焊道加溫120 ℃～150 ℃，在離焊縫兩側100 mm 加熱，保溫溫度150 ℃。需連續焊接到完成，焊縫完成焊接后，焊縫用石棉布包裹保溫緩冷。

6 焊接質量控制要點

①焊縫無損探傷檢測必須由持有行業內有合格操作證書的專業質檢人員檢測。焊后焊縫外觀檢查、X 射線探傷，射線照相質量不低于AB級，焊縫質量不低于Ⅱ級，試件的超聲波探傷檢驗等級為B級，合格后再作力學性能試驗。把合格試樣經過刨銑至試驗要求尺寸后送至檢測單位檢測。要求拉伸、彎曲、沖擊試驗分別按GB／T228、GB／T232和GB／T229規定進行，檢測結果其力學性能滿足相關標準要求。②焊縫外觀檢查應達到GB/T14173-2008.4.4.1條款的要求。無飛濺、無明顯咬邊、無氣孔、無焊瘤等缺漏，焊縫成形要均勻平整。③焊縫無損檢測長度為焊縫長度的100%，并達到GB/T11345-89 要求的I級。如有超標缺陷時，應進行返修并做好記錄，返修部位需重新進行探傷，確認合格為止。

7 焊接安全注意事項

①焊機外殼，必須接地良好，其電源的裝拆應有專職電工進行。②焊機要設置單獨的開關，開關應在防雨的閘箱內。③焊鉗、地線，禁止與鋼絲繩接觸，更不得用鋼絲繩或機電設備代替零線。所有地線接頭，必須連接牢固。④雷雨時，應停止露天焊接工作。⑤施焊場地周圍應清除易燃易爆物品，或進行覆蓋、隔離。⑥必須在易燃易爆或液體擴散區施焊時，應經有關部門檢試許可后，所應采取的安全措施全部落實到位后，方可施焊。

8 結語

鋼壩節制閘具有很多優點，包括安裝、制造、維修方便，結構簡單，有互換性等，因此被廣泛應用，它的金屬結構在剛度、強度方面要求較高，所以在其制造過程中應嚴格控制、精心操作、嚴格要求，要對材料質量進行嚴格控制，嚴格把關每道工序，確保平面鋼閘門底軸的整體焊接質量。