水工閘門的焊接變形及防止措施探討

朱 政

（中國水利水電夾江水工機械有限公司，樂山 614100）

在我國大小水利工程中，鋼閘門應用廣泛。應用期間，鋼閘門不僅需要具備高水頭和大卸量等施工條件，還兼具工程造價低的優勢，可根據實際需要動態調節高水頭下的流量。對鋼閘門各組成結構進行不均勻冷卻或者加熱，屬于焊接施工范疇。焊接施工可能會導致鋼閘門出現焊接應力或焊接變形，若是超過設定標準，將會影響鋼閘門的正常使用[1]。

1 鋼閘門焊接變形問題

1.1 制作單個構件的技術不過關

水工鋼閘門組成構件數量較多，若是在制作構件期間出現質量不過關等問題，將會造成水工鋼閘門在焊接工程中受到外力影響而出現變形。以制作要求為依據，水工鋼閘門的所有構件在制作期間或者構件在組裝期間要適當預留間隙，控制焊接收縮量。但是，部分工作人員在施工組裝構件期間會因為自身缺乏專業知識，難以合理控制間隙大小，造成焊接變形。

出現焊接變形一方面會對構件自身的尺寸大小產生不良影響，另一方面會影響門葉總體安裝質量，縮短鋼閘門使用壽命，影響鋼閘門的正常使用。此外，單個構件頂部位置的坡口形狀也會導致焊接變形。

1.2 門葉的整體焊接質量不高

焊接水工閘門期間，要尤其關注組成構件，保證其質量達標，以免影響整體質量。從當前水工閘門焊接的情況看來，門葉在進行焊接期間，質量總體不高，會在一定程度上加劇焊接變形。制作水工閘門期間，焊接門葉是最重要的工序。要求工程監理人員必須有效控制施工人員的素質、數量以及焊接技術等，要求施工人員必須要充分掌握焊接基本流程。但是，部分監督管理人員在工作期間往往會疏忽，導致焊接水工閘門門葉發生各種問題，造成水工閘門出現焊接變形。

1.3 拼裝門葉誤差較大

在制作水工閘門期間，拼裝門葉是最重要的步驟，也是最容易出現問題的環節。一般情況下，在進行門葉拼裝期間，必須嚴格以設計圖紙為依據，確保拼裝門葉的準確性。但是，由于受到多方面因素的影響，拼接門葉的過程中會出現各種問題，其中誤差偏大極為常見。誤差偏大會造成焊接門葉的過程中出現較大的焊接變形[2]。

2 焊接變形控制的技術方法

2.1 退火法

退火法作為一種焊接變形控制的方法，基礎是焊接變形規律，利用退火法控制水工閘門的焊接變形。在構件焊接過程中必須選擇專門的夾具固定構件，并在固定構件的前提下進行焊接，此時一般不會出現變形等問題。倘若在完成焊接后直接拆除夾具，將會導致殘余應力過高而引起焊接變形問題。所以，在結束焊接工作后不要快速拆除夾具，而是要將其放到退火爐中加熱，使其溫度達到600～650 ℃，并在退火爐中靜置4 h左右。保溫期間，被焊接的構件溫度值將會隨著爐子的溫度變化而變化，最終逐漸下降到與室內相同的溫度。此時構件在焊接時的殘余應力基本消散，即使解除夾具，也不會造成焊接變形。

2.2 預應力法

在控制焊接變形期間，預應力法是最常見的方法之一。按照實施措施的不同，這種方法可以分為拉伸法和預應力法。預拉伸法主要是將拉伸力適當增加在焊接縫隙上，在完成焊接后對其進行冷卻卸載，從而降低變形程度。預應力法選擇使用加熱法或者施加外力的方法控制焊接變形的程度。

2.3 振動焊接法

振動焊接法相較于其他類型的焊接技術，具有一定的應用優勢。振動焊接法作為一種創新型焊接工藝，基礎為振動時效理論。選擇使用振動焊接法工藝進行焊接時，可以降低焊接過程中產生的殘余應力，盡可能避免出現焊接變形。相關研究結果表明，在水工鋼閘門出現橫向收縮變形和控制角變形的時候，使用振動焊接法可以獲得很好的改善效果。普通焊接法在處理橫向收縮變形時，可以將變形控制在3 mm左右。但是，選擇采用振動焊接法控制橫向收縮變形時，可以將其變形幅度控制在1.3 mm左右。

3 水工閘門焊接變形控制措施

選擇焊接熱源加熱水工閘門結構時，若施熱不夠均勻，將會導致焊接出現變形。在已經確定水工閘門各構件的尺寸和形狀的前提下，若選擇使用的焊接手段、焊接順序以及焊接規范等等出現問題，會影響水工閘門出現焊接變形。當水工閘門被焊接完成后，將不能啟出孔口，難以對其展開總體加工，所以控制焊接變形尤為重要。

3.1 焊接手段

水工閘門在進行焊接時出現變形問題，普遍是受到加熱不均勻的影響，具體的加熱情況也會對焊接變形的大小等產生直接影響。在焊接過程中，加熱集中程度、熱源和焊接方法存在一定的差異，導致焊接產生的變形存在很大不同。這就要求焊接工作人員以多年的工作經驗為基礎，觀察水工閘門的施工情況。正確認識手工電弧焊接、埋弧自動焊接、氣體保護焊接以及氣焊接所產生的變形大小。根據實際應用成果可以發現，氣體保護焊接可以最大限度地降低焊接加熱不均勻的程度，降低焊接變形。

3.2 焊接規范

焊接變形會受到焊接線能量的直接影響。在水工閘門焊接前，需要正確評定專項焊接施工工藝，制定出臺與項目工程相符合的焊接施工工藝規范，最大程度降低水工閘門結構變形，從而降低焊接線能量。

3.3 焊接順序

除上述兩類因素之外，焊接變形還會受到焊接順序的影響。焊接結構件需完成離構件行心軸較近的構件焊接工作，逐漸增加構件的剛度。倘若焊接工作會引起結構出現較大的變形情況，應該將其安排在最后。當結構的形心軸兩側都存在焊縫時，應該先焊接焊縫較少的一側。在焊接大長度焊縫時，可選擇使用斷續焊接的方式。采取對稱焊接的方式焊接大結構件，可以有效減少焊接變形問題。

在項目工程焊接過程中，焊接順序可總體上分為4步[3]。第一，焊接隔板或者縱梁的對接縫時，將界限界定為行心軸位置，從行心軸向兩側位置進行對稱施焊。第二，焊接后翼緣板時，要先焊接閘門的邊梁位置，再焊接后翼緣板，隨后對縱梁原翼采取打底定位后進行焊接處理。第三，焊接面板焊縫采用斷續焊進行焊接打底。第四，完成全部面縫和后翼緣板的焊縫焊接工作。

3.4 監測與控制變形

在水工閘門的焊接過程中，焊接人員必須要動態檢測門葉變形情況。定期選擇使用水平儀對門葉變形和焊接收縮情況進行觀察和檢測，便于在最短的時間發現變形問題，并做出相應的處理。若在焊接過程中出現整體彎曲問題，按照相應的規范要求朝向迎水面凸且沒有超過規定值，那么則彎曲正常。若按照規范要求凸向相反的方向，那么必須及時做出相應的調整。在調整時可選擇使用焊接線能量調整的方法，對焊接順序作出相應的改變，強化對門葉支撐點改變的控制。

3.5 控制門葉劃線拼裝

在測評合格的組裝平臺上鋪好面板并進行劃線處理。劃線結果的準確度將直接影響閘門拼接的間隙，若處理不當，將會導致焊接閘門時出現變形問題。所以，在確定拼裝工藝時，要制定相關的工藝要求，對劃線位置和拼裝工作進行相應的規范處理。拼裝期間需要嚴格控制各個部位的間隙，如隔板、主梁以及覆蓋面板等，嚴格禁止強行組裝工作。拼裝完成門葉后，由相應的檢查人員嚴格檢查坡口大小、總體尺寸和組裝間隙[4]。若沒有達到相應的標準，要及時進行整改，直至達到要求。

4 以某工程為例探究焊接變形校正的措施

4.1 工程概況

我國某地區的水利樞紐工程是規劃建設在瑪納斯河流域的一期工程。攔河壩、右岸溢洪道、泄洪洞以及發電引水系統是組成該水利工程的重要結構。正常情況下，水庫蓄水的水位可以達到990 m，大壩最高高度為129.4 m，庫容量達到1.88×108m3，電站裝機容量為100 MW。

該工程項目在進行導流的時候，共設置3孔鋼閘門，鋼閘門的寬度值為9.7 m，高度值為36.63 m，屬于整體性焊接閘門，沒有設置節間止水，閘門的總質量達到227 t。閘門共分為13個單獨的節出廠，每節尺寸為9 750 mm×3 000 mm×1 500 mm（即長×寬×高），要進行組裝焊接。

4.2 單構件校正

翼緣板塌邊、翼緣板旁彎以及腹板背彎是水工閘門單構件焊接變形最常見的類型。在對翼緣板塌邊展開矯正處理時，可選擇使用剛性矯正機完成處理。控制腹板和翼緣板之間的垂直度，使其始終保持在施工要求的范圍之內。采用三角形火焰法對翼緣板旁彎和腹板背彎兩種類型的變形作出矯正，保證三角形開口位置朝向變形凸處。需要注意，要在相同的地方展開一次火焰矯正。

4.3 矯正面板局部不平整

在焊接完成縱梁、次梁、主梁和面板后，面板將會形成網格狀的不平整豆腐塊兒。本次工程施工中，要對其進行相應的矯正工作。可選擇應用火焰矯正法展開，以梅花點烘烤加水冷卻的方式完成矯正。使用烘槍在迎水的一面完成面板局部烘好工作，進而形成類似于梅花狀的多個加熱圓點，同時控制它的直徑保持在50～70 mm。這種矯正方法能夠在很大程度上消除面板焊接應力，快速地將面板平整度恢復到理想狀態。倘若面板出現較大的變形，那么在施工過程中要綜合機械矯正和火焰矯正，選擇使用千斤頂頂住面板后再用火焰進行加熱處理，而后進行加壓。按照這種方法多次多處展開操作，確保面板逐漸恢復到平整狀態[5]。

4.4 矯正閘門主梁旁彎和止水座平面旁彎

在本次工程施工期間，由于沒有節間止水，需要矯正止水座面平面和閘門主梁旁彎。在組織開展矯正期間，可選擇采用線狀加熱矯正法，在凸起的范圍內以變形范圍的長短為依據，控制加熱的厚度為20～60 mm，并選擇應用烘槍加熱形成多道線狀。加熱止水座面平面的時候，可選擇采用點狀加熱法輔助矯正，在矯正完成后進行相應的加工處理工作，以保證止水效果。

5 結語

采取焊接控制措施和更正方法，可以合理控制水工鋼閘門焊接變形問題，使鋼閘門的焊接變形被控制在允許的范圍內，同時與設計的相關規定和要求相符合。在完成鋼閘門焊接工作后，需做出適當矯正，確保使用質量不受任何因素影響，將各個環節的施工工作落實到位，提高工程的整體質量。