大型弧形闸门焊接变形的控制方法

大型弧形闸门焊接变形的控制方法

李鹏飞

三门峡新华水工机械有限责任公司 河南 三门峡 472000

一.概述

云南李仙江戈兰滩表孔弧形工作闸门外形尺：19493mmX12952mmX1700mm,材质为Q345B，设计水头18.49m,为了便于闸门的运输和安装，每套闸门在厂内分为六节制作。每节门叶宽约3m。成长条形，其中第二节和第六节，各有一根箱形主梁其余各节只布置I40a横向工字钢（小梁），门叶刚性极差，门叶整体焊接焊缝较多，且主要集中在面板侧，变形控制难，制造工艺要求高，为了减少制作难度，门叶采用整体装配、整体焊接、矫形后分节切割的制作方法。

二.闸门制造和焊接变形的控制工艺

2.1工艺步骤

胎膜制作、门叶下料、部件制作、面板卷制铺设及拼焊、门叶组装、焊接、拆分矫形、尾工处理。

2.2胎膜制作

由制作工艺规划可知，各分节门叶结构要在胎膜上拼装为整体后再焊接，故胎膜支撑面积与门叶整体结构一致。（弧门胎膜见附图1）

胎膜结构采用矩阵式型钢立柱网（各型钢之间用角钢进行连接加固）,并用与弧门工艺曲率（根据实际经验，取比设计值大5/1000）相适应的弧形钢板直接支撑门叶结构。各支撑点与弧门隔板、横梁位置相对应。胎膜弧度最低点按检测与操作方便而定。（取最低点至平台基准高度不小于500mm）在胎膜的四个角上设检测标高，以便于在弧门拼装、焊接过程中的监测，并在胎膜上设置门叶纵向和横向中心线及分节位置线。

2.3部件的分步制造

闸门在整体焊接时焊缝较多，为减少闸门的焊接变形，可根据门叶特点将门叶主梁、隔梁、小梁等作为部件先组装焊成一体，并经矫正合格后再与门叶装配焊接，从而减少门叶整体焊接量。门叶焊接收缩不均匀，焊后单节门叶可能产生侧弯，使门叶节间直线度超标，在门叶再次组装时节间产生较大的间隙，若在各节门叶节间都预留切割量将大大增加加工难度，为此采用在门叶底缘、顶缘面板预留切割量。并在门叶矫形完工及其它所有相关焊缝都焊接完毕后，划线切割，从而保证了门叶的几何尺寸。

2.4面板的制作

2.4.1面板的下料及卷制

由于面板的面积较大且技术要求较高，①整个面板不允许有十字形焊缝。②整个面板上的焊缝位置必须错开主横梁、中隔梁、小横梁位置且间距大于200mm。为了减少制作时的难度，面板下料按两种尺寸三种规格切割（闸门面板见附图2）。切割后的成品，在卷板机上按照面板弧度尺寸进行碾压（不少于二次），使钢板达到弧度尺寸且消除钢板应力，然后在胎膜上拼焊完成，按图纸要求切割成六节并编号，将二、四、六节门叶调头，从而保证了整个门叶面板无十字形交叉焊缝。

2.4.2面板收缩量的确定

面板收缩量直接影响门叶外形尺寸，边缘弧度影响闸门止水效果，故其弧度为必检项目。面板成形后宽度为13000mm，弧长为20430mm，面板拼接焊缝横向收缩产生波浪和弯曲变形，焊后收缩量较大，为保证门叶整体尺寸最有效的方法是门叶焊接矫形完成后对其进行切边，因此，面板预留100mm余量，各隔板及边梁放样尺寸取其跨度的1/1000mm（即边梁中心距跨度比设计大12mm）.而弧度方向收缩量根据弧长可预留20mm的收缩量，门叶节间不留切割量。

面板弧度收缩量的确定，门叶焊缝主要集中在面板侧，纵缝焊后收缩产生较大的向内的分力，使面板弧度变小，而该闸门制作弧度允差为±6mm，须预留收缩余量才能保证焊后面板弧度，面板对装弧度可取半径的0.5%，此处半径为22000mm,故弧度放样时半径应为22110mm。

门叶正弯余量的确定，闸门焊缝主要集中在门叶面板侧，焊后将产生一个凹向面板侧的整弯，规范要求≤5mm，在面板铺设时可使面板凸向相反方向4～5mm。

2.4.3面板的拼焊

闸门面板由49块钢板拼焊成整体，面板拼焊前必须按工艺要求在弧门胎膜上对装，并调整弧度，面板节间焊接拉板牢固地连接起来，将面板组成一个整体，面板应与弧门胎膜焊拉筋拉住，增加结构拘束度，减小焊接变形。厂内焊接弧度方向上有42条焊缝交错分布，焊接时要产生波浪变形、侧面弯曲变形。制作时必须采取如下措施：

第一.焊接采用COsup 7( )气体保护焊打底，埋弧自动焊盖面，背缝用碳弧气刨清根后进行焊接。焊条型号为E5015,焊接第一层打底焊焊条直径为φ4.0mm,焊接电流为150～180A。

第二.焊接时各层焊缝间采用风铲进行振荡消除应力，从而达到减小焊接变形的目的。

2.5主梁的收缩和焊接

主梁的收缩量是控制整体尺寸的关键，主梁的收缩主要是梁内筋板的横向收缩和四条长纵缝的纵向收缩，在实际工作中杆件收缩量可取焊缝长度的0.5～1/1000mm，该闸门单根主梁长13m,主梁分两次焊接，第一次为部件制作时的收缩，第二次是与门叶整体焊接时的收缩，根据经验每次预留6～7mm的收缩量，两次收缩共12～14mm。平焊及封底焊缝采用COsup 7( )气体保护焊，立焊用手工电弧焊焊接，用埋弧自动焊焊腹板与翼板外侧坡口填充焊缝，焊接顺序为交叉、对称、多层多到焊（焊接不少于三层），四条焊缝的各层焊接参数应保持一致，每条及每道焊缝焊接方向一致，防止主梁产生扭曲变形。四条长焊缝两端必须设置引弧板及引出板，保证焊缝端头质量。埋弧焊选择焊丝为H08MnA,直径φ4.0mm,焊剂为HJ431，各层焊接参数如表1.

表1 埋弧自动焊焊接参数

焊接层数	焊接电流（A）	电弧电压（V）	焊接速度mm/min
1	400～800	28～32	350～400
2	550～700	32～36	350～400
3	500～650	31～33	350～400

2.6门叶的整体拼装和焊接

2.6.1门叶整体装配

门叶在制作时采用整体装配、整体焊接的方法，既可以提高门叶结构的焊接时的刚性，又可以让各节门叶相互制约，使整体相关尺寸变化一致，有利于门叶尺寸的控制，从而保证门叶整体成形质量。闸门的组装应从门叶横向中心为起点，从中间向两侧进行装配（小梁、主梁的装配也可从门叶一端向另一端装配），节间用拉板将门叶连成整体。装配时应避免强力装配，尽量减小门叶内应力。装配质量必须严格控制主梁中心距、平行度、扭曲及其它部件的形位尺寸。门叶面板弧度主要靠隔梁和边梁的弧度予以保证，边梁和隔梁的腹板都采用数控切割机下料，保证整扇闸门弧度的统一性和零部件的互换性。

2.6.2门叶整体焊接

闸门立焊主要采用手工电弧焊进行焊接，焊条型号为E5015，焊条直径φ3.2mm、φ4.0mm，平角焊采用COsup 7( )气体保护焊接，焊丝直径φ1.2mm，焊丝材质为H08Mn2SiA。为减小闸门门叶整体焊接变形，采取如下焊接措施进行控制。

①焊接顺序：先焊立焊缝，再焊隔板后翼对接焊缝、隔梁与面板的平角焊缝、小梁与面板的平角焊缝，最后焊接主梁与面板的平角焊缝。

②立焊的焊接以每节门叶为单位，由偶个焊工从门叶纵向中心的立焊缝开始同步、对称、交叉、分段、倒退焊接。

③隔梁平焊焊角为8mm,焊接采用COsup 7( )气体保护焊进行焊接，如果采用一道焊满8mm,焊接变形较大，并且铁水向下流淌，焊角高度不易保证，焊缝成形较差，易咬边，同时造成焊接材料的浪费，所以焊接分两道进行，第一道打底使下侧焊角达到8mm,第二道压道使上侧焊角达到要求。焊接与面板拼接焊缝一样以单节门叶为单位，从门叶纵、横向中心向两端延伸，由偶个焊工以相同速度、相同参数、对称、分段、倒退进行焊接，焊缝层间用风铲配合振动消除应力，焊接参数如表2.

表2 COsup 7( )气体保护焊焊接参数表

④主梁、小梁与面板平角焊缝的焊接，同样应进行多层多道焊接并且第一层焊缝的焊角尽量偏小，以减小焊接变形。焊接以门叶纵向中心为起点，由偶数个焊工，采用COsup 7( )气体保护焊对称、分段、倒退焊接（分段长度500mm）,在同一节门叶上所有主梁或小梁，必须同时开焊，每根梁的焊接部位必须以门叶纵向中心为基准同步进行，防止焊接时间差造成的收缩不均匀而使门叶产生侧面弯曲变形。

三.结论

通过采用以上措施，闸门焊缝经无损检测一次合格率100%，很好地控制了闸门的焊接变形，提高了工作效率，降低了生产成本，保证了该闸门的质量，闸门最终质量检测，各项质量指标均达到优良。