浅谈弧形闸门的制作工艺

李娟 赵书杰

摘要：弧形闸门主要由门叶、支臂和支铰等三大部分组成。而闸门的门叶和支臂均为金属结构焊接组装件，如何防止制造中构件的变形，保证制造质量，减少误差，成为制造弧门的关键性问题。本文结合多年来弧形闸门制作的实践经验，谈谈弧门的制作工艺和技术措施。

关键词：浅谈 弧形闸门 制作工艺 技术措施 制造质量

中图分类号：TV663.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0037-02

弧形闸门是水利水电工程中广泛应用的门型之一，按设置部位分为表孔（也叫露顶）式弧形闸门和潜孔（也叫深孔高压）式弧形闸门两种。表孔式弧门结构特点：门顶露出上游水位以上，没有顶止水，只有侧止水和底止水，面板曲率半径R一般取门高的1.0～1.5倍。潜孔式弧门结构特点：有顶止水，顶止水与门楣接触，它与侧止水、底止水形成封闭的“□”型止水。面板曲率半径可取门高的1.1～1.2倍。但二者均主要由门叶、支臂和支铰等三大部分组成。弧形闸门的门叶和支臂均为金属结构焊接组装件，如何防止制造中构件的变形，保证制造质量，减少误差，成为制造弧门的关键性问题。结合多年来弧形闸门制作的实践经验，谈谈弧门的制作工艺和技术措施。

1 弧形闸门工艺流程

制作前准备—下料—单件制作（包括主横梁拼焊、隔梁拼焊、支腿拼焊、吊耳拼焊、面板卷制铺设拼焊等）—放样大组（包括门叶放样、组装、加固、焊接，支臂放样组装、加固、焊接）门叶、支臂矫正—尾工处理—门叶与支臂整体大组—解体防腐。

2 弧形闸门制作前准备

2.1场地准备

弧形闸门制作场地包括零部件制作场地、门叶拼装焊接场地、支臂拼装焊接场地和总体预组装场地。一般零部件制作场地安排在车间厂房内，门叶、支臂拼装焊接和总体预组装场地由弧门大小而定，一般安排在露天场地。

2.2搭设门叶拼焊弧形工作台

弧门制作焊接过程中，不仅存在纵向和横向的收缩变形，还存在沿径向的收缩变形，使弧门在拼装焊接后，曲率变小，考虑这一因素的影响，在搭设门叶拼焊弧形工作台时应把弧形工作台的曲率半径加大，加大的曲率半径值一般取设计曲率半径的5%～9%。弧形工作台常采用型钢（角钢、工字钢或槽钢）在光滑平整的钢平台上搭设成立柱式，立柱之间（与立柱顶端平齐）横向可用角钢或稍宽长条废料连接。

3 单个构件的制作

3.1面板

面板下料时横向和纵向按设计长度（弧长）的1%预留收缩余量外还要四周预留裁边量。大型弧门面板宽度由于往往超出卷板机宽度，而在制作时分成几块，卷制成弧形用弧形样板检验弧形，满足要求后在弧形工作台上进行拼焊。为减少焊接变形，较厚板坡口取1～2mm钝边1/3～2/3不等边“V”型坡口，为方便清根1/3坡口朝向凸面，2/3坡口朝向凹面。焊接时采用手工电弧焊进行焊接，先焊凹面，凸面待门叶整体拼焊翻身后再进行清根焊接。10mm以下较薄板可不开坡口。

3.2边梁及隔梁

弧门门叶的弧度准确度关键可依靠边梁及隔梁腹板的弧度来控制，因此边梁及隔梁腹板的下料必须有数控切割机来完成。其中弧门的放大样在电脑上利用AUTOCAD软件来完成，其曲率半径的放大值与制作弧形工作台相同，在弧长方向均按设计尺寸的1%预留焊接收缩量并隔梁的余量均匀分布各个隔梁中。边（隔）梁翼缘板与腹板焊接采用手工电弧焊和埋弧自动焊均可，拼焊完成后与门叶面板待组。

3.3主横梁及支腿

主横梁及支腿的制作是弧形闸门单件制作中的重点和难点。弧形闸门的主横梁和支腿一般均为箱型梁（少数小型弧门除外），箱型梁的扭曲变形除了焊接影响还有内腔中的隔板形状不规则的原因。为保证腹板和翼缘板之间90°的要求，隔板下料时应用数控切割机下料，其外形尺寸控制在0～-1.0mm之间且统一偏差。支腿腹板和翼缘板下料时按设计尺寸的1%预留焊接收缩余量和修切余量，主横梁因有单件制作和门叶组焊两次收缩，需按设计尺寸的2倍1%预留焊接收缩余量。组拼顺序也是保证质量的前提，组拼时应先在下翼缘板上划线组拼隔板，注意隔板的垂直度≤1.5mm，然后组拼两腹板，最后组拼上翼缘板，两腹板与隔板以及翼缘板相互垂直，对装间隙≤1.0mm。组对完成后加固焊接，其中腹板与后翼缘板的组合缝坡口一般采用2mm钝边不等边双面50°坡口或者2mm钝边单面“V”型45°坡口，埋弧自动焊焊接外侧，内侧手工电弧焊进行封底焊接。若主横梁无下翼缘板，腹板与面板组合缝坡口一般采用1mm钝边单面“V”型50°坡口。箱型梁的焊接顺序为：先焊腹板与隔板的立焊缝，再焊隔板与翼缘板的角焊缝，最后分段跳焊腹板与翼缘板的组合缝，焊接人员要求为偶数且对称施焊。焊完箱体内的焊缝，再用埋弧自动焊焊接箱体外的组合焊缝，埋弧焊采用船形焊，并对称从梁中心向两端退焊。箱型梁因焊接产生变形后，宜采用机械和火焰加热相结合来矫正，矫正合格后分别待组。

4 门叶的拼焊

各种构件经检查合格后进行门叶的拼装。在拼装前首先要根据设计图纸在面板的内弧面上放样。放出主横梁、水平次梁、隔梁等的位置线，同时放样时要按1%考虑焊接收缩余量。放样经检查合格后打上样冲眼做为标记，然后进行拼装。拼装顺序为：主横梁—水平次梁—隔梁—两端边梁。拼装过程中要注意各拼接缝要顶紧，不留间隙，局部间隙不超过0.5mm；拼装隔梁及边梁时，面板要以隔梁及边梁的弧度为基准，即面板内弧面要向隔梁及边梁弧边靠紧，不准割枪修割隔梁腹板。门叶整体拼装完后，按规范要求及设计图纸进行检查，检查无误并对各条焊缝加固后进行施焊。施焊时由偶数焊工同时、同步、分段、对称、交叉、倒退施焊，分段长度以400mm为宜。除对门体有特殊要求的焊缝外，应遵循由门体中部逐一向外的施焊顺序进行焊接，以便于焊缝应力均匀释放，减少门体的变形量。其焊接顺序为：立焊缝—隔梁后翼缘板与主横梁后翼缘板对接焊缝—隔梁与面板平角焊缝—水平次梁与面板的平角焊缝—主横梁与面板的平角焊缝。其中对于大型弧门立焊的焊接以每节门叶为单位，由偶数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；主横梁、水平次梁与面板角焊缝的的焊接，同样采取多层多道焊接，且第一层焊缝的焊角尽量偏小，以减少焊接变形，焊接仍以门叶纵向中心为起点，由偶数焊工对称、分段、倒退焊接。门叶内弧面方向焊缝全部焊接完成并矫正检验符合制作规范要求后，将门叶翻身，用碳弧气刨清根后焊接外弧面面板焊缝和其它剩余焊缝。然后再次矫正、检验，检验合格后待与支臂总体预组装。

5 支臂的拼焊

支臂分为上下两个支腿，两个支腿之间用竖杆、斜杆、连接板等连接成刚性的整体。支臂与主横梁连接端有前置板，用螺栓与主横梁的后翼板连接。支臂的另一端用后端板与铰链以螺栓连接。前置板与主横梁、后端板与铰链之间结合面要承受剪力，因此要求结合紧密，必须刨削加工，螺栓孔必须配钻，以保证装配质量。

支臂的各部件单独拼装、焊接、矫正、检验合格后方可进行支臂的组装。首先在钢平台上放样，采用吊坠的方法先后组拼支腿、竖杆、斜杆、加强板、检查无误后焊接、矫正修切后端端头拼对后端板。焊接时注意后端板的焊接变形。

6 弧形闸门厂内总体预拼装

弧形闸门厂内总体预组装一般采用门叶立式组装法，即下支腿水平放置，门叶立起。下肢腿下放置支墩（钢结构件）和垫块（放置于支墩上用于调整固定支臂）。其步骤和方法为：（1）在总组装台上测放出控制线和控制点。包括支铰中心线、支臂中心线、整体中心线、面板外缘与底坎的交线等，并在各支墩及预埋底板上测出相对高程，作出标记点。（2）在钢平台上布置支墩，下支臂平卧吊放在支墩上，在将支臂靠上门叶，整体组装闸门。其中对于大型弧门，门叶组装可两节或三节先卧式组装成整体在进行组拼。（3）门叶拼装调整后，检查各部尺寸，保证门叶底缘水平，其钢平台上的投影与平台上的投影控制线相吻合，支臂上下支臂在同一铅垂面内且在平台上的投影与投影控制线相一致。（4）组装左右两支铰。包括调整两支铰位置、跨距、两支铰孔的同心度和倾斜度、仰角。（5）检查支铰中心至面板曲率半径是否符合图纸规定、用测量水平与拉线相结合的方法，校正两支铰的同心度和倾斜度，并检验支臂跨度。同时确定支腿长度和前置板、后端板尺寸并加工支臂前置板、后端板。（6）将门叶、支臂、支铰安装一起，并按DL/T5018-2004进行逐项检查；合格后在各部件连接处打上标记或焊接定位板，然后拆除进行防腐处理。

7 结语

制定并实施正确的工艺措施是保证制造质量的有效措施，此弧形闸门的制作工艺和技术措施在四川武都溢洪道弧形工作闸门、黄丰水电站泄洪闸弧形闸门以及拉拉山冲砂工作弧形闸门等的制作中均运用效果良好。是多年实践经验的总结，可为同行业提供一定的参考借鉴作用。

参考文献

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