大型表孔弧形闸门门叶制造变形控制

范乾

摘要：近几年来大型水电站建设高潮连续，其闸门门叶外形尺寸不断扩大，分节增多，而且表孔弧门厚度较薄，其制作变形控制成为大形弧形闸门门叶制作的难点之一，本文从制作工艺流程着手，分析其控制制作变形的关键工序及其控制细节。

关键词：大型 弧形闸门 门叶 制作 变形控制

中图分类号：[TM622]文献标识码：A 文章编号：

引言

随着“西电东送”的进一步深入，贵州区域内建设了一批大电站，高坝建造水电站，因过流需要和结构原因，很多电站设计中采用了大尺寸表面弧门，如北盘江董箐水电站表孔弧门、乌江构皮滩水电站表孔弧门、乌江思林水电站表孔弧门、大花水水电站表孔弧门。因表孔大型弧门存在门体外形尺寸大，分节多，门体厚度较薄，在制作过程中变形控制难度大。

近几年贵州区域大型表孔弧门参数表

弧形闸门门叶制作工艺流程

弧形闸门门叶制造工艺流程图

变形控制关键工序

弧门制作变形控制关键工序是下料、零部件预制、拼装和焊接。

下料

门叶结构制作下料是关键的一道的工序，直接影响弧门的整体外形尺寸和收缩变形情况。下料前先根据弧门焊缝分布情况进行收缩计算，综合以往制造经验，确定门叶制造工艺曲率半径，然后采用计算机进行放大样。

放出门叶结构大样后，按大样绘制各零部件制作的下料工艺图，对异形件进行编程并输入数控切割机进行下料，对方块形部件采用半自动切割机进行切割。

下料时应根据工艺要求进行切割。首先按规范要求对钢板进行裁边，并对不平度超标的钢板用钢板调平机进行调平处理。同一纵面上的门叶隔板、纵梁腹板视结构形式尽量取半切割整体下料，即下料时先将需要完全切断的板材仅切割一部分，一般在错开焊缝的条件下，切割线两端各预留50~100mm不切割，以减少由于热切割造成的变形，影响弧门拼装质量。对一些尺寸较大的构件，如门叶面板，因受材料尺寸限制需接长或镶宽时，采用二次下料的方法控制外形尺寸，减小第一次拼接焊接变形误差。

弧形门制作时纵向腹板下料尺寸是控制变形的关键，采料后采用样板比对检核。

零部件预制

采用零部件预制艺措施可以有效控制各部件的外形尺寸，并且避免散件直接整拼时焊接量过大而导致焊接变形控制难度增大。

门叶主横梁、T形梁隔板下料后进行单元预制，预制件拼装成整体后焊接。

根据单元件焊缝的特点，外部长焊缝主要采船形位埋弧焊焊接，隔板主要采用CO2气体保护焊焊接，内部长焊缝主要采用手工电弧焊焊接。

焊接完毕，检查焊接收缩及变形情况，对超出规范要求的制作件，一般采用机械校正，特殊部位才用火焰校正。进行火工校正时，由技术部门制定校正方案，操作者严格按方案执行，火工校正温度不得超过600℃。

门叶整体拼装

1）弧门拼装质量的基础条件是拼装胎模制作质量，主要体现在胎模的外形尺寸和胎模自身的强度与刚度。

由制作工艺规划可知，门叶拼装前应先制作一个与弧门工艺曲率半径要求相符的弧形胎模（考虑焊接收缩，制作时根据弧门结构和焊缝分布情况确定一工艺半径），各分节门叶结构于胎模上拼装为一整体后在胎模上进行焊接，胎模制造时各支撑点与门叶框架结构必须对应，且胎模需具有足够的刚度用以抵抗部件吊装时产生的冲击。

胎模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半径相适应的弧形钢板直接支撑门叶面板。各支撑点与弧门隔板、横、纵梁位置相对应。胎模弧度最低点按检测与操作方便要求而定，取最低点至平台基准高度不小于800mm，以便施工人员、质检人员进行施工和检测。

在胎模四个角位置设检测标高，以便进行弧门拼装、焊接过程全面监测。同时在胎模设计时综合考虑门叶纵、横向中心线及分节位置线。

2）门叶整体拼装

门叶结构采用整体拼装制作工艺制作，这样相对分节制作工艺易于控制门叶整体几何尺寸。门叶部件单元制作完成并经检验合格后进行门叶结构整体拼装。门叶结构整体制作工艺即在胎模上将各分节门叶以部件的形式直接在胎膜上组拼成为整扇门叶后进行焊接，对连续的隔板等构件采用半切割状态进行组拼，焊接完成后在拆分时再进行完全切割，将门叶分解。

拼装步骤如下所示：

①按施工图的要求于胎模上设制纵横中心线及分节位置线，并以此为基准铺设面板，面板铺设完毕，整体放样划出各横、次梁及隔板等拼装位置线作为下一步拼装工序的依据。

②依据面板上绘制的拼装线，先吊装拼装水平次梁。

③吊装拼装门叶中间位置上的主横梁，并以中间主横梁为中心向四周扩散拼装。

门叶整体拼装时采用顶紧装配，如隔板、主、次梁与面板之间，隔板腹板、翼缘板与横梁腹板、翼缘板之间等连接部位。

焊接

门叶焊接工作在拼装胎模上进行，并严格按焊接工艺指导书操作。

门叶正式焊接前，将对所有焊缝进行一次工艺性的加固焊（加固焊每段长度60mm，间距300mm），以防止门叶正式施焊时由于焊接应力而将定位焊拉开，从而产生操作失误焊接变形。

焊接时控制变形的关键是焊接热输入和焊接顺序。

焊接热输入控制是优先采用变形小的手工电弧焊和CO2气体保护焊。门叶结构主要材料材质一般为Q345C，其焊接材料根据施工图、招标文件及焊接规范要求选用，焊条型号及焊丝代号及其焊剂符合施工图样规定，当施工图样没有规定时，选用与母材强度相适应的焊接材料。

焊接总体顺序为：立焊→仰焊→平焊（平角焊）。焊接由6-8名偶数焊工组成，从中部开始、对称分布施焊。

焊接过程中，严格控制焊接施工规范，并由质检人员负责监控变形情况，作好记录，根据实际情况，及时调整焊接顺序，确保变形最小。

结语

大型表孔弧形闸门因其结构特点，在以往制作过程中因变形大导致安装时拼装难度增大，特别顶节门叶因门体厚度更小，主梁偏少等结构原因，其变形控制更明显。

针对大型表孔弧门的结构特点，重点控制制作过程中的下料、胎模制作、拼装和焊接等工序工作，能有效地控制其制作变形，这样，不仅减少的安装拼装难度，而且提高了制作的整体质量。在贵州省内多个电站工程采用此方法控制门叶变形制作的大型弧形闸门现均已投入运行，运行良好。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。