钢坝闸底轴加工制造工艺浅析

张鹏飞，朱翠香，黄继峰（临沂水利工程总公司，山东临沂276000）



钢坝闸底轴加工制造工艺浅析

张鹏飞，朱翠香，黄继峰
（临沂水利工程总公司，山东临沂276000）

【摘要】本文通过合理配置和优化设计，结合对底轴加工和制造工艺的论证和分析，总结出了一套成熟的底轴加工工艺流程和制造工艺措施，此流程和工艺可以有效的提高钢坝闸的整体质量，减小制造成本和制造工期。

【关键词】钢坝闸；底轴；工艺流程；工期

在钢坝闸的制造过程中，底轴的加工制造质量是保证设备整体精度及运行质量的关键，而一套良好的制造工艺流程是保证加工精度和制造周期的关键。通过临沂市陷泥河东高都钢坝闸工程、临沭县苍源河钢坝闸工程和莒县后小河钢坝闸工程的施工，总结出了一套成熟的底轴加工工艺流程和制造工艺措施，不仅能够有效提高底轴制造精度，而且可以大大缩短制造周期和节约成本。

1　工艺难点与重点

底轴材料多采用较厚钢板加工而成，所以首先要根据底轴分段情况，合理选择原材料规格和尺寸，在保证底轴加工余量的前提下节约材料用量。底轴焊接焊缝均为Ι类焊缝，且钢板厚焊脚大，在焊接作业前要进行焊接工艺评定，根据评定结果制定焊接作业指导书，焊接时严格按照焊接作业指导书施焊，焊后进行无损检测，如果存在不合格焊缝，未经处理严禁进入下道工序作业。因钢板较厚，焊缝集中，焊接应力较大，需要消除应力处理。

底轴的连接方式和钻孔工艺是制约底轴整体制造质量和周期的关键工序，因底轴直径较大，经过分析论证，内法兰饺制孔螺栓锥度连接，是一种可靠、高效的连接工艺。由于底轴与闸门弧板需要配钻的光孔数量庞大，利用普通钻孔工艺无法在规定的时间内完成这一工作，所以对原有摇臂钻床进行了技术改造，改造而成的移动式摇臂钻床可以有效的解决这一技术难题。

2　钢坝闸底轴制造工艺流程

施工准备→计算底轴分段数量和各段长度→原材料进厂检验→卷板/锻压→埋弧焊分层对接焊管→消除应力及焊后热处理→无损检测→精度测量→变形量控制→内法兰制作与坡口加工→内法兰与底轴焊接→整体机加工→水封、支铰部位贴焊不锈钢板→不锈钢板部位精加工→法兰钻孔→饺制孔螺栓连接底轴→与闸门底弧板配钻螺栓孔→精度测量与调整→与闸门门叶试组装→解体防腐。

3　技术要点分析和技术改造

3.1计算底轴分段数量和各段长度

钢坝闸的特点之一是闸孔宽度大，作用水头较低，因此底轴的长度也相对较大，考虑到底轴原材料的生产规格和运输受到限制，需要将底轴分段制造，再将分段底轴管组装成一个整体。由于底轴运行时的最大阻力矩在支铰支撑处，应该以两个支铰之间最多存在一处接头的为原则，计算出最少分段数量，根据各段长度尺寸，确定加工工艺和选用切削机床。

3.2埋弧焊分层对接焊管

焊接方法是影响底轴焊接成本、焊接效率和焊接质量的主要因素，因此底轴焊接前要进行焊接工艺评定，选择合理的焊接工艺参数。埋弧焊的最大优点是焊接速度高，焊接质量好，特别适用于焊接大型工件的直缝和环缝。结合以上几点，底轴焊接方法采用埋弧焊，由于底轴管壁厚度较大，故采用埋弧焊分层焊接工艺。

底轴的纵向对接焊缝为Ι类焊缝，坡口应该按照焊接工艺指导书的要求加工，为了保证焊接质量，采用双头埋弧焊分层焊接，每层焊道焊接完成后，进行100%无损检测，对局部存在缺陷的地方，及时处理并复检合格后方可进行下道工序焊接。由于底轴尺寸较长，焊后要采取消除应力的处理措施，处理方案应根据底轴材质要求进行方案比较论证后确定。

3.3底轴法兰连接和形式设计

闸门运行主要依靠底轴传递作用力，因此底轴是否具有良好的连接可靠性、构件强度和制造精度是保证闸门安全可靠运行的关键因素。

根据底轴直径、壁厚、长度、启闭力等因素，对于直径大于等于600 mm的钢制底轴宜采用内法兰连接（见图1），此种连接方式的最大优点是有较好的强度和紧密性。具体设计如下：内法兰的厚度应不低于底轴壁厚，宽度应不低于壁厚的两倍，法兰外径与底轴内圈配合焊接，在底轴法兰内圈加焊一个长度适中的加强圈，用车床将加强圈外表面露出法兰端面部分加工成坡降为10%的锥度，作为插口，将与其连接的另一个法兰加强圈内表面露出法兰端面部分同样加工成坡降为10%的锥度，作为承口。此设计改造不仅保证了底轴的整体性，而且当两分段底轴受到不同旋转力矩时，可以通过增大接触面积增强底轴整体内应力。内法兰连接采用饺制孔螺栓，大幅度的提高了连接精度，螺栓规格和数量根据底轴受力大小确定。

图1　

3.4改造底轴钻孔工艺

由于底轴为圆形，且尺寸较长、重量大，单个钻孔后再移动设备重复就位难度较大，且需要花费大量的人力、物力和时间，而对摇臂钻床改造而成的移动式摇臂钻床可以解决这一技术难题。

在钻孔工作面范围内铺设特制轨道，制作一个可以行走的工作平台，将钻床架设在工作平台上并用螺栓固定，形成长距离可移动式钻床。将底轴安装在由小滚轮制成的支撑架上，调整完毕后将加工好的底轴弧板放置在底轴上，测量放线后将弧板点焊固定在底轴上，这样可以实现移动式摇臂钻床配钻一排螺栓孔。这种技术改造解决了大型工件钻孔移动困难这一技术难题，大大提高了钻孔效率。

4　结语

钢坝闸作为一种新型的闸门形式，近年来被广泛应用在国内外水利工程建设中，而底轴的制造精度和制造周期是影响钢坝闸运行质量、安全和工期的关键因素。通过对上述底轴加工工艺流程和制造工艺措施的实践总结，证明了此流程和工艺措施可以有效提高底轴制造精度，大大缩短制造周期，在同类工程的加工和制造中具有良好的借鉴价值。

（责任编辑迟明春）

【中图分类号】TV66

【文献标识码】B

【文章编号】1009-6159（2016）-03-0015-02

收稿日期：2015-12-21

作者简介：张鹏飞（1987—），男，助理工程师