大型弧形钢闸门质量控制难点工艺浅析

刘景涛，杜庆恩，张鹏飞

（山东临沂水利工程总公司，山东 临沂 276006）

临沂市袁家口子水源工程是临沂市雨洪资源利用规划中的重点水利公益性项目之一，工程规模为大I型，其中水工金属结构分部工程主要由12孔20.0 m×9.5 m大型弧形钢闸门和12台套2×800 kN固定卷扬式闭式启闭机组成，通过闸门调控，一次蓄水量可达5 200万m3，可供6.07万hm2农田灌溉。弧形钢闸门主要包括底轨、侧轨、闸门门叶、支臂、支铰和止水结构等。各构件尺寸较大，单构件形位公差要求较严格，装配难度较大，止水技术要求较高，焊接变形量难以控制，需要针对各个环节制定具体工艺措施，保证产品使用功能。

1 质量控制难点分析

1.1 面板尺寸大，曲率半径难以控制

袁家口子水源工程中闸门面板尺寸为20.0 m×9.5 m，曲率半径为20.0 m，受限于板材尺寸的影响，需要多块板材拼装而成，易造成各板材之间拼接缝搭接不连续或与弧台贴合不紧密，从而不能保证面板弧度和局部平整度，影响止水效果和外观质量。

1.2 主梁收缩量计算误差大

工程主梁尺寸为20.0 m×1 950.0 mm，板厚为20.0 mm，根据传统经验总结，主梁收缩量一般为8/1 000，考虑到主梁长宽比与以往主梁构件不同，经查阅相关焊接变形资料，主梁焊接收缩量需要重新计算，否则极可能影响闸门整体外观尺寸。

1.3 侧止水座板的焊接和钻孔

闸门止水直接影响整个工程的蓄水效果和闸门安全稳定，闸门漏水是一个比较普遍的现象和难题，由于止水间隙控制不当，止水橡胶与闸孔止水座板在启闭过程中造成损伤，微小的缝隙便会形成喷射，造成闸门功能降低，严重时能造成闸门振动。工程止水座板与以往弧形闸门不同，采用独立板与闸门面板焊接而成，整个止水结构用连接螺栓与座板连接，而座板焊接过程中容易造成局部变形，如果解决不了这个问题，那么在制造过程中就降低了对闸门止水功能的要求，相当于从源头上就没有解决闸门止水的技术问题。

1.4 焊后应力变形控制

工程闸门属于大型弧形钢闸门，尺寸较大，焊缝较多，板材较厚，制造过程中不可避免的出现焊接残余应力，导致结构的韧性下降，产生变形，而对于产品的焊接，关注更多的焊缝的质量，探伤的结果，焊接变形反而会被忽略，其实焊接变形引起形位尺寸的变化同样严重影响闸门整体的安装和运行质量，因此，应采用合理的焊接参数和焊接流程控制焊接变形。

2 质量控制难点工艺方法

2.1 改变弧台搭设方案，保证弧门曲率半径

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，应先确定制造曲率半径，在搭设门叶拼焊弧形工作台时按照计算出的曲率半径施工。在可调节弧台的基础上进行了技术改进，由于闸门宽度达到20.0 m，为保证产品整体性和最小变形量，在原有弧台基础上加装支撑立柱，原弧台立柱间距为1.5 m，改为0.75 m，且尺寸更加精密，用水准仪和激光准直仪校核水平高程和直线度，保证最佳的面板贴合量，并且在间距1.5 m的立柱上，每排设置5个基准点，以便制造过程中对面板曲率和弧度的校核，这种双重保证措施更好地保证了整个面板的局部平面度和曲率半径的准确性。

2.2 重新计算主梁收缩量

受到自动埋弧焊机自身条件限制，闸门主梁为20 m长，只能采用分段焊接，这种焊接方式直接影响了主梁的焊后收缩量。由于主梁高度为1 950 mm，热传导率较之前的小型弧门主梁明显降低，特别在主梁的端部，热传导变化呈圆弧状，通过查阅相关板材在不同板厚下的对接焊焊接工艺过程进行数值模拟仿真,分析得到随着板材厚度的增大,板材的横向收缩量和纵向收缩量都是逐渐减小的,而角变形是逐渐增大的,为实现焊接过程中变形量的精度计算等提供了条件。

经计算，主梁纵向收缩量采用6/1 000，在高度横向方向上，套料前将主梁腹板前翼缘处绘制成圆弧状，圆弧半径为闸门曲率半径，在第一孔闸门制作完成后进行了测量，验证了本组数据和方案的准确性，为后续产品加工提供了理论支持。

2.3 侧止水座板施工工艺

由于闸门制造过程中分为上下两节，侧止水座板安装精度将直接影响闸门止水效果，主要有两种安装方案：方案一将侧止水座板点焊在图纸设计位置，闸门下弧台前止水钻孔，座板不分段，工地安装闸门是整体安装焊接侧止水座板。方案二将侧止水座板在闸门下弧台前整体安装，钻侧止水孔，校核完成后将侧止水座板分成两段，工地安装时两段对接，再次校核。

方案比较：方案一制作难度较小，只需要保证止水座板的尺寸符合设计图纸，易于厂内施工，但在现场安装时难度加大，工地现场条件有限，焊接量过大，变形后不能及时采取应对措施，易造成座板不平整，出现渗水或漏水现象。方案二将座板焊接在闸门面板上，需要通过反变形法将座板和面板的变形量调整至设计尺寸后再进行钻孔，工地安装时只要保证两节闸门对接尺寸误差最小，既能保证止水座板的平整度，此方案更有利于保证闸门整体侧止水的水封效果，故选用方案二。

2.4 合理控制焊接变形

焊接变形的产生多数是由于焊接产生的热量不对称，导致的膨胀不一而发生的。为了最大限度地减小焊接变形，合理的拼装工序和焊接顺序至关重要。通过本工程的加工制造，总结出了一个合理的减小焊接变形的焊接方法和顺序。即：双面均可焊接操作时，要采用双面对称坡口，并在多层焊时采用与构件中和轴对称的焊接顺序；T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝；对于长构件的扭曲。主要靠提高板材平整度和构件组装精度，使坡口角度和间隙准确。电弧的指向或对中准确，以使焊缝角度变形和翼板及腹板纵向变形值与构件长度方向一致。

闸门焊接采取先大后小、从整体到局部的次序进行焊接，并保证对称施焊；依次焊接顺序为：主梁后翼缘板与边梁后翼缘对接平缝，主梁后翼缘板与竖向隔板后翼缘对接平缝，竖向隔板腹板与主梁及次梁腹板立面角焊缝，主梁、次梁及隔板腹板与面板平角焊缝，主梁后翼缘板与隔板后翼缘板对接仰缝，筋板焊缝。多段对称的焊接，即焊一段，停一会，到对面焊，停一会，停顿时间间隔保持一致。

3 结论

从闸门尺寸和蓄水能力上讲，临沂市袁家口子水源工程大型弧形钢闸门为近些年国内较为少见的工程案例，本工程的成功实施，可为今后类似产品的制造提供一定的参考借鉴价值。

[1] 水工闸门控制焊接变形技术的措施研究[J].普宝章.冶金丛刊.2016(04).