水电站金属结构闸门制作及安装焊接技术的运用分析

白文杰

摘 要：水电站金属结构闸门制作及安装焊接难度较大，要求操作人员能掌握操作技术，确保安装焊接的质量。总结水电站金属结构闸门制作及安装焊接传统工艺存在的问题，并在金属结构闸门制作与安装焊接工艺的要求基础上，提炼水电站金属结构闸门制作及安装焊接技术的运用要点，全面提升金属结构闸的质量，保证水电站运行安全。

关键词：水电站；金属结构闸门；焊接技术；制作安装技术

中图分类号：TV547.1                              文献标识码：A                                文章编号：2096-6903（2023）01-0036-03

0 引言

水电站金属结构闸门是水利工程中的重要组成部分，直接关系着水电站的质量与运行效果，所以必须重视水电站金属结构闸门的制作与安装，充分发挥水利工程的作用保障人民的人身及财产安全。

水电站金属结构闸门的制作与安装焊接是一项专业性与技术性较强的工作，所以必须做好施工全过程的质量控制，保证水电站金属结构闸门制作的整体质量。

1 水电站金属结构闸门制作及安装常见问题

传统面板制作工艺采取的是钢板拼装对接方式，即按照图纸要求确定毛料尺寸，然后在完成焊接工作后调平调直。这种方法在实际执行过程中会因为面板尺寸太大而受到车间设备的限制，进而影响制作及焊接质量。

在门叶的总拼装焊接中，需要先制作出門叶的各部分，再进行总体拼装焊接，由此增加制作周期。同时，由于制作焊接过程中有多道工序，每道工序的误差叠加，最终会导致门叶的几何尺寸不符合标准。

在主梁与边梁等焊接过程中，焊接后翼时会产生较大的角变形，且翼缘板较厚，由此增加调直的工作量。

综上，在金属结构闸门制作及安装焊接中，采用传统焊接工艺，不仅无法满足焊接质量与效率，还会影响闸门的美观度。因此，焊接工艺的改进与优化是项目成功的关键。

2 水电站金属结构闸门制作与安装焊接工艺要求

水电站金属结构闸门制作焊接具有较强的专业性与技术性，在制作与安装焊接过程中，必须保证焊接质量，避免结构出现收缩与变形等情况。水电站金属结构闸门无论采取单件焊接还是整体拼接，变形都是质量控制的要点与难点[1]。

按照图纸搭建弧台，完成焊接工作后需合理设计弧门半径。在弧形闸门的制作期间，需采取偏心铰压紧式的方法止水，在板面上方采取机械加工手段，提升板面的厚度。在焊接作业过程中，要合理确定焊接工艺参数，确保焊接质量，合理控制焊接工艺流程，保证每一个施工环节的质量。同时，要求操作人员充分提升质量与安全意识，并能掌握施工工艺，确保水电站金属结构闸门制作与安装焊接的质量与效率。

3 水电站金属结构闸门制作及安装焊接技术运用要点

3.1  确定曲率半径

弧门门叶结构的焊缝集中出现在了下游侧。因为金属结构闸门会在焊缝焊接后产生收缩，曲率半径R会变小，所以为了曲率半径能符合图纸设计要求，在焊接过程方法选择上要以防止变形为主，可以适当增加弧门制造时的曲率半径。

如式（1），按照弧门曲率半径公式来确定金属结构闸门制作半径（放样半径）：

（1）

式中：R为设计半径，单位为m；R1为制作（放样）半径，单位为m；A为面板半弧长对应的中心角，单位为°；K为经验值，取值为3。

3.2 主梁安装及焊接

按照设计图纸搭设主梁组装平台，平台的平面度需使用水准仪进行控制，确保平面度在2 mm以内，在平台上按照要求进行主梁的安装。安装时，先在前翼缘上放样，将隔板、主梁腹板等位置放出，然后按照要求安装隔板、主梁腹板等[2]。使用水准仪测量主梁的高程，保证主梁的正弯与扭曲等符合要求。

焊接工艺参数需按照焊接工艺规程制定。利用手工电弧焊焊接隔板缝，使用埋弧自动焊接正缝，使用CO2保护焊接背缝。焊接完成隔板后再进行后翼缘板与板缝进的组合焊缝。最后对前翼缘板与主梁腹板间的组合焊缝进行焊接。完成焊接后要采用超声波探伤检测主梁，确保焊接的可靠性。

3.3 弧门胎膜架设

弧形胎膜是完成弧门门叶组装焊接制造的主要位置。应合理确定弧形胎模放样尺寸，按照门叶半径、门叶结构等确定工艺参数，施工曲率半径等要按照焊接收缩量来综合确定[3]。门叶弧度的确定会受到胎膜搭设质量的影响，所以在搭设弧门胎膜过程中，各承点的高差需使用水准仪控制，方向与位置需使用经纬仪控制，并对弧门胎膜大对角的扭曲值进行检测，同时要求支撑点要为点线接触，确保支撑的安全与稳定。

3.4 面板制作、安装及焊接

按照设计要求分节分块卷制面板，卷制时要在外侧设置坡口，在卷制过程中弧度控制需使用1.5 m长的样板。避免使用十字焊接样板拼接缝，面板与主梁、边梁等的组合缝需错开200 mm以上。在完成面板拼接之后，要求局部的不平整度需控制在1 mm/m以内。在面板卷弧时，卷弧样板需使用1 mm后的钢板制作，要求弦长为3 m以内，先对面板两端200 mm范围进行压头，检查时样板需靠弧进行，然后完成卷弧工作。卷弧要求弧度与样板间隙之间的缝隙控制在2 mm以内。

在施工过程中，要检查好钢板进料，检查合格之后开始下一道工序。一方面，切合面板后需使用机械矫正，另一方面，按照焊接中性层理论对面板放样的弧度进行计算。

在焊接过程中钢板拼接与矫正技术要求如表1所示。面板在焊接过程中采取的顺序为：背缝封底→内弧制→矫正→检测→监控，严格按照焊接顺序进行操作，保证焊接质量与效率。

3.5 门叶安装及焊接

在工厂内完成门叶的组装焊接施工，使用经纬仪等测量仪器精准放出门叶的中心线，保证门叶及其附件组装的精准性与可靠性[4]。将面板铺设在弧形胎膜上，在面板上放样，将大梁、隔梁等门叶零部件的定位尺寸线等定位确定出来，然后按照顺序组装主梁、次梁等。对门叶结构零部件进行精准调整，确保能在设计位置。

在焊接前需阅读弧形门叶焊接作业指导书，确保焊接的规范性与可靠性，并对门叶焊接的收缩状况进行监测，保证在焊接过程中能规范、精准施焊。整体检测门叶机构，并做好打磨清理工作。在焊接结束合格后，要求能使用经纬仪等测量工具，能将水封孔中心线精准测出。

门叶组装焊接过程中对平焊、立焊与仰焊的参数要求不同，当焊条直径为3.2 mm时，平焊、立焊与仰焊的焊接电流分别为110～130A、100～120A、90～110A。当焊条直径为4 mm时，平焊、立焊与仰焊的焊接电流分别为150～180A、130～160A、120～140A。

3.6 支臂安装及焊接

在组装焊接支臂期间为确保质量，需采取整体大组装方式进行施工。在厂房柜内平台上铺设标准组装工作平台，平台需使用经纬仪等测量工具进行测量。在组装平台上平铺支臂翼缘，机构零部件定位控制线要使用经纬仪等测量工具确定。然后，按照顺序安装各部件，并在支臂组装焊接作业指导书的支持下开展焊接工作，对焊接变形情况进行监督，保证焊接的精准性与规范性。在完成支臂仰卧状态的焊接之后，需翻面对剩下的部分进行焊接。在检测支臂合格之后，要在清理干净表面并涂抹防腐涂层。上、下支臂的开口尺寸控制是重点，同时也要确保支臂夹角符合要求。焊接变形情况需在焊接过程中严格监测，能减少发生焊接变形的情况。采用CO2气体保护焊焊接支臂卧拼焊缝。

3.7 整体拼装

按照施工图纸放出大组装的地样线、支铰中心线等，调整左右中心线的下支臂中心线，确保中心线能保持在同一水平上。同侧支臂垂直度可以使用吊垂线调整，检查时使用经纬仪。对两支臂的中心距进行调整，用一根同轴将两支臂上的活动铰链穿轴，两铰链轴孔同轴度在调整好之后，要对铰链进行固定。确定门叶的垂直中心为基准，将门叶底缘、门叶垂直中心进行合理控制，保证门叶与支臂连接板工作面中心投影线与地样相吻合[5]。

支臂末加工端端头到门叶面板外缘曲率半径及门叶两侧相对差需合理修磨，门高上部1/3与门高下部2/3要求≤1 mm、≤2 mm，门叶面板横向直线度需科学检测，上部1/3、下部2/3要求≤2 mm、≤3 mm。在上、下支臂组合中的支臂与铰链连接的位置进行标记，并能将定位板焊接在上。整体拼装必须严格按照施工图纸进行操作，且要在完成拼装工作后进行检查，检查合格后才能继续下一道工序的工作。

4 质量控制措施

4.1 做好准备工作

在焊接前需做好准备工作，为焊接工作的顺利开展奠定基础。合理摆放焊接设备，检查好焊接设备的线头连接是否牢固，并做好设备调试工作。在自动焊接开始时，要对各组部件进行调节与检查，確保其灵活性，同时焊接需按照钢板的厚度与强度等确定。金属结构闸门的焊接要求能做好焊接材料准备工作，按照要求烘焙焊接材料，碱性烘条、酸性烘条的烘干温度分别为350～400℃、100～200℃，需分别保温2 h、1 h。焊条在烘干后要保存于恒温箱内，使用时取出来。

4.2 做好清理工作

钢板材料在制造加工前必须做好清理工作，将表面的杂物清理干净。钢板材料在切合后会有一些氧化皮与水残留在切割口，所以做好清理工作十分必要。在长焊缝焊接过程中，要在焊缝两侧加引出板，材料要求能与钢板材料一直，在完成焊接工作之后再清理。金属结构闸门的构件在组装过程中，要求能保持均匀的间隙，尽量减小错边量。

4.3 做好环境要素分析

水电站金属结构闸门制作及安装焊接施工过程中会受到外界诸多因素的影响，所以要尽量消减外界的干扰与影响，确保安装工作顺利开展。环境因素涉及诸多内容，不同因素之间会产生相互影响的情况，这会增加施工难度，阻碍施工进度。所以在施工过程中必须从整体出发，综合考虑各个因素与细节，保证金属结构闸门制作及安装焊接工作的高效开展。

4.4 做好跟踪监管

在金属结构闸门焊接前，要求能做好技术交底工作，确保操作人员能掌握焊接技术与工艺要点，在实际操作过程中能严格把控质量，避免发生质量问题。同时也要在安装焊接过程中做好指导与监督工作。焊接人员必须具备较强的质量意识，对安装焊接全过程进行有效控制，确保焊接质量。

在跟踪监管过程中，要加强焊接材料与设备检查，确保材料与设备的质量，为焊接工作的开展奠定基础。另外，要合理确定焊接工艺参数，并能对焊接过程进行指导，能让焊缝质量符合要求，焊缝外观更加美观。

4.5 完善金属结构闸门的制作与安装流程

在制作与安装前，必须制定科学的执行方案，制作安装要以方案为指导依据。在制作与安装期间，需按照“安装装备→设置测量点→拼装焊接→记录缺陷→矫正缺陷→检查验收”的流程，必须严格执行制作安装流程，避免出现“豆腐渣”工程。动态化调整与优化执行方案，不断提升方案的精细化水平，提升金属结构闸门制作安装的整体质量。

5 结语

金属结构闸门在现代水电站中的应用十分广泛，为全面提升金属结构闸门的质量，确保水电站的整体质量，防止水电站在运行过程中出现质量问题，要在金属结构闸门的质量控制过程中，做好准备工作、清理工作与环境分析等，采取综合手段，提升金属结构闸门制造的可靠性与合理性。

参考文献

[1] 田国政.基于Ansys Workbench的流固耦合下不同开度弧形闸门应力变形分析研究[J].水利科学与寒区工程，2020，3（2）： 62-67.

[2] 杨微，刘彬.基于ANSYS workbench的哈达山溢流坝弧形闸门受力分析[J].水利建设与管理，2020，40（10）：21-27.

[3] 张明祥.溪洛渡右岸大型弧形闸门支铰装置整体安装技术研究[J].水利建设与管理，2021，41（11）：17-22.

[4] 王孝海，罗刚，黄纪村，等.白鹤滩水电站泄洪洞进口弧形闸门安装关键技术[J].水力发电，2020，46（9）：106-110.

[5] 张龙.基于静力场、动力场下田心节制闸钢闸门支撑结构设计分析研究[J].甘肃水利水电技术，2022，58（2）：54-59+64.