淺談新干航電樞紐工程人字門金屬結構制造技術

2023年12月30日發(作者：數學評課稿)

淺談新干航電樞紐工程人字門金屬結構制造技術

程碧周

【摘 要】對新干航電船閘人字門的下料、主梁制作、整體組裝和焊接變形控制等過程的制造技術進行闡述,并將容易出現質量問題和需要注意的地方列入了重點,特別對主梁、面板的制造工藝和焊接工藝進行了改進.為了防止門葉扭曲變形,保證人字門的制造質量,在推力板和加勁板與主梁腹板連接的角焊縫位置上采用加裝三角支撐板的措施,最終制造出符合設計和標準的優質產品,對類似大型人字門制造有一定的借鑒意義.%The production of main girder, the overall asmbly and

welding deformation control in the process of manufacturing technology

of narrative, and prone to quality problems and need to pay attention to

were introduced, especially the manufacturing process of main girder, the

panel and the welding process was order to prevent the door

leaf distortion, the guarantor/issuer word door manufacturing quality, the

thrust plate and stiffening plate connected to the girder web plate with

triangular support plate ud in the fillet weld position of measures,

eventually made up to the standard of design and high quality products,

for future similar large miter gate manufacturing has certain reference

significance.

【期刊名稱】《廣東水利水電》

【年(卷),期】2017(000)005

【總頁數】3頁(P60-62)

【關鍵詞】人字門;主梁制作;閘門組裝;焊接變形控制

【作 者】程碧周

【作者單位】廣東江海機電工程有限公司, 廣東 廣州 510500

【正文語種】中 文

【中圖分類】U641;TV547

新干航電樞紐工程位于贛江中游吉安市新干縣三湖鎮上游1.5 km處，是一座以航運為主，兼顧發電等綜合利用功能的航電樞紐工程。航道工程按Ⅲ級航道標準設計，最大設計水頭為10 m。下閘首人字門尺寸為14 140 mm×13 860 mm×2 000

mm(高×寬×厚)，屬于Ⅰ級閘門。由于閘門的結構尺寸較大，再加上門軸柱和斜接柱的焊縫比較集中，焊后變形較大，為保證結構尺寸符合設計和驗收標準要求，從下料到最后焊接整個過程的工藝采取了一些特別措施，尤其是防止焊接變形方面。人字門的門葉底樞長期浸沒在水中，潤滑不好容易磨損，需要定期檢修，閘門在運行開關過程中，門葉擾動水流是一個動態過程，人字門下部的結構受力復雜，易出現疲勞和強度破壞，所以對焊縫的質量要求較高。

新干航電船閘人字門為水平主梁式人字門，水平主梁截面為H型。閘門由擋水面板、主梁、次梁、隔板、斜接柱、門軸柱、背拉桿、頂樞、底樞、支墊、枕墊和防撞鋼護木等部件組成。主梁是人字門的主要受力構件，主梁承受面板傳來的均布水壓荷載及由次梁和隔板傳來的集中水壓荷載，除了受彎矩外，還承受三鉸拱的軸向壓力。人字門擋水時，每件主梁組成一組水平布置的三鉸拱，而三鉸拱的拱推力，主要是靠推力板通過支枕墊塊向閘墻上和兩門葉間傳遞，采用連續支枕墊的人字門，三鉸拱的支鉸反力并不是作用在主梁端頭的一個集中力，而是沿推力板作用在主梁端部腹板上的一組分布力[1]。

3.1 下料

下料是制造過程中極其重要的一項工作，不僅工作量大，而且要認真細心，一旦出錯，將直接造成下料尺寸的錯誤，甚至毛坯報廢。下料前首先要認真審閱圖紙的基本結構、相關尺寸和技術要求，并且考慮制造過程的先后順序、焊縫布置和坡口形式等。下料應根據需要，在原設計尺寸的基礎上增加焊接收縮量及切割、加工余量，焊接收縮量按1.2‰考慮。不規則且數量多的工件應制作樣板，這樣使用方便，尺寸統一，誤差較小。

3.2 主梁和隔板組裝

1) 主梁組裝

主梁腹板與翼板的角焊縫為二類焊縫，腹板開45°單邊“V”形坡口，組裝前應把坡口面清理干凈。如果翼板有對接，焊縫質量要達到1類。在翼板上畫線，用2臺吊車分別吊起主梁腹板的兩頭，對準翼板畫線的位置，貼緊并點焊固定，有坡口側的組合角度應相對大3°～5°，防止焊接時收縮變形。組裝好后采用CO2氣體保護焊對坡口分兩道進行施焊，先用較大電流和緩慢的焊接速度焊第一道，這一道焊縫主要保證其熔深達到要求，第二道把坡口填滿，再用埋弧自動焊焊接反面，反面不清根，最后焊接正面坡口側。由于沒有清根，埋弧自動焊的電流要相對大一點，一般電流控制在650～700 A，使其增加熔深，保證焊縫焊透，電壓控制在29～32 V之間，焊接速度為20～23 m/h。此方法省去了反面清根，既省時省材,提高工作效率，又能保證焊縫的外觀質量和內部質量達到2類。但是，當主梁腹板厚度大于16 mm時，側應采用雙邊“K”形坡口留間隙的方法，否則翼板收縮變形過多無法矯正。

2) 隔板組裝

隔板為T型結構的三類角焊縫，不開坡口，劃線組裝隔板后，直接采用埋弧自動焊焊接。

主梁和隔板采用埋弧自動焊時都應把它放置船型胎架上，梁傾斜45°(如圖1)，工件不動，靠焊接小車移動來完成焊接。焊接時從工件的一端焊到另一端，焊完一面，再焊另一面。焊接完對焊縫進行清理、打磨，通過矯正機對翼板進行矯正平直，翼板對腹板的垂直度a≤b1/150，且不大于2 mm[2]，要進行無損檢測的1、2類焊縫應在矯正后再檢測。

3.3 整體組裝

1) 面板組對

面板規格為14 mm×11 480 mm×18 090 mm，焊縫為2類。因吊裝和運輸需對閘門分成6節。下料前，應根據來料尺寸進行配料，要特別注意面板對接坡口和分節的布置，盡量把橫向焊縫設在主梁或者次梁中心，坡口向外，采用“V”形坡口單面焊的方法，坡口不宜過大，留2～3 mm間隙，這樣可減少面板的焊接變形和收縮量。雙面焊的焊縫把坡口設在閘門內側，外面清根，方便碳弧氣刨操作，降底工人的勞動強度。閘門面板鋪在拼裝平臺上，按預先布置的每塊面板拼接起來點焊固定，分節的位置盡量少點焊，或者在面板底下加固，如果平直可只在焊縫的兩頭點焊固定，方便分節時拆開，拼裝好面板后暫不焊接，等閘門整體組裝完后再焊接，。

2) 面板畫線及閘門組裝

在面板上劃出主梁、次梁、隔板等部件的位置線，還應畫出閘門縱向中心線、頂(底)主梁中心線和端板、頂樞軸孔中心的投影線并延長做好標記，中心線既是控制線又是最終檢測線，在梁系組裝位置線和各中心線實際尺寸的基礎上增加1.2‰焊接收縮量。按主梁、次梁、隔板的順序組裝，從門葉的中間開始，各構件按畫線位置向閘門頂、底方向組裝在面板上，與面板貼緊點焊固定，最大局部間隙應≤1

mm。然后組裝斜接柱(門軸柱)的推力板和加勁板等。最后組裝端板(如圖2)，這是非常關鍵的一步，端板應先劃線鉆孔，端板與推力板組成的角焊縫是1類焊縫，

推力板應加工成45°帶2 mm 鈍邊的K形坡口，與端板拼裝時應留2～3 mm間隙保證焊透。要特別注意端板的中線、角度和水平度，中線應對準主梁的支承中心線和預先畫好的投影線，并用水準儀測好水平度。底止水座板的組裝也應特別注意，先劃線后組裝，底主梁腹板一定要平整并垂直門葉中心線。組裝完后由質檢員檢查各項尺寸和工藝并做好記錄，以備與焊后檢測的數據作參考對比。

3.4 焊接

焊接在水工金屬產品制造過程中是一道最為重要的工序，也是控制門葉變形的關鍵。由于人字門結構的特殊性，門軸柱(斜接柱)的焊縫比較密集，焊后變形和收縮較大；中間隔板比較分散，間距較大，變形和收縮相對較小，由此造成門葉中間和兩邊的收縮量不相同，容易產生門葉扭曲變形。為了解決門葉扭曲變形，可以在推力板和加勁板與主梁腹板連接的角焊縫位置上加裝20 mm厚的三角板作支撐(如圖3)，相隔250～300 mm均勻分布，中間隔板不加三角板，可有效減少門軸柱(斜接柱)的焊接變形和收縮，從而防止門葉的扭曲變形。

1) 焊前準備

焊接前檢查定位焊是否牢固和符合標準，閘門的材料是Q 345 B，定位焊的材料應選用E 5015焊條或ER 50-6焊絲，但要特別注意定位焊的長度和厚度，通常厚度為4～6 mm，長度不能小于50 mm，間距為200～300 mm，否則定位焊容易產生裂紋。如果定位焊厚度不足，間距過大，也會增加門葉的變形和收縮。清除焊縫位置兩端10～20 mm范圍內的鐵銹、油污等污物[3]。

2) 焊接方法和焊接順序

采用CO2氣體保護焊直流反接法，有利焊道間及坡口間的熔合和根部焊道的熔透，還可減少飛濺和氫氣孔的產生。先焊所有后翼板的對接焊，再焊立焊，使各艙格形成一個剛性的整體，最后焊各艙格與面板間的平角焊縫和閘門內的面板對接焊縫，采用由門葉中間向兩邊對稱焊接。

3) 焊接參數

焊接電流、電弧電壓和焊接速度是該工藝的關鍵參數，電弧電壓若過低，電弧引燃困難，焊接過程穩定性降低，與母材的熔合不好而容易產生未焊透；電弧電壓若過高，則會由短路過渡轉變為長弧焊的顆粒過渡，焊接過程不穩定，電弧電壓的選用可參考表1，氣體純度為99.5。焊接速度應根據焊縫的形狀和尺寸來進行調整，在提高焊接速度的同時，應相應提高焊接電流和電弧電壓，但又不能太高，如提得太高會加大焊接熱輸入，增加變形和收縮量。焊接區域內的風速應限制在1.0 m/s以下，否則應采用擋風裝置，不然易在焊縫中產生氣孔。焊絲伸出長度為20 mm，如果伸出長度過短，噴嘴易被飛濺堵塞，保護效果差，對焊接區觀察不便；過長，則電弧穩定性下降，產生大顆粒飛濺，熔深小，保護效果差[4]。

4) 焊后處理

焊后必須打渣、清理飛濺等雜物，焊縫表面不允許有表面夾渣、表面氣孔和大于0.5 mm的咬邊。1、2類焊縫不得有裂紋、未焊透、未融合及存在有超標的圓形缺陷和條狀缺陷，必須進行無損檢測。

人字門制作難度大，制造工藝和焊接要求高，在水工金屬結構中比平面閘門相對應用較少。在本工程人字門制作過程中，對主梁的角焊縫采用單邊坡口，并且不用碳弧氣刨清根的焊接技術，提高了工作效率，保證了焊縫質量。面板的對接焊縫設在主(次)梁上，相當于帶墊板焊和面板有支撐，不但省去焊縫的反面清根和焊接，而且減少了面板的變形，提高了面板的局部平面度。在門軸柱(斜接柱)的位置上增加三角板為支撐，有效防止門葉的扭曲變形，通過以上措施，保證了本工程的制造質量，提高了生產效率。

【相關文獻】

[1] 楊逢堯.水工金屬結構[M].北京：中國水利水電出版社，2005：151-160.

[2] 水利部.水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗收規范：GB/T 14173—2008[S].

[3] 水利部.水工金屬結構焊接通用技術條件：SL 36—2006[S].[4] 徐初雄.焊接工藝[M].北京：機械工業出版社，2003:84-103.