淺談水工鋼閘門焊接變形及控制

2024年3月11日發(fā)(作者：體育教材)

淺談水工鋼閘門焊接變形及控制

摘要：結合水工鋼閘門制造焊接工藝介紹焊接應力和焊接變形的控制方法,

闡述如何將焊接應力和焊接變形控制在容許范圍內。

關鍵詞：焊接應力、焊接變形、控制及矯正

目前水利水電工程鋼閘門主要為焊接結構。通過采取有效的控制手段控

制焊接應力、減少焊接變形, 避免由于過大的殘余應力和變形, 引起構件焊縫開

裂、錯位和斷裂或降低構件的強度。

1、鋼閘門焊接變形的主要原因

水工鋼閘門在加工制造焊接過程中, 焊接熱源對焊件局部加熱,產(chǎn)生了不

均勻的溫度場,導致材料熱脹冷縮的不均勻在焊件中產(chǎn)生內應力,使高溫區(qū)的材料

受到擠壓(拉伸),門體將產(chǎn)生形式多樣的焊接變形, 其主要形式有: 縱向變形、橫

向變形、角變形、縱向變曲變形、扭曲、波浪變形等。此外,不同的金屬組織有

不同的性能, 也會引起體積的變化, 對焊接應力及變形產(chǎn)生不同程度的影響。焊

接過程中局部的、不均勻的加熱是產(chǎn)生焊接應力和焊接變形的主要原因。

2 、鋼閘門焊接變形的控制

水工平面鋼閘門的門葉一般為焊接結構, 由水平大(主)梁、水平次梁、縱

向隔板、邊柱及面板組合焊接而成。門葉加工制造的主要工作量是焊縫的焊接。

控制焊接應力、減少焊接變形是保證焊接質量的關鍵所在。從而合理的焊接工藝

是控制焊接變形行之有效的辦法。

平面閘門制造的一般工藝流程為:施工準備、單構件制作、面板布焊、梁

格定位、門體焊接面板裁邊、鏜孔、閘門防腐出廠驗收。

施工前的準備:根據(jù)母材的焊接性,結構特點,使用條件,設計要求、設備能

力、施工環(huán)境等擬定焊接工藝方案,并經(jīng)過工藝評定合格后,編制焊接工藝指導書。

下料尺寸與設計圖上標注尺寸有著很大的區(qū)別, 按照設計圖上標注尺寸,并根據(jù)

部件的結構位置要留出一定的切割裕量、變形裕量。

單構件制作:為了減少閘門整體焊接時的應力集中，將閘門主梁、縱梁制

作成單構件,與面板焊接分開進行。單構件的制作也應考慮焊接收縮量,單構件拼

焊時,嚴格控制翼緣板對腹板的傾斜度,焊接采用埋弧自動焊,焊后采用型鋼矯正

機進行矯正, 同時釋放部分焊接應力。

面板焊接:在合格的鋼平臺上拼接,對接焊縫采用埋弧自動焊,焊后整平,在

面板上放大樣,縱向橫向均預留收縮量,大樣節(jié)點處的焊縫應磨平, 以便于單構件

拼裝。

梁格定位與門體焊接:閘門拼裝時,先將主梁拼裝點焊固定,然后再拼裝縱

梁,最后拼裝水平小次梁。拼裝結束后,應復測門葉兩邊梁的中心距,保證其誤差和

平行度符合規(guī)范要求。選門葉邊梁與頂?shù)琢旱慕稽c為控制點,用水準儀測量并調

整至同一平面,以控制閘門的扭曲變形。焊接采用先立焊、后平焊、最后仰焊的

順序,采用偶數(shù)焊工對稱焊接,焊接從中間開始向周邊展開,焊接人數(shù)不易過多,焊

速不易太快，最大限度地減小閘門的焊接應力集中和焊接變形。

環(huán)境、焊接材料和人員控制:鋼閘門焊接通常采用埋弧自動焊、二氧化碳

氣體保護焊和手工交直流電焊等,每種焊接方法對環(huán)境的要求均有所不同。由于

焊接質量受焊接環(huán)境影響較大,且水工鋼閘門的安裝基本上都是露天作業(yè),更應進

行焊接環(huán)境監(jiān)測, 應加強對施工現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)測,出現(xiàn)下列任一況應采取有效保

護措施,才可焊接否則禁止施焊：①遇有風速超過10m/s的大風；②雨天、雪天

露天施工；③環(huán)境溫度在零下5℃以下，相對濕度大于90% 。

焊接材料必須具有出廠合格證和產(chǎn)品質量保證書，按相關規(guī)定進行驗收，

對質量有懷疑時，應對此復驗。焊工的水平與素質,是影響焊接質量的關鍵。只

有經(jīng)過考試合格的焊工才能進行相應焊縫的正式焊接。焊接時,應嚴格執(zhí)行焊接

工藝和焊接順序,以防止焊接變形失控。

3、應力消除

鋼閘門經(jīng)過焊接后,其內部積聚了大量的焊接殘余應力,造成閘門的變形,

影響閘門尺寸,降低閘門使用強度、疲勞強度和使用壽命。可采取：

a、為了減小焊接變形和焊接應力，根據(jù)結構特點和坡口形式，在構件或

門葉焊接時選擇合理的焊接順序及采用跳焊、分段退步焊和多層多道焊或采取反

變形等措施。

b、門葉組裝前先進行單元件的組焊、校正，能夠有效的降低門葉的整體

焊接應力。

c、局部退火。門葉上焊縫密集和剛性大的局部焊接應力相對集中，造成

焊接應力過大，在這些部位進行局部加熱到退火溫度，然后緩冷，進行退火處理，

能夠有效的降低殘余應力的峰值，使應力分布比較平緩，起到部分消除應力的作

用。

d、錘擊法。用小錘或裝有圓頭的風槍對焊縫進行錘擊，分熱錘擊和冷錘

擊，但溫度在100～500℃區(qū)間不要錘擊焊縫，以防產(chǎn)生裂紋。

e、時效處理。將組焊、校正好的門葉墊平穩(wěn)置于常溫下保持適當時間進

行自然時效，可有效的降低焊接應力，減小加工后的焊接變形。

4、 焊接變形矯正

單構件矯正:單構件的主要變形為翼緣板塌邊、翼緣板旁彎和腹板背彎。

翼緣板塌邊采用型鋼矯正機矯正,通過型鋼矯正機的矯正會使翼緣板對腹板的垂

直度自動矯正到規(guī)范允許范圍內( 20mm);翼緣板旁彎和腹板背彎可以通過三角

形火焰矯正法,三角形的開口朝向變形凸的一側,火焰加熱溫度及三角形的大小視

變形量確定,同一地方火焰矯正只能進行一次。

面板等產(chǎn)生的凸凹不平:焊接后，對與門葉主梁、邊梁和隔板等焊接造成

的凸、凹變形，采用千斤頂頂塌陷部位，火焰在焊縫背面按點狀或線狀加熱配合

進行校平處理.

門葉的立彎等變形:在主梁、邊梁等部位進行三角形加熱，由于三角形加

熱面積較大，因而收縮量也較大，可有效消除立彎等焊接變形。

面板周邊變形:面板四邊緣焊后產(chǎn)生的塌邊變形，容易造成面板不平度和

直線度超差，可采用火焰矯正法進行校正，能夠有效的消除焊接變形。

閘門主梁旁彎、節(jié)間止水座板、止水座面平面矯正:閘門主梁旁彎、節(jié)間

止水座板、止水座面平 面度偏差超標時,多采用線狀加熱法矯正,即在凸起范圍內,

視變形范圍長短,取20mm~ 60mm 加熱寬度,用烘槍做多道線狀加熱,止水座面平

面度超標可輔以點狀加熱法矯正;節(jié)間止水座板、止水座面在矯正后,應進行機加

工,以保證止水效果良好。

5、 結束語

在水工鋼閘門制造焊接過程中,減小和消除焊接應力和控制焊接變形的

方法很多,實際生產(chǎn)中往往幾種工藝方法聯(lián)合使用, 控制效果將會更為理想。

參考文獻

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DL/T5018-94[S]. 1994-11-04

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