淺談白蓮崖水庫工程泄洪中孔弧門制造工藝

王孝虎

一、概述

白蓮崖水庫泄洪中孔工作閘門為弧形閘門，孔口尺寸為7.0m×7.325m，具有局部開啟功能，設計水頭61.45m，門葉左右對稱分為制造，節(jié)間連接采用157顆M30高強度螺栓連接，單吊點布置，有液壓啟閉機進行控制。閘門主材Q345B，面板采用復合不銹鋼板（22mmQ345B+3mm1Cr18Ni9）。

門葉梁系為主縱梁結構型式，采用主縱梁疊層布置，面板支承在豎直次梁上，水平橫梁支承在豎直縱梁上，和主縱梁連接在一起。支臂為A字型直支臂，箱形梁焊接結構，與主縱梁組成主框架，支臂設有豎向和橫向連接系。

支鉸為球鉸結構，軸承采用國產超大型（軸承內徑φ710mm）自潤滑球面滑動軸承。鉸座、鉸鏈為ZG50Mn2鑄鋼，鉸軸為40Cr并經熱處理鍛鋼。

頂止水為兩道止水。第一道采用轉鉸式止水裝置，設置在閘門孔頂部位門楣埋件上，由門楣埋件、轉鉸、導向輪、不銹鋼板及半圓頭平板復合止水橡皮等組成。第二道為P60普通止水，防止閘門在高水頭下第一道止水滲漏時產生射水。閘門的側止水為方頭P60橡塑復合止水，壓縮量4mm。底止水為普通的H型止水，與側止水膠粘在一起，保證拐角止水的可靠性。

二、制造工藝

對于該高水頭弧門的設計，其制造工藝有較高的要求，下面簡要介紹閘門制造工藝及實施。

1.面板鋪裝

面板采用復合不銹鋼板（22mmQ345B+3mm1Cr18Ni9），其下料、制作應按材料的使用說明及特性進行。由于復合不銹鋼板塑性差，先按設計要求采用卷板機卷出R14m的弧度，然后鋪裝在弧臺上進行?；∨_設在具有足夠剛性的穩(wěn)固平臺上，其曲率半徑形位誤差≤2mm，且與門葉面板外弧相一致。為防止面板在焊接過程中發(fā)生竄動和扭曲變形，面板外弧面與胎具之間采取定位措施。面板鋪裝完成后，在面板上整體放樣劃線。大樣節(jié)點處的面板對接焊縫先行焊接并打磨平整。

2.構件制造

白蓮崖泄洪中孔弧門主要受力梁格為縱向布置，包括主梁、邊梁、縱向次梁及連接板。這些構件制作質量的好壞直接影響閘門的拼裝及焊接變形量的控制。故這些構件的制作均嚴格按放樣→下料→開坡口→鉆孔（連接板配鉆）→拼裝→焊接→校正的工藝流程進行控制。

（1）放樣：根據構件不同的布置位置，在鋼平臺上分別放出各構件大樣，利用專用木工板裁出大樣模板，并裝訂成整體。模板樣在驗收后應加以保護，防止風化及潮濕帶來的熱脹冷縮變形。按圖選用材料，對材料先行平整，將材料置于平臺上，按模板樣進行放線，經專職質檢員復查無誤后才能下料。

（2）下料：直線型構件采用數控切割機下料；弧形構件采用半自動切割機和等弧度軌道進行下料。下料時，要考慮切割縫余量以及焊接收縮余量，確保下料的精度。

（3）坡口的處理：坡口的處理采用XBJ-12m銑邊機進行操作。操作前應按圖紙設計坡口角度調整刀頭，操作時應注意進刀速度以及銑邊質量，保證坡口的鈍邊及角度均符合圖紙設計要求。

（4）拼裝：構件的拼裝在鋼平臺上進行，嚴格按規(guī)范要求控制形位誤差，拼裝完畢并經檢驗員復檢合格后，即點焊固定，點焊由具有操作證的焊工點焊，其焊接工藝要求不低于正式焊接的工藝要求。

（5）焊接工藝：對接焊縫采用埋弧自動焊接。影響埋弧焊焊縫成形和質量的主要因素有線能量、接頭結構形式、尺寸、施工工藝及焊接材料性能，因此焊接時，根據不同構件板厚尺寸嚴格調節(jié)好焊接電流、電弧電壓，控制好焊接速度等參數。主梁及邊梁腹板與翼板的角焊縫采用平角手工焊接，其中前翼緣板與腹板的焊接要注意焊接高度，控制前翼板的塌邊變形量及前翼緣板與面板的拼裝間隙，其焊腳高度不足部分，待拼裝完成后通過爬坡焊找補。手工焊接時，嚴格按照規(guī)范要求采用合適的工藝參數進行焊接，使焊縫表面波紋均勻，收弧時不留有弧坑。直線焊縫至邊緣，圓環(huán)形焊縫或方形焊縫首尾交接處均飽滿而不出現超高或凹坑。

施焊要求：①X射線或超聲波的檢驗，焊縫內在質量合格；焊縫表面成形美觀，質量達到規(guī)范要求；②接順序：由焊縫中間開始，采取分中倒退逆焊法進行；一面焊完之后，另一面采用碳弧氣刨清根打磨清理后方可施焊；③焊接第二層之前，將第一層的熔渣清除干凈，若有3~4層均如此類推。若發(fā)現前一層焊縫有夾渣、未熔合、裂紋、氣孔等現象，須待前層焊縫修整后，才能施焊第二層焊縫；各層焊道所用每根焊條的起點和終點，都相互錯開40~50mm，并且不在焊縫的相交處。

（6）矯正：單構件焊接完成后，采用型鋼矯正機進行矯正，使翼緣板不斜不塌，居中且垂直于腹板，梁體應留有一定的反變形（撓度），便于與門葉面板焊接時預留一定的焊縫收縮變形量。

（7）配鉆：連接板是兩片門葉螺栓連接的重要構件，縱向布置。先進行門葉預組裝，連接板及單片門葉連接部分車進行重疊配鉆，配鉆后，用螺栓連接，并緊固。連接板表面按相關規(guī)范要求進行表面處理，以滿足高強螺栓的安裝要求。

3.閘門拼裝

面板固定于弧臺，鋪裝結束并放好閘門總裝大樣后進行拼裝。順序為：次縱梁→橫梁→主縱梁1→主梁隔板→主縱梁2→邊梁肋板→邊梁→連接板→吊耳板→主梁后翼緣板（控制主縱梁中心距，完成主縱梁箱體拼裝）。

拼裝控制的重點是主梁中心距和吊耳孔的同軸度，為便于操作，可采用工藝軸模擬拼裝，待焊接完成門葉解體時拆除，工藝軸的加工精度要求與圖紙設計要求一致。拼裝時，連接板與橫梁腹板的拼裝間隙要盡可能小，避免焊接應力給連接螺栓帶來破壞或造成閘門焊接變形。

4.門葉的焊接

（1）焊接方式：采取4人4機分中對稱向四周展開焊接，這樣的焊接只允許變形由四邊向中間自由地收縮而又不產生過大的焊接應力，同時防止不規(guī)則焊接造成閘門面板與弧臺開焊，致使局部焊接變形失控，給矯正帶來難度。

（2）焊接順序：梁格立角焊縫→面板對接焊縫→梁格與面板貼角焊縫→其它焊縫。

5.門葉的矯正

通過合理安排焊接工藝和焊接順序，使門葉變形量得到有效控制，橫向直線度和縱向弧度局部變形采用水火配合機械進行矯正。

6.支臂的制作

支臂采用整體制作工藝，制作流程為：放樣→下料→坡口加工→單構件制造→型鋼矯正機矯正→構件拼裝→焊接，焊接主要采用埋弧焊進行焊接，以保證構件的拼焊質量。在制作過程中，主要控制支臂的扭曲變形及開口尺寸。支臂的長度在焊接前端部留有余量，待門葉試拼裝時割除。

7.支鉸的制作及裝配

鉸座、鉸鏈材料為ZG50Mn2鑄鋼，該材料強度高，鑄造應力大，尤其在氣溫較低的情況下尤為突出，鑄造時如果控制不當容易產生裂紋。鑄造時冒口位置的選擇很重要，應控制均衡凝固并注意保溫，割冒口時應進行預熱。鉸座、鉸鏈及支鉸軸的加工嚴格按工藝卡要求進行，并保證加工精度滿足設計要求。各零部件經加工檢測合格后，進行支鉸總體的裝配。

由于該支鉸單構件尺寸和重量較大，裝配前必須做充分準備工作和制定可靠的裝配方案。首先對關節(jié)軸承進行外觀檢查，逐個測量軸承的外徑和內徑的實際尺寸公差，并與軸承廠的技術資料技術參數進行較對，做好測量記錄并編號。然后把鉸鏈、鉸座的軸孔及鉸軸直徑精加工到配合尺寸公差。

在裝配過程中，利用鋼平臺將鉸鏈垂直放置，將關節(jié)軸承、軸承壓板、軸肩及密封圈，安裝到鉸鏈對應位置，隨后配合鉸座，調整鉸鏈、鉸座、軸肩環(huán)三者之間的同軸度，將鉸軸垂直吊起裝入軸孔中（關節(jié)軸承內徑與鉸鏈軸為過渡配合），固定軸端擋板即可。

8.閘門試拼裝

支臂、支鉸、門葉制造完畢后，在工廠內進行試拼裝，檢查各項尺寸是否符合規(guī)范要求，經業(yè)主、監(jiān)理單位等共同驗收合格后，方可出廠。

試拼裝的具體方法是：在平臺上設計一支鉸固定架，調整支鉸的高程、里程，使左右支鉸在同一軸線上，利用門機配合汽車吊，根據曲率半徑調整門葉的位置并使門葉水平，同時使支鉸軸中心、門葉中心在同一條直線上，實測出鉸座至門葉主梁支臂對應位置的實際長度，調整好支臂長度進行修正，隨后完成支臂前、后端板的拼裝，檢查整體尺寸，完成閘門試拼裝工作以校正門葉及支臂制作情況。

9.閘門解體防腐

試拼裝檢測合格后，做好各部位的標記及主要基準線的標記，焊接好定位塊，將閘門解體，打磨多余的焊疤，隨后將閘門運至防腐場地防腐。

三、經驗與總結

1.要確保閘門的制造質量，必須充分理解閘門設計圖紙的設計意圖、功能及作用，認真做好工藝性分析研究，找出該產品的結構技術特點和制造及加工難點、控制重點。

2.門葉面板弧度的控制、支鉸各部件的制造及安裝質量、轉角止水的制造是本工程的關鍵，閘門為主縱梁結構，頂底橫梁的直線度控制是施工難點之一，應制定針對性的控制措施。

3.潛孔式弧形閘門的設計呈現出多樣化的趨勢，該閘門設計有如下優(yōu)勢：門葉左右螺栓連接，方便運輸及安裝，解決了其他弧門分節(jié)設計的工地對接焊縫問題，加快了閘門安裝速度；閘門面板采用復合不銹鋼板是工程的亮點之一，面板經拋光后，光潔度高，摩擦系數小，滿足閘門運行過程中門楣止水可靠性，減少門丁射水，且面板不需要整體加工，簡化施工難度；采用大型國產關節(jié)軸承減少了投資。目前，白蓮崖泄洪中孔弧門已經過兩個洪水期的考驗，閘門止水效果良好，整個設備運行平穩(wěn)、可靠，制造安裝質量滿足了設計和使用要求■