積石峽電站中孔泄洪洞工作門葉制造工藝

榮 珍

(中國水電十局安裝分局金屬結(jié)構(gòu)廠，四川汶川，623003)

1 門葉結(jié)構(gòu)特點

積石峽中孔泄洪洞工作門屬平面定輪結(jié)構(gòu)，門葉結(jié)構(gòu)尺寸10.76m×11.8m×2.71m(長×寬×高)，自重181.959t，設計水頭52m。面板及水封布置在上游側(cè)，主支承布置在下游側(cè)，設有反向滑塊及側(cè)輪。閘門主材為Q345C，共設4個制造運輸單元。底下1節(jié)為等截面箱形梁，中間2節(jié)各設2個主梁，為工字梁等截面，頂節(jié)門葉為變截面箱形梁。主支承為滾動軸承定輪，主輪材料為ZG35CrMo，熱處理后踏面硬度HB330～350，10mm～15mm處硬度HB290～310，16mm～20mm處硬度不小于HB250。主輪軸承為調(diào)心磙子軸承，運行工況為:潛孔式閘門，單吊點動水啟閉，淤沙高度為全門高。閘門特性參數(shù)見表1，結(jié)構(gòu)形式見圖1。

表1 閘門特性參數(shù)

圖1 積石峽中孔泄洪洞工作門結(jié)構(gòu)示意(單位:mm)

在水工金屬結(jié)構(gòu)制作中，平面臺車式定輪閘門是比較常見的產(chǎn)品。但積石峽中孔泄洪洞工作門葉相對于常規(guī)定輪門有如下幾個特點:(1)結(jié)構(gòu)尺寸大(10.76m×11.8m×2.71m)，門葉自重達181.959t;(2)設計水頭高(設計水頭52m)，屬高水頭閘門;(3)反向止水對閘門厚度成型尺寸要求高;(4)定輪組支承(16套輪系)對定輪踏面平面度要求高。

2 存在的主要工藝難題

根據(jù)本閘門門葉結(jié)構(gòu)特點及運行工況的要求，可看出要高質(zhì)量地完成該閘門的生產(chǎn)，需解決如下幾個工藝難題:

(1)閘門支承為16套φ1000mm滾動定輪輪系，必須確保定輪踏面的平面度，也就是說必須保證該閘門定輪輪系基座面(下游基準面)。

(2)閘門止水為上游側(cè)止水，閘門支承在下游側(cè)，要求在保證止水座面平面度的基礎上(上游基準面)，必須確保上下兩個基準面間的平行度。

(3)上游止水(反向止水)特性要求，上下游兩個基準面間距即門葉厚度公差必須符合設計要求。

通常對此類型閘門，因其嚴格的幾何尺寸要求，在組裝時找準其中一個基準面，另一基準面需通過刨削機加工方式實現(xiàn)形位公差要求?？杀鹃l門因其結(jié)構(gòu)幾何尺寸大，重量大，機加工難以實現(xiàn)。為此，我們通過合理的工藝措施，即門葉結(jié)構(gòu)焊接變形控制措施，最終高質(zhì)量地完成了本產(chǎn)品的制造。

3 主要技術(shù)工藝措施

3.1 概述

依據(jù)門葉結(jié)構(gòu)特點，門葉面板側(cè)及后翼緣均有裝配要求，即各相對部位幾何尺寸、平面度、平行度均有要求。為此將組裝工藝由常規(guī)的單節(jié)拼裝改為整體放樣拼裝，頂、底節(jié)中的箱形主梁與門葉拼裝完后整體焊接。為增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定減少變形，對容易產(chǎn)生變形的部位進行工藝性打底焊接，并在門葉整體施焊時嚴格控制焊工人數(shù)、焊接位置、步驟及焊接參數(shù)。在節(jié)間位置錯位錯臺的處理上，采用預留焊接的方式，方便了大組裝時的調(diào)整。對臺車式定輪工作面、水封平面度及與定輪軸承座面的相對高，以及門葉厚度尺寸公差等方面的要求，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將原設計20mm厚的支承軸承座面分解為12mm+8mm結(jié)構(gòu)，即增設8mm的門葉厚度調(diào)整板，實現(xiàn)即控制平面度又保證門葉厚度的精度要求。為達到設計要求軸承座面到止水面距離不超過±0.5mm，在工藝上采取了二次大組裝的方法來滿足設計工況。

3.2 工藝流程

板料下料→組焊校正→構(gòu)件防腐→各節(jié)門體組焊→一次整體大組裝(迎水面朝上)→調(diào)節(jié)各節(jié)門體，嚴格控制各安裝縫錯牙，定位點焊各安裝縫相接處的構(gòu)件→調(diào)整合格后，組焊水封座板、反向滑塊裝置→根據(jù)設計尺寸返線到背水面δ=12mm的軸承座面→各節(jié)安裝縫處焊定位板，加固→各節(jié)門體解體→二次整體大組裝→復查各安裝縫處準線δ=12mm軸承座面整體調(diào)整組焊→整體調(diào)整組焊δ=8mm軸承座面→安裝及調(diào)整定輪，嚴格按規(guī)范及設計圖紙要求檢測定輪及側(cè)輪裝置尺寸，定位點焊定輪抗剪板→驗收合格后，門體解體，定位板割除、打磨→出廠。

3.3 工藝措施及主要要求

本閘門相對幾何位置公差要求極高，水封座面平面度不大于1.5mm，定輪踏面平面度不大于1mm，水封座面與定輪軸承面距離不大于0.5mm。制作工藝措施要求各節(jié)門體主輪軸承座面20×250×2900/2600改為兩件組合，即一件12×250×2600/2900的墊板與兩件 －8×250×1300的調(diào)整板組合，并對門體結(jié)構(gòu)中的所有定輪抗剪板工作面進行機械加工。具體措施如下:

(1)單件組焊完畢后，應進行校正，校正后單件必須滿足DL/T5018－2004有關規(guī)范要求，方可進行大組裝。

(2)單節(jié)組裝放樣時，應嚴格按照圖紙設計尺寸加預留焊接收縮余量(0.7/1000)。組裝前應檢查軌道，并控制軌道高差小于1mm。

(3)頂節(jié)門葉的吊耳組應組裝成體整體鏜孔后與門體組裝，焊接時穿假軸施焊。

(4)內(nèi)外邊梁、筋板與后翼緣先組焊成體后校正，校正后單件必須滿足DL/T5018－2004有關規(guī)范要求，方可進行大組裝。校正后的后翼緣整體平面的不平度不超過2mm。

(5)由于各節(jié)門體設計有多處為封閉結(jié)構(gòu)，故注意邊梁組合件、面板上的邊梁內(nèi)腔位置，頂、底主梁內(nèi)腔、主梁后翼緣內(nèi)面及后翼緣補強板內(nèi)面應先防腐，才能組焊。

(6)頂節(jié)、底節(jié)門葉整體組裝時，嚴格控制門體的扭曲及左右雙邊梁后翼緣的高程，兩邊的邊梁后翼緣平面度相差不超過2mm。由于頂、底節(jié)門葉結(jié)構(gòu)中的主梁為雙邊梁結(jié)構(gòu)，為防止主梁箱型構(gòu)件焊后的扭曲變形，考慮主梁雙腹板、前后翼緣同時與門體其他構(gòu)件組裝。在工藝上主梁后翼緣與主梁雙腹板在結(jié)構(gòu)上形成一封閉結(jié)構(gòu)。中節(jié)門葉組裝前，先將其主梁后翼緣按設計圖紙要求進行刨削，再將其主梁組焊成體。單件校正符合規(guī)范要求后，再進行與門體的組裝。

(7)為保證各單節(jié)門體安裝縫處各構(gòu)件的錯牙符合設計圖紙及規(guī)范要求，考慮頂節(jié)門葉下端各下隔梁及邊梁下端均按設計要求施焊，與之相連的第二段門葉的上隔梁僅與門體進行點焊。左右雙邊梁處上端的邊梁中間筋板件暫不組裝，雙邊梁腹板同樣與面板及邊梁后翼緣留300mm左右不焊。與之順推，與之相連的第三段門葉和第四段門葉的上段邊梁及各隔板，暫不與門體焊接，同樣底節(jié)門葉中的邊梁最上端中間筋板也暫不組裝;等門體整體大組裝各構(gòu)件錯牙調(diào)整達到要求后，再與門體焊接。第二節(jié)、第三節(jié)、第四節(jié)的邊梁中間筋板最后與邊梁組焊。

(8)施焊前應檢查門體組裝后尺寸，在符合DL/T5018－2004中有關要求后，按規(guī)范再對厚度超過30mm的必須進行預熱后方可施焊。焊后按規(guī)范要求，對厚度超過36mm的鋼板進行焊后熱消氫處理。

(9)門體調(diào)整合格檢測后進行施焊，施焊順序為:面板的拼接縫打底焊→主梁后翼緣接縫、邊梁后翼緣與主梁后翼緣接縫的打底焊→主梁腔內(nèi)隔板與主梁腹板角焊→主梁腹板與邊梁腹板角焊打底→主梁腹板與主梁前后翼緣平角焊縫→門體整體測量調(diào)整→隔板、邊梁與大梁腹板角焊縫→隔板與面板的角焊縫→主梁前翼緣與面板的貼角縫→次梁橫角焊→邊梁與主梁后翼緣對接縫。注意對于主梁前翼緣與面板的貼角縫、頂、底節(jié)門葉后翼緣與雙腹板角焊縫，采用交錯對稱分段退步焊。采用偶數(shù)焊工對稱施焊，施焊時盡量采取相同的焊接電流和焊接速度。

(10)為保證節(jié)間面板的平直度，采取一節(jié)門葉底部的次梁板調(diào)平后焊接。依此為基準，在整體大組裝中調(diào)整組焊與之相連的下節(jié)門葉。焊后在閘門自由狀態(tài)下檢查門體尺寸。

(11)單件翻面進行面板不平度的處理及切割，注意劃線時嚴格按照圖紙要求進行面板寬度方向上的5mm位置的切割。

(12)為保證整個門體水封座面的不平度及與主輪軸承面的相對高差、主輪的平面度，在工藝上采取二次大組裝。第一次大組裝時，面板面(迎水面)朝上，整體調(diào)整各節(jié)門葉面板處的安裝縫間隙(邊梁處為 0，中間處 10mm)及錯牙(2mm)。并同時嚴格檢測安裝縫連接處的邊梁及隔梁腹板及后翼緣錯位(2mm)，調(diào)整檢測合格后，可點焊固定安裝縫處邊梁、隔梁與面板及后翼緣相接的焊縫，點焊長度約200mm。整體調(diào)整合格后，檢測面板不平度(每米范圍不超過3mm)及反向滑塊座面不平度，達到規(guī)范要求后進行頂、側(cè)水封座板、節(jié)間止水座板的組裝及調(diào)整。嚴格控制頂、側(cè)水封座板、節(jié)間止水座板的整體不平度2mm，并嚴格控制止水座板與反向滑塊之間的高差(80mm)及其平行度、傾斜度、跨距。

(13)為控制整體門葉四個側(cè)輪的跨距及每側(cè)的直線度，要求下節(jié)門葉下端的內(nèi)外邊梁在底節(jié)門葉組焊時暫不焊接，門體整體組裝時，以頂節(jié)門葉上端邊梁距來定位底節(jié)下端內(nèi)外邊梁距，并嚴格控制側(cè)輪座面的不平度。

(14)所有幾何尺寸及外觀檢測合格后，根據(jù)設計尺寸水封座面到主輪軸承座面(δ=12mm)高差，返線到背水面的軸承座面上，最后組焊定位板。

(15)門體解體。

(16)門體進行第二次整體大組裝，此時組裝狀態(tài)是梁格朝上(背水面朝上)。

(17)各節(jié)門體重新到位調(diào)整好后，復測安裝縫處面板、隔梁、邊梁、后翼緣的錯位情況及門體的幾何尺寸。根據(jù)第一次大組裝返的基準線，整體組焊δ=12mm的軸承座面，嚴格控制整體門體軸承座面的平面度1.5mm。組焊完畢后，最后整體調(diào)整組裝δ=8mm的軸承座面，整體嚴格保證總的軸承座面到止水面距離偏差不大于±0.5mm。組裝主輪裝置時，嚴格控制 16個φ1000mm主輪裝置的高差、跨距、平行度及傾斜度。調(diào)整定位后，將已加工好后的各定輪抗剪板貼緊于定輪裝置端面，點焊在軸承面上。

4 結(jié)語

積石峽電站中孔泄洪洞工作門葉制造是一個探索、求真的過程，在施工中通過采取嚴格的科學質(zhì)量管理及工藝技術(shù)管理措施，使閘門整個制作過程處于受控狀態(tài)，確保了產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)設計、監(jiān)理、安裝單位的檢查驗收，認為閘門制作工藝措施正確，質(zhì)量控制完善，使閘門的各項性能指標均達到了GB/T5018－2004規(guī)范和招標文件的技術(shù)設計要求。