大型表孔弧形閘門門葉制造變形控制

范乾

摘要：近幾年來大型水電站建設(shè)高潮連續(xù)，其閘門門葉外形尺寸不斷擴大，分節(jié)增多，而且表孔弧門厚度較薄，其制作變形控制成為大形弧形閘門門葉制作的難點之一，本文從制作工藝流程著手，分析其控制制作變形的關(guān)鍵工序及其控制細節(jié)。

關(guān)鍵詞：大型 弧形閘門 門葉 制作 變形控制

中圖分類號：[TM622]文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

引言

隨著“西電東送”的進一步深入，貴州區(qū)域內(nèi)建設(shè)了一批大電站，高壩建造水電站，因過流需要和結(jié)構(gòu)原因，很多電站設(shè)計中采用了大尺寸表面弧門，如北盤江董箐水電站表孔弧門、烏江構(gòu)皮灘水電站表孔弧門、烏江思林水電站表孔弧門、大花水水電站表孔弧門。因表孔大型弧門存在門體外形尺寸大，分節(jié)多，門體厚度較薄，在制作過程中變形控制難度大。

近幾年貴州區(qū)域大型表孔弧門參數(shù)表

弧形閘門門葉制作工藝流程

弧形閘門門葉制造工藝流程圖

變形控制關(guān)鍵工序

弧門制作變形控制關(guān)鍵工序是下料、零部件預(yù)制、拼裝和焊接。

下料

門葉結(jié)構(gòu)制作下料是關(guān)鍵的一道的工序，直接影響弧門的整體外形尺寸和收縮變形情況。下料前先根據(jù)弧門焊縫分布情況進行收縮計算，綜合以往制造經(jīng)驗，確定門葉制造工藝曲率半徑，然后采用計算機進行放大樣。

放出門葉結(jié)構(gòu)大樣后，按大樣繪制各零部件制作的下料工藝圖，對異形件進行編程并輸入數(shù)控切割機進行下料，對方塊形部件采用半自動切割機進行切割。

下料時應(yīng)根據(jù)工藝要求進行切割。首先按規(guī)范要求對鋼板進行裁邊，并對不平度超標(biāo)的鋼板用鋼板調(diào)平機進行調(diào)平處理。同一縱面上的門葉隔板、縱梁腹板視結(jié)構(gòu)形式盡量取半切割整體下料，即下料時先將需要完全切斷的板材僅切割一部分，一般在錯開焊縫的條件下，切割線兩端各預(yù)留50~100mm不切割，以減少由于熱切割造成的變形，影響弧門拼裝質(zhì)量。對一些尺寸較大的構(gòu)件，如門葉面板，因受材料尺寸限制需接長或鑲寬時，采用二次下料的方法控制外形尺寸，減小第一次拼接焊接變形誤差。

弧形門制作時縱向腹板下料尺寸是控制變形的關(guān)鍵，采料后采用樣板比對檢核。

零部件預(yù)制

采用零部件預(yù)制藝措施可以有效控制各部件的外形尺寸，并且避免散件直接整拼時焊接量過大而導(dǎo)致焊接變形控制難度增大。

門葉主橫梁、T形梁隔板下料后進行單元預(yù)制，預(yù)制件拼裝成整體后焊接。

根據(jù)單元件焊縫的特點，外部長焊縫主要采船形位埋弧焊焊接，隔板主要采用CO2氣體保護焊焊接，內(nèi)部長焊縫主要采用手工電弧焊焊接。

焊接完畢，檢查焊接收縮及變形情況，對超出規(guī)范要求的制作件，一般采用機械校正，特殊部位才用火焰校正。進行火工校正時，由技術(shù)部門制定校正方案，操作者嚴(yán)格按方案執(zhí)行，火工校正溫度不得超過600℃。

門葉整體拼裝

1）弧門拼裝質(zhì)量的基礎(chǔ)條件是拼裝胎模制作質(zhì)量，主要體現(xiàn)在胎模的外形尺寸和胎模自身的強度與剛度。

由制作工藝規(guī)劃可知，門葉拼裝前應(yīng)先制作一個與弧門工藝曲率半徑要求相符的弧形胎模（考慮焊接收縮，制作時根據(jù)弧門結(jié)構(gòu)和焊縫分布情況確定一工藝半徑），各分節(jié)門葉結(jié)構(gòu)于胎模上拼裝為一整體后在胎模上進行焊接，胎模制造時各支撐點與門葉框架結(jié)構(gòu)必須對應(yīng)，且胎模需具有足夠的剛度用以抵抗部件吊裝時產(chǎn)生的沖擊。

胎模結(jié)構(gòu)采用矩陣式型鋼立柱網(wǎng)（各型鋼之間用角鋼進行連接加固），并用與弧門工藝曲率半徑相適應(yīng)的弧形鋼板直接支撐門葉面板。各支撐點與弧門隔板、橫、縱梁位置相對應(yīng)。胎?；《茸畹忘c按檢測與操作方便要求而定，取最低點至平臺基準(zhǔn)高度不小于800mm，以便施工人員、質(zhì)檢人員進行施工和檢測。

在胎模四個角位置設(shè)檢測標(biāo)高，以便進行弧門拼裝、焊接過程全面監(jiān)測。同時在胎模設(shè)計時綜合考慮門葉縱、橫向中心線及分節(jié)位置線。

2）門葉整體拼裝

門葉結(jié)構(gòu)采用整體拼裝制作工藝制作，這樣相對分節(jié)制作工藝易于控制門葉整體幾何尺寸。門葉部件單元制作完成并經(jīng)檢驗合格后進行門葉結(jié)構(gòu)整體拼裝。門葉結(jié)構(gòu)整體制作工藝即在胎模上將各分節(jié)門葉以部件的形式直接在胎膜上組拼成為整扇門葉后進行焊接，對連續(xù)的隔板等構(gòu)件采用半切割狀態(tài)進行組拼，焊接完成后在拆分時再進行完全切割，將門葉分解。

拼裝步驟如下所示：

①按施工圖的要求于胎模上設(shè)制縱橫中心線及分節(jié)位置線，并以此為基準(zhǔn)鋪設(shè)面板，面板鋪設(shè)完畢，整體放樣劃出各橫、次梁及隔板等拼裝位置線作為下一步拼裝工序的依據(jù)。

②依據(jù)面板上繪制的拼裝線，先吊裝拼裝水平次梁。

③吊裝拼裝門葉中間位置上的主橫梁，并以中間主橫梁為中心向四周擴散拼裝。

門葉整體拼裝時采用頂緊裝配，如隔板、主、次梁與面板之間，隔板腹板、翼緣板與橫梁腹板、翼緣板之間等連接部位。

焊接

門葉焊接工作在拼裝胎模上進行，并嚴(yán)格按焊接工藝指導(dǎo)書操作。

門葉正式焊接前，將對所有焊縫進行一次工藝性的加固焊（加固焊每段長度60mm，間距300mm），以防止門葉正式施焊時由于焊接應(yīng)力而將定位焊拉開，從而產(chǎn)生操作失誤焊接變形。

焊接時控制變形的關(guān)鍵是焊接熱輸入和焊接順序。

焊接熱輸入控制是優(yōu)先采用變形小的手工電弧焊和CO2氣體保護焊。門葉結(jié)構(gòu)主要材料材質(zhì)一般為Q345C，其焊接材料根據(jù)施工圖、招標(biāo)文件及焊接規(guī)范要求選用，焊條型號及焊絲代號及其焊劑符合施工圖樣規(guī)定，當(dāng)施工圖樣沒有規(guī)定時，選用與母材強度相適應(yīng)的焊接材料。

焊接總體順序為：立焊→仰焊→平焊（平角焊）。焊接由6-8名偶數(shù)焊工組成，從中部開始、對稱分布施焊。

焊接過程中，嚴(yán)格控制焊接施工規(guī)范，并由質(zhì)檢人員負責(zé)監(jiān)控變形情況，作好記錄，根據(jù)實際情況，及時調(diào)整焊接順序，確保變形最小。

結(jié)語

大型表孔弧形閘門因其結(jié)構(gòu)特點，在以往制作過程中因變形大導(dǎo)致安裝時拼裝難度增大，特別頂節(jié)門葉因門體厚度更小，主梁偏少等結(jié)構(gòu)原因，其變形控制更明顯。

針對大型表孔弧門的結(jié)構(gòu)特點，重點控制制作過程中的下料、胎模制作、拼裝和焊接等工序工作，能有效地控制其制作變形，這樣，不僅減少的安裝拼裝難度，而且提高了制作的整體質(zhì)量。在貴州省內(nèi)多個電站工程采用此方法控制門葉變形制作的大型弧形閘門現(xiàn)均已投入運行，運行良好。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。