不銹鋼復(fù)合面板弧門制作及焊接質(zhì)量控制研究分析

柯 靈，蘇 坤

(四川省眉山市彭山縣水電七局有限公司水工機(jī)械廠，四川眉山 620860)

1 工程概況

蘇丹羅賽雷斯項(xiàng)目低位泄水孔弧門由不同厚度、材質(zhì)的復(fù)合型鋼板組合而成，同時(shí)該項(xiàng)目的弧形閘門門葉結(jié)構(gòu)尺寸較大，且面板為不進(jìn)行加工的弧門。該弧門為潛孔式弧形閘門，焊縫密集，集中在面板一側(cè)，分布不對(duì)稱且焊接量大，門葉外弧半徑為14.5m，門葉共分4節(jié)，單套門葉總重約132t，其中門葉結(jié)構(gòu)重40.3t，支臂結(jié)構(gòu)重達(dá)50.4t，兩支鉸總重41.5t?；￠T質(zhì)量要求嚴(yán)格，弧門面板曲率半徑要求在0～3mm。

2 技術(shù)難點(diǎn)分析

a.蘇丹羅賽雷斯項(xiàng)目低位泄水孔弧形閘門門葉結(jié)構(gòu)尺寸較大，且由于弧形面板不需要加工，如何控制門葉結(jié)構(gòu)焊接變形是閘門制造的一大難題。

b.蘇丹羅賽雷斯電站低位泄水孔弧門，共制作3套。單套重量約為134t，其中門葉結(jié)構(gòu)約為40.3t，支臂結(jié)構(gòu)約為50.4t，兩支鉸總重約41.5t，如何進(jìn)行閘門總組裝，也是閘門制造的一大難題。

c.羅塞雷斯低位泄水孔焊縫密集，集中在面板一側(cè)，分布不對(duì)稱且焊接量大。在其他梁系部件與面板焊接時(shí)，由于受熱不均勻，門葉會(huì)產(chǎn)生較大的撓曲變形和應(yīng)力集中，同時(shí)面板會(huì)產(chǎn)生凹凸不平，會(huì)影響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸的準(zhǔn)確性。

3 質(zhì)量保證體系

嚴(yán)格按照工藝文件和制造規(guī)范要求加工制造，如果對(duì)工藝措施有新建議，需經(jīng)工藝人員或總工辦批準(zhǔn)后方能修改。設(shè)備出廠前，按規(guī)程規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行總裝檢驗(yàn)(包括部分組裝檢驗(yàn))。班組在自檢合格的基礎(chǔ)上，向質(zhì)檢遞交設(shè)備出廠驗(yàn)收申請(qǐng)報(bào)告，由質(zhì)檢科報(bào)監(jiān)理工程師審批。由質(zhì)檢準(zhǔn)備出廠驗(yàn)收資料，內(nèi)容至少應(yīng)包括:設(shè)備概況、主要技術(shù)參數(shù)、供貨范圍、檢驗(yàn)依據(jù)、檢測(cè)項(xiàng)目及允差、實(shí)測(cè)值、檢驗(yàn)方法及工具儀器、主要測(cè)量尺寸示意圖、必要的列表及說(shuō)明等。

4 制作工藝要點(diǎn)分析

4.1 門葉結(jié)構(gòu)制作

4.1.1 門葉制作工藝流程

門葉制作工藝流程:部件下料→面板制作、調(diào)弧、放樣→主縱梁組裝、焊接及矯形→次梁制作、矯形→支臂前端連接結(jié)構(gòu)組裝、焊接及矯形→主縱梁、次梁及與面板裝配、焊接→底、側(cè)、頂水封座板裝配、焊接→吊耳裝配→門葉解體→門葉單節(jié)矯形→機(jī)加支臂前端連接結(jié)構(gòu)連接板→配鉆水封螺孔。

4.1.2 門葉質(zhì)量控制要點(diǎn)分析

a.因門葉面板材料的特殊性，無(wú)法最后修邊，在面板加工時(shí)已將面板的焊接及矯形收縮量考慮在內(nèi)，整體尺寸加工到位，所以在門葉放樣及裝配過(guò)程中嚴(yán)格控制門葉整體的各項(xiàng)尺寸，焊接及矯形完成后不再進(jìn)行修邊。

b.面板鋪板時(shí)，與面板接觸采用不銹鋼板連接，并加固牢靠。拼縫焊接完成后應(yīng)對(duì)面板內(nèi)弧的弧度及橫向直線度進(jìn)行仔細(xì)的復(fù)檢，然后進(jìn)行主縱梁及其他零部件的裝配。裝配主縱梁之前必須采用樣板先檢查主縱梁腹板的弧度，對(duì)弧度有偏差的部位進(jìn)行修磨后再進(jìn)行裝配。

c.門葉總裝時(shí)，門葉外弧曲率半徑控制、門葉寬度尺寸及側(cè)邊的直線度、側(cè)水封座板的跨距及平面度、門葉底緣直線度為重點(diǎn)控制尺寸。(為了防止門葉因焊接的變形，在主縱梁后翼外側(cè)橫向增加加固支承)。

4.2 支臂結(jié)構(gòu)制作

4.2.1 支臂制作工藝和流程

支臂制作工藝流程:部件下料→支臂工字梁制作、褲襠板整體制作、連接桿及斜撐桿制作、節(jié)點(diǎn)板制作→支臂整體放樣大組裝→支臂連接板焊接→支臂連接桿及斜撐桿配鉆孔→支臂連接板、后端板劃線→支臂解體→支臂連接板、后端板機(jī)加。

4.2.2 支臂制作注意事項(xiàng)

a.支臂先分別裝配零部件，焊接及矯形完成后進(jìn)行整體大組，大組時(shí)先不裝焊斜撐花架，只將支臂結(jié)構(gòu)2、3的主梁、支臂結(jié)構(gòu)1(褲衩結(jié)構(gòu))及之間的連接板進(jìn)行大組，按圖調(diào)整合格后進(jìn)行連接的板焊接，完成后劃連接板端面機(jī)加線、拆組，并進(jìn)行連接板的矯形及機(jī)加工工作。最后再次整體回組裝配花架及連接板。

b.支臂結(jié)構(gòu)2與支臂結(jié)構(gòu)3之間的花架及連接筋板大組配鉆后不進(jìn)行焊接，但必須在每個(gè)組裝部位用樣沖打上明顯的裝配標(biāo)記及編號(hào)。

c.支臂前端連接板，在弧門整體大組后進(jìn)行支臂前端的修切及前端板的裝配。裝配時(shí)根據(jù)相應(yīng)部位門葉工作面的曲率半徑，留5mm的焊接收縮量及機(jī)加余量，待前端板焊接完成后，再實(shí)測(cè)前端板的機(jī)加余量，并進(jìn)行相應(yīng)的畫線及機(jī)加。

4.3 門葉、支臂、活動(dòng)鉸整體大組裝流程

門葉、支臂、活動(dòng)鉸整體大組裝流程:在整體大組平臺(tái)放出地樣并用樣沖油漆標(biāo)識(shí)→吊裝支臂、鉸座(吊裝前，活動(dòng)鉸與支臂先組裝)按地樣調(diào)整支臂垂直度、兩軸孔同軸度、中心距等，用型鋼加固，再?gòu)?fù)查軸孔同心度→吊裝第一節(jié)門葉調(diào)整兩側(cè)高度及面板的曲率半徑，合格后與支臂用拉板加固→再逐步吊裝第二、三、四節(jié)，并調(diào)整加固→門葉整體驗(yàn)收→焊接支臂前端板→前端板焊縫探傷，劃出支臂前端板機(jī)加線→編號(hào)→拆卸-支臂前端板機(jī)加→門葉、支臂、活動(dòng)鉸二次整體大組裝→驗(yàn)收→拆卸→打磨→防腐→包裝。

5 焊接質(zhì)量控制

本項(xiàng)目弧門門葉面板為Q345B＆022Cr17Ni12Mo2的復(fù)合板，拼板縫內(nèi)弧設(shè)U形坡口，外弧設(shè)V形坡口，焊接時(shí)過(guò)渡層選用A312的焊條，不銹鋼面層焊接采用A022的焊條，焊接時(shí)嚴(yán)格按照廠家提供的焊接工藝進(jìn)行施焊。其他部件材料為Q345。每節(jié)門葉面板由3件復(fù)合鋼板拼焊而成。門葉主梁為縱T形梁，橫梁為分段的L形次梁，焊接后產(chǎn)生變形較大，面板兩側(cè)容易向上彎，橫向直線度就達(dá)不到要求。

因面板為復(fù)合板，火焰矯形容易造成面板分層。盡量在門葉焊接完成后不使用火焰對(duì)復(fù)合板進(jìn)行矯形，但焊接變形不宜控制，從而門葉弧度變得更加不可控制。一旦超標(biāo)，焊后矯形處理將耗費(fèi)大量的人力物力以及設(shè)備材料等，并且嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。

因面板材料的特殊性，無(wú)法最后修邊，在面板刨邊時(shí)將面板的焊接等收縮量考慮在內(nèi)，整體尺寸加工到位。為達(dá)到弧度控制滿足設(shè)計(jì)要求，提出在面板調(diào)弧工序，控制好直線度和高差，面板兩側(cè)點(diǎn)比中間點(diǎn)低2～3mm;門葉整體對(duì)裝時(shí)控制好對(duì)裝間隙;門葉焊接時(shí)提高一次合格率。

5.1 焊接工藝評(píng)定及焊接注意事項(xiàng)

根據(jù)現(xiàn)行DL/T 5018—2004規(guī)范，并結(jié)合蘇丹羅賽雷斯項(xiàng)目工程對(duì)質(zhì)量的要求，制定了弧形閘門焊接規(guī)范(焊接施工質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn))?；⌒伍l門焊接前進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定。結(jié)合評(píng)定結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。要求在施工中必須遵循:

a.門葉裝配檢查合格后開焊，焊接時(shí)按照先焊立焊，后焊仰焊，再焊平焊，并從中間向四周延伸的原則進(jìn)行施焊，即先焊水平L次梁的立焊(兩側(cè)縱主梁外側(cè)L次梁的立焊先不焊接)、支臂延伸板翼板與縱主梁腹板的立焊，再焊主縱梁與面板的焊縫，最后焊L形次梁與面板的角焊縫。焊接過(guò)程中采取分段退焊、小電流、多層多道焊。

b.閘門整體焊接時(shí)，施焊人員應(yīng)該配備焊接技能較強(qiáng)的焊工進(jìn)行焊接操作，并且焊接人員應(yīng)盡量保持固定。焊接過(guò)程中焊接技術(shù)人員及質(zhì)檢人員應(yīng)及時(shí)跟蹤檢查其焊接質(zhì)量，對(duì)焊接質(zhì)量較強(qiáng)的焊工及時(shí)進(jìn)行調(diào)整或更換。

c.吊耳板與門葉焊接，吊耳板與面板相接的焊縫要求焊透，焊接時(shí)主要控制其焊接變形及保證焊縫內(nèi)部質(zhì)量，焊接過(guò)程中控制其層間溫度不得高于100℃，多層多道焊層間應(yīng)仔細(xì)清理，盡量保證一次探傷合格。

5.2 橫向收縮變形及角變形

工件在熱源作用下產(chǎn)生垂直于焊縫方向的橫向膨脹，此膨脹受外部拘束而被限制即產(chǎn)生橫向壓縮塑性變形，在冷卻過(guò)程中不能完全恢復(fù)而產(chǎn)生橫向收縮變形。低合金鋼對(duì)接、角焊縫每1m引起的橫向收縮量為ΔB。板厚12mm時(shí)，通過(guò)計(jì)算沿高度方向每條焊縫平均收縮2.0mm，因弧門鋼板厚及結(jié)構(gòu)的變化，在實(shí)際施工中焊縫收縮量為1.8～2.3mm。高度方向總收縮量為19～23mm。

由于焊縫橫向收縮力大小及力到門體慣性中心距的不同，產(chǎn)生的力偶大小不同。這勢(shì)必使門體向上游或下游方向傾倒。通過(guò)理論公式初步計(jì)算出向上游傾斜率為0.3～0.5mm/m。

6 展望及建議

由于蘇丹羅賽雷斯項(xiàng)目弧門面板曲率半徑要求在0～3mm，非機(jī)械加工的面板，再加上面板材質(zhì)特殊，焊接變形難以控制。為了保證焊接質(zhì)量，開焊前做了工藝焊接試驗(yàn)，嚴(yán)格按照規(guī)范要求采集焊接參數(shù)，通過(guò)射線檢測(cè)結(jié)果調(diào)整參數(shù)，選取最合適的焊接數(shù)據(jù)，調(diào)整控制側(cè)面水封及座板的間距、支臂四條腿位置等，為通過(guò)驗(yàn)收打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

a.在蘇丹羅賽雷斯項(xiàng)目弧門的制造加工過(guò)程中，秉著對(duì)工程“高質(zhì)量、高效率、高品質(zhì)”的作風(fēng)，完善落實(shí)質(zhì)量責(zé)任制與各項(xiàng)管理制度，努力完善施工工藝，用科學(xué)的工藝來(lái)保證質(zhì)量。

b.羅賽雷斯項(xiàng)目業(yè)主、監(jiān)理及執(zhí)行工程師對(duì)閘門各部位尺寸進(jìn)行反復(fù)的檢驗(yàn)，對(duì)閘門的焊縫進(jìn)行了細(xì)致的檢查。結(jié)果表明，所有測(cè)量尺寸均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，所有焊縫質(zhì)量均達(dá)到了驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

c.實(shí)踐證明，上述技術(shù)措施是行之有效的，蘇丹羅賽雷斯項(xiàng)目弧門制造加工工藝與控制的成功經(jīng)驗(yàn)值得在同行業(yè)借鑒與推廣。■

1 張民.大型弧形閘門制造焊接技術(shù)及質(zhì)量控制［J］.水利水電施工，2009(1):12-15.

2 張建中，方子帆，李麗麗.黃河康揚(yáng)水電工程弧形閘門焊接工藝淺析［J］.水工機(jī)械技術(shù)，2010(2):24-26.

3 DL/T 5018—2004水電水利工程鋼閘門制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范［S］.