黃山市新安江鋼壩閘拐臂及底軸管制造工藝淺析

1、黃山市新安江鋼壩閘拐臂及底軸管制造工藝淺析施工技術(shù)i可南水利與南水北謂2o1o年第8朝黃山市新安江鋼壩閘拐臂及底軸管制造工藝淺析口王孝虎(安徽水利開發(fā)股份有限公司).摘要:黃山市新安江鋼壩閘是目前國(guó)內(nèi)總跨度最大的鋼壩閘,全長(zhǎng)257m.鋼壩閘是近年來逐漸興起的一種新型景觀閘,因其具有閘門開度無級(jí)可調(diào),操作方便,啟閉靈活,方便調(diào)度,工作隱蔽利于形成城市景觀的特點(diǎn),越來越多地用于城市水利樞紐.鋼壩閘閘門為平板鋼閘門,采用底軸驅(qū)動(dòng)的方式,閘門在開啟狀態(tài)時(shí),水流流過閘門可形成瀑布景觀.鋼壩閘的拐臂和底軸管作為主要受力構(gòu)件之一,結(jié)構(gòu),工藝復(fù)雜,是制造過程中的技術(shù)難點(diǎn).文章著重介紹拐臂和底軸管的制造工藝,以

2、期對(duì)同行有所幫助.關(guān)鍵詞:拐臂;底軸管;焊接;消應(yīng)處理;機(jī)/-r一,概述黃山市新安江中心城區(qū)延伸段湖邊樞紐工程位于中心城區(qū)已建翻板壩下游2.85km處,樞紐由鋼壩閘,垂直升降式船閘及水電站三部分組成,其中鋼壩閘全長(zhǎng)257m,共五孔,每孔凈寬42.6m,活動(dòng)壩高4.8m.鋼壩閘采用底軸驅(qū)動(dòng)的方式,主要由門葉,底軸管,拐臂,軸承及軸承座等組成,閘門葉外形尺寸為寬42.6m×高4.8m,拐臂外形尺寸為長(zhǎng)5200mm×寬2200mm×高740mm,底軸管分4節(jié),由直徑為1500mm的兩根短管和兩根長(zhǎng)管組成,長(zhǎng)度分別為980mm和22890mm.門葉通過焊接到閘門縱粱上的底

3、弧板和底軸管螺栓緊固連接,底軸管兩端和拐臂連接,通過液壓?jiǎn)㈤]機(jī)工作帶動(dòng)拐臂運(yùn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)底軸管旋轉(zhuǎn)從而完成閘門的啟閉工作.二,拐臂制造工藝(一)工藝分析拐臂為箱形結(jié)構(gòu),由面板,腹板,鎖定吊耳板組成,總重量20.13t,拐臂通過吊軸與液壓?jiǎn)㈤]機(jī)連接,通過連接軸,法蘭和高強(qiáng)螺栓與底軸管連接.面板與法蘭的螺栓孑L配鉆鉸制內(nèi)鑲抗剪套,面板和法蘭接觸面需精加工,面板厚度為120ram.腹板厚度為lOOmm,由一個(gè)圓弧段和兩個(gè)直線段組成,其對(duì)接焊縫及其與面板之間的角焊縫均為一類焊縫.因設(shè)計(jì)圖紙對(duì)拐臂上下軸孔同心度,同軸度,中心距以及26個(gè)鉸制螺栓孔尺寸偏差都有較高的要求,同時(shí)厚板焊接存在較大的內(nèi)應(yīng)力和變形,故

4、如何控體的防滲能力,并通過漿,壩互壓和濕陷,使壩體內(nèi)部應(yīng)力重分布,提高壩體變形穩(wěn)定性.針對(duì)裂縫的局部灌漿,在可能有裂縫的區(qū)域,均勻布置類似固結(jié)灌漿的灌漿孔群;對(duì)壩體施工質(zhì)量差,甚至出現(xiàn)上下游貫通的橫縫,一般應(yīng)做全線的劈裂灌漿.我國(guó)廣東省寶樹水庫(kù)用土壩壩體劈裂灌漿技術(shù)來解決土壩壩體的滲漏問題,結(jié)果表明灌漿后壩體密實(shí)度得到提高,滲透系數(shù)降低,背水坡濕潤(rùn)滲水現(xiàn)象消失,壩體滲流量減少70%以上.(二)高壓噴射灌漿高壓噴射灌漿防滲是借助于高壓水泥漿液射流沖擊破壞被灌地層結(jié)構(gòu),使水泥漿液與被灌地層土顆粒摻混形成壁狀固結(jié)體而起防滲作用;根據(jù)被灌地層結(jié)構(gòu)和防滲要求不同,又分為定噴,擺噴和旋噴.高壓噴射灌漿防滲

5、處理的優(yōu)點(diǎn)是:設(shè)備簡(jiǎn)單,1=效高,料源廣,造價(jià)低,搭接防滲的效果好;缺點(diǎn)是:機(jī)具較多,對(duì)地質(zhì)條件的要求較高,控制不好易在較大(>200mm)顆粒背后形成漏噴現(xiàn)象.(三)卵礫石層防滲帷幕灌漿卵礫石層的防滲帷幕灌漿大都采用粘土為主加少量水泥的混合漿液進(jìn)行灌注,不同于在巖石中灌漿.卵礫石層灌漿難以形成自立的鉆孔,故常采用套閥式灌漿,循環(huán)鉆灌閥跟管灌漿,打管灌漿的方法.因受地質(zhì)條件的限制,不能有效控制漿液的填充范圍,為達(dá)到相對(duì)較高的防滲標(biāo)準(zhǔn),常需采用3排以上的灌漿孔.隨著防滲墻技術(shù)的日益成熟,目前較少采用該方法,僅用于當(dāng)灌漿作為補(bǔ)充勘探的手段,同時(shí)兼顧防滲處理,可以更加準(zhǔn)確地針對(duì)發(fā)生集中

6、滲漏的地點(diǎn),通過少量的灌漿使問題得到解決的情況下.(四)控制性灌漿控制性灌漿是近年來提出的一種改進(jìn)型灌漿工藝,是對(duì)傳統(tǒng)灌漿_T藝的一種調(diào)整,通過控制漿液壓力和流量,在保證質(zhì)量和效果的前提下,有效控制灌漿范圍,節(jié)約時(shí)問和投資.收稿日期:201O-0613<河南水利與南水北調(diào)2o10年第8期施工技術(shù)制以上關(guān)鍵是幾何尺寸的精度.如何保證焊接質(zhì)量和控制焊接變形是制造過程中的關(guān)鍵,如果采用整體拼裝焊接后再用大型銑床,鏜床加工的工藝,勢(shì)必大大增加成本,本方案結(jié)合公司自有設(shè)備情況,制定相應(yīng)的工藝流程.(二)工藝流程1.施工準(zhǔn)備本構(gòu)件存在厚板焊接,焊接坡口按水利水電鋼閘門制造及安裝規(guī)范(DL,T

7、S0182oo4)的要求制作,焊接前進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn),制定焊接工藝指導(dǎo)書.2.材料設(shè)計(jì)腹板為8100mm鋼板,面板為8120mm鋼板.為了保證面板和法蘭貼緊,下料后對(duì)拐臂面板用銑床進(jìn)行加工,保證面板不平度<1.0mm,考慮加工余量,面板選用8125mm鋼板.為減少材料損耗,所有材料經(jīng)計(jì)算后,均采用定長(zhǎng)定寬鋼板.3.腹板制作腹板分三節(jié)制造,兩段直節(jié),一段弧形.為了保證焊接質(zhì)量,便于層層焊道間焊渣,灰塵等雜物的清理,保證焊工一次性施焊成功,采用xBJ一12m銑邊機(jī)制造工藝坡口,坡口形式為雙邊J形,留2ram鈍邊;弧段采用卷板機(jī)卷制并進(jìn)行熱處理.4.面板和法蘭制作采用數(shù)控切割機(jī)下料

8、,將面板和法蘭先單面進(jìn)行機(jī)加工,使其不平度誤差<lmm,然后點(diǎn)焊在一起采用數(shù)控鏜床對(duì)上下軸孔和26個(gè)螺栓孔(1lOmm)進(jìn)行配鏜加工,這樣既保證了上下軸孔中心距也保證了同心度.內(nèi)圈10個(gè)螺栓孔加工尺寸偏差為035m,外圈16個(gè)螺栓孔加工尺寸偏差為0+35II1,鏜孔后采用鉸刀配鉸到設(shè)計(jì)偏差,以滿足和抗剪套(材質(zhì)40Cr)的裝配要求.5.焊接方法為了保證上下面板軸孔同軸度,采用焊接時(shí)裝配假軸的工藝措施保證;并且在上下面板之間搭設(shè)臨時(shí)支撐,溫度低于OC時(shí),焊前對(duì)焊縫周圍進(jìn)行預(yù)熱,焊后在箱體內(nèi)放置4臺(tái)小太陽(yáng)電熱扇保溫.采用CO:氣體保護(hù)焊,焊接時(shí)先段焊組拼,然后從弧段腹板中間向兩邊直段

9、腹板施焊,焊接過程中仔細(xì)清理層層焊道內(nèi)的焊渣,并注意觀察有無氣孔,如有,及時(shí)用碳弧氣刨處理,嚴(yán)格按焊接工藝指導(dǎo)書要求進(jìn)行焊接.6.減少焊接殘余應(yīng)力工藝由于構(gòu)件采用超厚板焊接且是箱形結(jié)構(gòu),在焊接過程中工件內(nèi)部產(chǎn)生大量殘余應(yīng)力,對(duì)工件長(zhǎng)期穩(wěn)定性造成不利影響,因此應(yīng)采取措施有效減少焊接殘余應(yīng)力.根據(jù)類似工程成功經(jīng)驗(yàn),采用振動(dòng)時(shí)效工藝進(jìn)行消應(yīng)處理.三,底軸管制造工藝(一)工藝分析底軸管分為長(zhǎng)短兩種,長(zhǎng)軸長(zhǎng)22890mm,短軸長(zhǎng)980mm,直徑1500ram.底軸管為焊接件,為節(jié)約投資,長(zhǎng)軸根據(jù)受力大小,采用80mmkgOmmlOOmm三種不同厚度的鋼板斷面,其環(huán)縫和縱縫均要求一類焊縫;短軸采用100m

10、m厚度斷面.因鋼板較厚,焊縫集中,焊接應(yīng)力較大,需要消應(yīng)處理.長(zhǎng)短底軸管均需裝配軸承座,為安裝方便,在軸承座安裝位置采用貼焊不銹鋼板的方法預(yù)留凸臺(tái).長(zhǎng)軸設(shè)封水座板,封水座板處采用貼焊3mm不銹鋼板,長(zhǎng)軸與閘門連接底弧板孔數(shù)較多,且為盲螺栓孔,需配鉆后攻絲;短軸沒有封水座板和螺栓孔.根據(jù)以上特點(diǎn),考慮每邊lOmm的加工余量,短軸選用120mm的鋼板卷制,長(zhǎng)軸選用100mml10mm12Omm的鋼板卷制,整體拼焊后整體退火消應(yīng).加工設(shè)備選用CK61250×24車床,管外徑加工至設(shè)計(jì)尺寸后,貼焊不銹鋼,然后再整體加工至設(shè)計(jì)尺寸,最后進(jìn)行長(zhǎng)軸配鉆攻絲.(-)m藝流程1.施工準(zhǔn)備根據(jù)構(gòu)件特點(diǎn),

11、編制施工工藝,進(jìn)行焊接工藝評(píng)定,編制焊接指導(dǎo)書.按施工工藝要求采購(gòu)材料,其中主材選用定尺鋼板.2.焊接鋼管的環(huán)縫,縱縫均為一類焊縫,分節(jié)處坡口均按焊接工藝指導(dǎo)書要求機(jī)加工成雙面J形坡口.為了保證焊接質(zhì)量和效率,環(huán)縫,縱縫均采用搖臂式埋弧自動(dòng)焊機(jī)焊接,焊接完成后經(jīng)無損探傷檢測(cè),對(duì)局部存在缺陷的地方,進(jìn)行處理并復(fù)檢合格.3.消應(yīng)處理由于底軸管尺寸超長(zhǎng),焊縫環(huán)縱交錯(cuò),經(jīng)方案比較論證后采取整體退火工藝進(jìn)行內(nèi)部殘余應(yīng)力消除處理.退火工藝:退火溫度600E左右,人爐時(shí)爐內(nèi)溫度低于300'(2,加熱速度220×25/8max%/h,保溫時(shí)問按每毫米22.5min,且/>30m

12、in,保溫時(shí)各部溫差不得超過50,冷卻速度不超過260×25/8max/l1,爐溫降至300oC以下出爐空冷.4.機(jī)加工底軸管成形外徑為1500d10mm,加工后須保證直線度誤差5mm,采用CK61250×24車床,加工后經(jīng)檢測(cè)直線度2ram.在鋼管粗加工好后,底軸管不下車床,在底軸管表面軸承座部位和閘門與底軸接觸封水部位采用梅花孔布置法貼焊8=5ram不銹鋼,貼焊嚴(yán)實(shí)后,繼續(xù)用車床對(duì)貼焊的不銹鋼板外圈加工至設(shè)計(jì)尺寸4)1506d8mm.5.鉆孑L,攻絲由于底軸管是圓形且尺寸較長(zhǎng),單個(gè)鉆孔后再移動(dòng)設(shè)備,必將耗時(shí)耗力,因此采用加工作業(yè)流水線的方式.在地面鋪設(shè)軌道,制作一架手電兩用可移動(dòng)平臺(tái),將鉆床架設(shè)在平臺(tái)上,構(gòu)成長(zhǎng)距離移動(dòng)式鉆床;將底軸管安裝在4個(gè)由小滾輪制成的支撐架上,將卷制好的底弧板劃線點(diǎn)焊固定在底軸管上;這樣就可實(shí)現(xiàn)利用移動(dòng)鉆床配鉆一排光孔后,然后利用門機(jī)吊轉(zhuǎn)或者用手拉葫蘆即可轉(zhuǎn)動(dòng)底軸管鉆打下一排光孔,螺栓孔采用機(jī)鉸的方法加工,與光孔加工流水作業(yè).四,經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)一是本工程根據(jù)拐臂和底軸管不同的特點(diǎn),采用了不同的消應(yīng)方式,保