閘門焊接變形控制的分析

1、關(guān)于閘門焊接變形控制的分析作者：中國水利水電第六工程局有限公司邱躍方摘要：目前，在水利水電工程中，鋼閘門作為水工建筑，扮演著越來越重要 的作用，對防洪、排澇、引水、通航及調(diào)節(jié)水流發(fā)揮著十分重要的作用，可靈活 可靠地調(diào)節(jié)、控制下游水量，保證河道的安全，滿足灌溉、通航、發(fā)電供水需要。 而閘門的制造過程會產(chǎn)生各種變形，文章簡述了鋼閘門制造焊接過程中產(chǎn)生變形 的原因及控制方法。關(guān)鍵字：鋼閘門 焊接變形控制一、刖言沙沱水電站位于貴州省沿河縣城上游約7Km處，屬二等大（2）型工程，電 站裝機(jī)容量為1120MW，多年平均發(fā)電量45.52億kWh。其中，溢流壩檢修閘 門、進(jìn)水口檢修閘門、進(jìn)水口攔污柵的制作工程

2、由水電六局實(shí)施。針對平面閘門 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接量大、易產(chǎn)生焊接變形的情況，為了減少焊后校正工作量，降低 生產(chǎn)成本，在焊接過程中采取合理的工藝措施，有效地控制平面閘門的變形是十 分重要的。二、閘門主要技術(shù)參數(shù)事故檢修閘門門體由2疊疊梁門組成，疊梁門的梁系為實(shí)腹式同層布置，上 疊門由5根主梁組成，下疊門由11根主梁組成，列縱向隔板、兩主梁間設(shè)1根 次橫梁、主橫梁端部接邊柱。上疊梁門分3個(gè)制造單元，下疊梁門分5個(gè)制造單 元，工地安裝時(shí)拼焊成一體。上、下疊疊梁門均設(shè)有自動抓梁定位座。主要技術(shù) 參數(shù)如下：1）結(jié)構(gòu)型式：垂直、平面、滑動疊梁式2）孔口尺寸：表孔15mx23.6m （寬x高）3）門槽底坎高程：

3、341.78m4）設(shè)計(jì)水頭：23.6m5）門體支承：主支承定輪、反向彈性滑塊、側(cè)向簡支輪6）水封裝置：下游側(cè)止水，頂止水和側(cè)止水采用P60A橡塑復(fù)合水封、節(jié)間及底止水I130-207）門體吊點(diǎn)：雙吊點(diǎn)，吊點(diǎn)間距11 m8）充水方式：小開度提上疊門門葉充水9）啟閉條件：動閉靜啟10）門體主要材料：定輪ZG35CrMo；板材Q345B；型材Q235B三、閘門拼裝、焊接施工工藝措施1、閘門拼裝施工方案閘門整體拼裝前，我們根據(jù)施工圖紙要求將面板、主梁、次梁、邊梁等構(gòu)件 按制作工藝流程制作成結(jié)構(gòu)件，方可進(jìn)行整體拼裝。閘門拼裝組對工藝將面板吊放在組對平臺上與平臺充分接觸后，將面板定位在平臺上；在面板上劃出

4、各構(gòu)件的位置線，將構(gòu)件依次吊放就位并進(jìn)行定位焊；保證各構(gòu)件間隙均勻，使其自然頂緊，避免強(qiáng)行裝配。面板組對中應(yīng)避免產(chǎn)生十字交叉焊縫，使面板拼接焊縫和縱向隔板位置錯(cuò) 開100mm以上，每節(jié)之間面板縱向?qū)雍缚p錯(cuò)開100mm以上。門葉組對工藝流程：面板就位-劃線-主梁就位-豎向隔板就位-水平次梁就位-邊梁就位-整 體尺寸檢查。2、閘門焊接施工工藝焊前準(zhǔn)備焊接前對閘門整體尺寸進(jìn)行檢測并記錄，確認(rèn)尺寸合格后方可施焊；焊接前對焊縫兩側(cè)各150啞范圍進(jìn)行清理，保證焊縫質(zhì)量；焊接前焊條按照說明書的要求進(jìn)行烘干。焊接順序閘門焊接采取先大后小、從整體到局部的次序進(jìn)行焊接，并保證對稱施焊；焊接順序?yàn)椋褐髁汉笠砭壈迮c

5、邊梁后翼緣對接平縫-主梁后翼緣板與豎向 隔板后翼緣對接平縫-豎向隔板腹板與主梁及次梁腹板立面角焊縫-主梁、次梁 及隔板腹板與面板平角焊縫-主梁后翼緣板與隔板后翼緣板對接仰縫-筋板焊 縫；焊接過程中對閘門的變形進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)變形情況隨時(shí)調(diào)整焊接順序。3焊接工藝焊接方法為半自動CO2氣體保護(hù)焊和手工電弧焊；焊接前將閘門劃分成偶數(shù)個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)由一名焊工負(fù)責(zé)施焊，所有 焊工均使用相同的焊接規(guī)范，保證對稱施焊；長度在500啞以上的焊縫焊接時(shí)進(jìn)行分段退焊，較長的焊縫采取從中間向 兩端分段退焊的方法進(jìn)行焊接，開坡口的對接焊縫需進(jìn)行多層多道焊，每層厚度 不小于焊條直徑的1.5倍；要求清根的焊縫在清根時(shí)將

6、定位焊和打底層全部清除；在保證熔透的前提下盡可能采用小電流施焊，以控制焊接變形。4焊接參數(shù)CO2氣體保護(hù)焊CO2氣體保護(hù)焊焊接工藝參數(shù)表焊接位置焊絲直徑(mm)焊接電流(A)焊接電壓(V)焊接速度(mm/min )氣體流量(L/S)平焊91.220023024 2715024018 22立焊91.216020022 2412015018 22仰焊91.216019022 2412015018 22手工電弧焊手工電弧焊焊接工藝參數(shù)表焊接位置焊條直徑(m)焊接電流(A)焊接電壓(V)平焊93.211014020 2294.014017024 26立焊93.210013020 2294.013016

7、024 26仰焊93.210013020 2294.013016024 26四、閘門焊接過程中產(chǎn)生變形的原因及分析在閘門制作過程中發(fā)現(xiàn)，閘門面板邊緣出現(xiàn)波浪變形；主梁構(gòu)件焊接完成后 翼緣板角變形；焊縫縱向收縮較大等變形。變形產(chǎn)生后，經(jīng)查閱相關(guān)資料，分析 產(chǎn)生的原因可知。焊縫在結(jié)構(gòu)中所處的位置對結(jié)構(gòu)的變形影響很大，但平面閘門 中的焊縫位置已經(jīng)確定，不能更改，所以，它對結(jié)構(gòu)變形的影響是不可避免的， 可以采取有效措施將其影響控制到最低。構(gòu)件本身的剛度對變形的抵抗能力有大 有小，剛性大的構(gòu)件抵抗變形能力強(qiáng)，變形就小，剛性小的抵抗變形能力小，變 形就大。焊接過程中，隨著線能量的增大，焊接溫度場引起的壓縮

8、性變形區(qū)域就 越寬，焊接變形就越大。焊接方向同樣對焊接變形有著很大影響，由于焊縫冷卻 的先后順序不同，對于直通焊，無論焊縫多長，橫向應(yīng)力都在焊縫末端產(chǎn)生拉應(yīng) 力而中段受壓應(yīng)力。焊接順序同樣影響著焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素。由于各方面 焊接內(nèi)應(yīng)力的影響，將導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生縱橫收縮，角向、彎撓、波浪、扭曲等變 形，不僅增加了許多校正工作，還影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、幾何尺寸的準(zhǔn)確性及加工精度 等。其主要產(chǎn)生以下幾種變形：1、縱向收縮變形。由于焊接熱溫度場的作用，使焊縫橫向金屬壓縮而引起 的長度縮短。2、橫向收縮變形。構(gòu)件焊后在垂直方向發(fā)生的收縮。3、角向變形。焊后構(gòu)件的平面繞焊縫產(chǎn)生的角位移。4、彎撓變形。由于焊接

9、邊收縮，非焊接邊相對伸長引起的變形。5、波浪變形。由于焊縫收縮引起焊縫較遠(yuǎn)區(qū)域的金屬受壓或受拉產(chǎn)生失穩(wěn) 而引起的變形。6、扭曲變形。由于縱向焊縫橫向收縮不均勻或拼裝質(zhì)量不良，使構(gòu)件繞自 身軸線扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的螺旋變形。五、閘門焊接變形的控制根據(jù)閘門焊接過程中變形的產(chǎn)生原因和分析，我們采取了以下措施來減小閘 門焊接的變形：1、留余量。根據(jù)待焊焊縫長度、坡口形式，對接間隙、焊接線能量，鋼板 的厚度和焊縫的橫截面積等適當(dāng)增加各構(gòu)件的下料尺寸，用以抵消焊縫收縮引起 的縱向和橫向收縮變形。2、反變形。施焊前，分析焊件施焊后可能產(chǎn)生變形的方向和大小，在焊接 前使構(gòu)件發(fā)生大小相同、方向相反的變形，以抵消或補(bǔ)償焊

10、后發(fā)生的變形。3、控制焊接線能量。焊接時(shí)，構(gòu)件隨焊接線能量的增大，采用小線能量能， 熱輸入減少，因熱量引起的膨脹和收縮就減少，焊接應(yīng)力減少，變形相應(yīng)減少。4、采用分段焊接。閘門制造過程中，多數(shù)待焊焊縫長度較長，焊接1米以 上的長焊縫時(shí)要兩頭中間斷斷續(xù)續(xù)的焊，不要連續(xù)焊接，采用逐步退焊、跳焊預(yù) 留焊接長度的方法。5、合理的焊接順序。組焊時(shí)要采取合理的焊接順序，根據(jù)閘門焊縫的布置， 要先焊收縮量較大的焊縫，后焊收縮量較小的焊縫；先焊拘束較大而不能自由收 縮的焊縫，后焊拘束度較小而能自由收縮的焊縫。閘門焊接過程中通常先焊接縱 縫，后進(jìn)行平縫，最后焊接仰縫，采用從整體到局部的次序進(jìn)行焊接，并保證對 稱施焊。6、機(jī)械校正。在主梁組合焊縫焊接過程中產(chǎn)生的角變形，我們使用翼緣校正 機(jī)等設(shè)備對其進(jìn)行校正，該方法會產(chǎn)生附加應(yīng)力，因此一般適用于變形不大的結(jié) 構(gòu)件。7、火焰加熱矯正。火焰加熱矯正是采用火焰加熱的方式使局部加