浅谈水工钢闸门焊接变形及控制

　　摘要：结合水工钢闸门制造焊接工艺介绍焊接应力和焊接变形的控制方法,阐述如何将焊接应力和焊接变形控制在容许范围内。
　　关键词：焊接应力、焊接变形、控制及矫正
　　目前水利水电工程钢闸门主要为焊接结构。通过采取有效的控制手段控制焊接应力、减少焊接变形,避免由于过大的残余应力和变形,引起构件焊缝开裂、错位和断裂或降低构件的强度。
　　1、钢闸门焊接变形的主要原因
　　水工钢闸门在加工制造焊接过程中,焊接热源对焊件局部加热,产生了不均匀的温度场,导致材料热胀冷缩的不均匀在焊件中产生内应力,使高温区的材料受到挤压(拉伸),门体将产生形式多样的焊接变形,其主要形式有:纵向变形、横向变形、角变形、纵向变曲变形、扭曲、波浪变形等。此外,不同的金属组织有不同的性能,也会引起体积的变化,对焊接应力及变形产生不同程度的影响。焊接过程中局部的、不均匀的加热是产生焊接应力和焊接变形的主要原因。
　　2、钢闸门焊接变形的控制
　　水工平面钢闸门的门叶一般为焊接结构,由水平大(主)梁、水平次梁、纵向隔板、边柱及面板组合焊接而成。门叶加工制造的主要工作量是焊缝的焊接。控制焊接应力、减少焊接变形是保证焊接质量的关键所在。从而合理的焊接工艺是控制焊接变形行之有效的办法。
　　平面闸门制造的一般工艺流程为:施工准备、单构件制作、面板布焊、梁格定位、门体焊接面板裁边、镗孔、闸门防腐出厂验收。
　　施工前的准备:根据母材的焊接性,结构特点,使用条件,设计要求、设备能力、施工环境等拟定焊接工艺方案,并经过工艺评定合格后,编制焊接工艺指导书。下料尺寸与设计图上标注尺寸有着很大的区别,按照设计图上标注尺寸,并根据部件的结构位置要留出一定的切割裕量、变形裕量。
　　单构件制作:为了减少闸门整体焊接时的应力集中，将闸门主梁、纵梁制作成单构件,与面板焊接分开进行。单构件的制作也应考虑焊接收缩量,单构件拼焊时,严格控制翼缘板对腹板的倾斜度,焊接采用埋弧自动焊,焊后采用型钢矫正机进行矫正,同时释放部分焊接应力。
　　面板焊接:在合格的钢平台上拼接,对接焊缝采用埋弧自动焊,焊后整平,在面板上放大样,纵向横向均预留收缩量,大样节点处的焊缝应磨平,以便于单构件拼装。
　　梁格定位与门体焊接:闸门拼装时,先将主梁拼装点焊固定,然后再拼装纵梁,最后拼装水平小次梁。拼装结束后,应复测门叶两边梁的中心距,保证其误差和平行度符合规范要求。选门叶边梁与顶底梁的交点为控制点,用水准仪测量并调整至同一平面,以控制闸门的扭曲变形。焊接采用先立焊、后平焊、最后仰焊的顺序,采用偶数焊工对称焊接,焊接从中间开始向周边展开,焊接人数不易过多,焊速不易太快，最大限度地减小闸门的焊接应力集中和焊接变形。
　　环境、焊接材料和人员控制:钢闸门焊接通常采用埋弧自动焊、二氧化碳气体保护焊和手工交直流电焊等,每种焊接方法对环境的要求均有所不同。由于焊接质量受焊接环境影响较大,且水工钢闸门的安装基本上都是露天作业,更应进行焊接环境监测,应加强对施工现场环境的监测,出现下列任一况应采取有效保护措施,才可焊接否则禁止施焊：①遇有风速超过10m/s的大风；②雨天、雪天露天施工；③环境温度在零下5℃以下，相对湿度大于90%。
　　焊接材料必须具有出厂合格证和产品质量保证书，按相关规定进行验收，对质量有怀疑时，应对此复验。焊工的水平与素质,是影响焊接质量的关键。只有经过考试合格的焊工才能进行相应焊缝的正式焊接。焊接时,应严格执行焊接工艺和焊接顺序,以防止焊接变形失控。
　　3、应力消除
　　钢闸门经过焊接后,其内部积聚了大量的焊接残余应力,造成闸门的变形,影响闸门尺寸,降低闸门使用强度、疲劳强度和使用寿命。可采取：
　　a、为了减小焊接变形和焊接应力，根据结构特点和坡口形式，在构件或门叶焊接时选择合理的焊接顺序及采用跳焊、分段退步焊和多层多道焊或采取反变形等措施。
　　b、门叶组装前先进行单元件的组焊、校正，能够有效的降低门叶的整体焊接应力。
　　c、局部退火。门叶上焊缝密集和刚性大的局部焊接应力相对集中，造成焊接应力过大，在这些部位进行局部加热到退火温度，然后缓冷，进行退火处理，能够有效的降低残余应力的峰值，使应力分布比较平缓，起到部分消除应力的作用。
　　d、锤击法。用小锤或装有圆头的风枪对焊缝进行锤击，分热锤击和冷锤击，但温度在100～500℃区间不要锤击焊缝，以防产生裂纹。
　　e、时效处理。将组焊、校正好的门叶垫平稳置于常温下保持适当时间进行自然时效，可有效的降低焊接应力，减小加工后的焊接变形。
　　4、焊接变形矫正
　　单构件矫正:单构件的主要变形为翼缘板塌边、翼缘板旁弯和腹板背弯。翼缘板塌边采用型钢矫正机矫正,通过型钢矫正机的矫正会使翼缘板对腹板的垂直度自动矫正到规范允许范围内(20mm);翼缘板旁弯和腹板背弯可以通过三角形火焰矫正法,三角形的开口朝向变形凸的一侧,火焰加热温度及三角形的大小视变形量确定,同一地方火焰矫正只能进行一次。
　　面板等产生的凸凹不平:焊接后，对与门叶主梁、边梁和隔板等焊接造成的凸、凹变形，采用千斤顶顶塌陷部位，火焰在焊缝背面按点状或线状加热配合进行校平处理.
　　门叶的立弯等变形:在主梁、边梁等部位进行三角形加热，由于三角形加热面积较大，因而收缩量也较大，可有效消除立弯等焊接变形。
　　面板周边变形:面板四边缘焊后产生的塌边变形，容易造成面板不平度和直线度超差，可采用火焰矫正法进行校正，能够有效的消除焊接变形。
　　闸门主梁旁弯、节间止水座板、止水座面平面矫正:闸门主梁旁弯、节间止水座板、止水座面平面度偏差超标时,多采用线状加热法矫正,即在凸起范围内,视变形范围长短,取20mm~60mm加热宽度,用烘枪做多道线状加热,止水座面平面度超标可辅以点状加热法矫正;节间止水座板、止水座面在矫正后,应进行机加工,以保证止水效果良好。
　　5、结束语
　　在水工钢闸门制造焊接过程中,减小和消除焊接应力和控制焊接变形的方法很多,实际生产中往往几种工艺方法联合使用,控制效果将会更为理想。
　　
　　参考文献
　　[1]中华人民共和国电力工业部,水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范DL/T5018-94[S].1994-11-04
　　[2]中华人民共和国水利部,水工金属结构焊接通用技术条件SL36-92[S],1992-9-01

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