浅谈新干航电枢纽工程人字门金属结构制造技术

2023年12月30日发(作者：数学评课稿)

浅谈新干航电枢纽工程人字门金属结构制造技术

程碧周

【摘 要】对新干航电船闸人字门的下料、主梁制作、整体组装和焊接变形控制等过程的制造技术进行阐述,并将容易出现质量问题和需要注意的地方列入了重点,特别对主梁、面板的制造工艺和焊接工艺进行了改进.为了防止门叶扭曲变形,保证人字门的制造质量,在推力板和加劲板与主梁腹板连接的角焊缝位置上采用加装三角支撑板的措施,最终制造出符合设计和标准的优质产品,对类似大型人字门制造有一定的借鉴意义.%The production of main girder, the overall asmbly and

welding deformation control in the process of manufacturing technology

of narrative, and prone to quality problems and need to pay attention to

were introduced, especially the manufacturing process of main girder, the

panel and the welding process was order to prevent the door

leaf distortion, the guarantor/issuer word door manufacturing quality, the

thrust plate and stiffening plate connected to the girder web plate with

triangular support plate ud in the fillet weld position of measures,

eventually made up to the standard of design and high quality products,

for future similar large miter gate manufacturing has certain reference

significance.

【期刊名称】《广东水利水电》

【年(卷),期】2017(000)005

【总页数】3页(P60-62)

【关键词】人字门;主梁制作;闸门组装;焊接变形控制

【作 者】程碧周

【作者单位】广东江海机电工程有限公司, 广东 广州 510500

【正文语种】中 文

【中图分类】U641;TV547

新干航电枢纽工程位于赣江中游吉安市新干县三湖镇上游1.5 km处，是一座以航运为主，兼顾发电等综合利用功能的航电枢纽工程。航道工程按Ⅲ级航道标准设计，最大设计水头为10 m。下闸首人字门尺寸为14 140 mm×13 860 mm×2 000

mm(高×宽×厚)，属于Ⅰ级闸门。由于闸门的结构尺寸较大，再加上门轴柱和斜接柱的焊缝比较集中，焊后变形较大，为保证结构尺寸符合设计和验收标准要求，从下料到最后焊接整个过程的工艺采取了一些特别措施，尤其是防止焊接变形方面。人字门的门叶底枢长期浸没在水中，润滑不好容易磨损，需要定期检修，闸门在运行开关过程中，门叶扰动水流是一个动态过程，人字门下部的结构受力复杂，易出现疲劳和强度破坏，所以对焊缝的质量要求较高。

新干航电船闸人字门为水平主梁式人字门，水平主梁截面为H型。闸门由挡水面板、主梁、次梁、隔板、斜接柱、门轴柱、背拉杆、顶枢、底枢、支垫、枕垫和防撞钢护木等部件组成。主梁是人字门的主要受力构件，主梁承受面板传来的均布水压荷载及由次梁和隔板传来的集中水压荷载，除了受弯矩外，还承受三铰拱的轴向压力。人字门挡水时，每件主梁组成一组水平布置的三铰拱，而三铰拱的拱推力，主要是靠推力板通过支枕垫块向闸墙上和两门叶间传递，采用连续支枕垫的人字门，三铰拱的支铰反力并不是作用在主梁端头的一个集中力，而是沿推力板作用在主梁端部腹板上的一组分布力[1]。

3.1 下料

下料是制造过程中极其重要的一项工作，不仅工作量大，而且要认真细心，一旦出错，将直接造成下料尺寸的错误，甚至毛坯报废。下料前首先要认真审阅图纸的基本结构、相关尺寸和技术要求，并且考虑制造过程的先后顺序、焊缝布置和坡口形式等。下料应根据需要，在原设计尺寸的基础上增加焊接收缩量及切割、加工余量，焊接收缩量按1.2‰考虑。不规则且数量多的工件应制作样板，这样使用方便，尺寸统一，误差较小。

3.2 主梁和隔板组装

1) 主梁组装

主梁腹板与翼板的角焊缝为二类焊缝，腹板开45°单边“V”形坡口，组装前应把坡口面清理干净。如果翼板有对接，焊缝质量要达到1类。在翼板上画线，用2台吊车分别吊起主梁腹板的两头，对准翼板画线的位置，贴紧并点焊固定，有坡口侧的组合角度应相对大3°～5°，防止焊接时收缩变形。组装好后采用CO2气体保护焊对坡口分两道进行施焊，先用较大电流和缓慢的焊接速度焊第一道，这一道焊缝主要保证其熔深达到要求，第二道把坡口填满，再用埋弧自动焊焊接反面，反面不清根，最后焊接正面坡口侧。由于没有清根，埋弧自动焊的电流要相对大一点，一般电流控制在650～700 A，使其增加熔深，保证焊缝焊透，电压控制在29～32 V之间，焊接速度为20～23 m/h。此方法省去了反面清根，既省时省材,提高工作效率，又能保证焊缝的外观质量和内部质量达到2类。但是，当主梁腹板厚度大于16 mm时，侧应采用双边“K”形坡口留间隙的方法，否则翼板收缩变形过多无法矫正。

2) 隔板组装

隔板为T型结构的三类角焊缝，不开坡口，划线组装隔板后，直接采用埋弧自动焊焊接。

主梁和隔板采用埋弧自动焊时都应把它放置船型胎架上，梁倾斜45°(如图1)，工件不动，靠焊接小车移动来完成焊接。焊接时从工件的一端焊到另一端，焊完一面，再焊另一面。焊接完对焊缝进行清理、打磨，通过矫正机对翼板进行矫正平直，翼板对腹板的垂直度a≤b1/150，且不大于2 mm[2]，要进行无损检测的1、2类焊缝应在矫正后再检测。

3.3 整体组装

1) 面板组对

面板规格为14 mm×11 480 mm×18 090 mm，焊缝为2类。因吊装和运输需对闸门分成6节。下料前，应根据来料尺寸进行配料，要特别注意面板对接坡口和分节的布置，尽量把横向焊缝设在主梁或者次梁中心，坡口向外，采用“V”形坡口单面焊的方法，坡口不宜过大，留2～3 mm间隙，这样可减少面板的焊接变形和收缩量。双面焊的焊缝把坡口设在闸门内侧，外面清根，方便碳弧气刨操作，降底工人的劳动强度。闸门面板铺在拼装平台上，按预先布置的每块面板拼接起来点焊固定，分节的位置尽量少点焊，或者在面板底下加固，如果平直可只在焊缝的两头点焊固定，方便分节时拆开，拼装好面板后暂不焊接，等闸门整体组装完后再焊接，。

2) 面板画线及闸门组装

在面板上划出主梁、次梁、隔板等部件的位置线，还应画出闸门纵向中心线、顶(底)主梁中心线和端板、顶枢轴孔中心的投影线并延长做好标记，中心线既是控制线又是最终检测线，在梁系组装位置线和各中心线实际尺寸的基础上增加1.2‰焊接收缩量。按主梁、次梁、隔板的顺序组装，从门叶的中间开始，各构件按画线位置向闸门顶、底方向组装在面板上，与面板贴紧点焊固定，最大局部间隙应≤1

mm。然后组装斜接柱(门轴柱)的推力板和加劲板等。最后组装端板(如图2)，这是非常关键的一步，端板应先划线钻孔，端板与推力板组成的角焊缝是1类焊缝，

推力板应加工成45°带2 mm 钝边的K形坡口，与端板拼装时应留2～3 mm间隙保证焊透。要特别注意端板的中线、角度和水平度，中线应对准主梁的支承中心线和预先画好的投影线，并用水准仪测好水平度。底止水座板的组装也应特别注意，先划线后组装，底主梁腹板一定要平整并垂直门叶中心线。组装完后由质检员检查各项尺寸和工艺并做好记录，以备与焊后检测的数据作参考对比。

3.4 焊接

焊接在水工金属产品制造过程中是一道最为重要的工序，也是控制门叶变形的关键。由于人字门结构的特殊性，门轴柱(斜接柱)的焊缝比较密集，焊后变形和收缩较大；中间隔板比较分散，间距较大，变形和收缩相对较小，由此造成门叶中间和两边的收缩量不相同，容易产生门叶扭曲变形。为了解决门叶扭曲变形，可以在推力板和加劲板与主梁腹板连接的角焊缝位置上加装20 mm厚的三角板作支撑(如图3)，相隔250～300 mm均匀分布，中间隔板不加三角板，可有效减少门轴柱(斜接柱)的焊接变形和收缩，从而防止门叶的扭曲变形。

1) 焊前准备

焊接前检查定位焊是否牢固和符合标准，闸门的材料是Q 345 B，定位焊的材料应选用E 5015焊条或ER 50-6焊丝，但要特别注意定位焊的长度和厚度，通常厚度为4～6 mm，长度不能小于50 mm，间距为200～300 mm，否则定位焊容易产生裂纹。如果定位焊厚度不足，间距过大，也会增加门叶的变形和收缩。清除焊缝位置两端10～20 mm范围内的铁锈、油污等污物[3]。

2) 焊接方法和焊接顺序

采用CO2气体保护焊直流反接法，有利焊道间及坡口间的熔合和根部焊道的熔透，还可减少飞溅和氢气孔的产生。先焊所有后翼板的对接焊，再焊立焊，使各舱格形成一个刚性的整体，最后焊各舱格与面板间的平角焊缝和闸门内的面板对接焊缝，采用由门叶中间向两边对称焊接。

3) 焊接参数

焊接电流、电弧电压和焊接速度是该工艺的关键参数，电弧电压若过低，电弧引燃困难，焊接过程稳定性降低，与母材的熔合不好而容易产生未焊透；电弧电压若过高，则会由短路过渡转变为长弧焊的颗粒过渡，焊接过程不稳定，电弧电压的选用可参考表1，气体纯度为99.5。焊接速度应根据焊缝的形状和尺寸来进行调整，在提高焊接速度的同时，应相应提高焊接电流和电弧电压，但又不能太高，如提得太高会加大焊接热输入，增加变形和收缩量。焊接区域内的风速应限制在1.0 m/s以下，否则应采用挡风装置，不然易在焊缝中产生气孔。焊丝伸出长度为20 mm，如果伸出长度过短，喷嘴易被飞溅堵塞，保护效果差，对焊接区观察不便；过长，则电弧稳定性下降，产生大颗粒飞溅，熔深小，保护效果差[4]。

4) 焊后处理

焊后必须打渣、清理飞溅等杂物，焊缝表面不允许有表面夹渣、表面气孔和大于0.5 mm的咬边。1、2类焊缝不得有裂纹、未焊透、未融合及存在有超标的圆形缺陷和条状缺陷，必须进行无损检测。

人字门制作难度大，制造工艺和焊接要求高，在水工金属结构中比平面闸门相对应用较少。在本工程人字门制作过程中，对主梁的角焊缝采用单边坡口，并且不用碳弧气刨清根的焊接技术，提高了工作效率，保证了焊缝质量。面板的对接焊缝设在主(次)梁上，相当于带垫板焊和面板有支撑，不但省去焊缝的反面清根和焊接，而且减少了面板的变形，提高了面板的局部平面度。在门轴柱(斜接柱)的位置上增加三角板为支撑，有效防止门叶的扭曲变形，通过以上措施，保证了本工程的制造质量，提高了生产效率。

【相关文献】

[1] 杨逢尧.水工金属结构[M].北京：中国水利水电出版社，2005：151-160.

[2] 水利部.水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范：GB/T 14173—2008[S].

[3] 水利部.水工金属结构焊接通用技术条件：SL 36—2006[S].[4] 徐初雄.焊接工艺[M].北京：机械工业出版社，2003:84-103.