浅谈水工钢闸门焊接变形及控制

2024年3月11日发(作者：体育教材)

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