支臂弧形闸门焊接变形的控制 钟卫华

发表时间:2019/11/11   来源:《基层建设》2019年第23期   作者:钟卫华1 刘红伟2 骆国强2 凌建1 罗捷2 朱长
[导读] 摘要: 本文从工程实践的角度简要阐述了支臂弧形闸门在焊接过程中产生焊接变形的原因及常规的焊接变形控制措施,为类似工程提供借鉴。

        1江苏省水利机械制造有限公司  江苏扬州  2250062江苏省太湖地区水利工程管理处  江苏苏州  215000
        摘要: 本文从工程实践的角度简要阐述了支臂弧形闸门在焊接过程中产生焊接变形的原因及常规的焊接变形控制措施,为类似工程提供借鉴。
        关键词:支臂弧形闸门、坡口设计、焊接顺序
        1  概述
        江苏省太湖处钟楼防洪控制工程、望虞河常熟枢纽船闸、镇江引航道支臂弧形闸门等工程系露顶式、大型弧门结构,其中钟楼防洪控制工程:宽45000mm*高8500mm*厚3500mm*支臂60000mm;引航道工程尺寸为:19700mm*8050mm* 2486 mm,单套闸门总重量96 t,材质为Q235B,门叶在厂内整体拼焊。其中顶、底梁为箱形梁结构,中间主梁为工字形结,刚性较好,其余各节设计有高250mm的横向工字形次梁,门叶整体焊缝较多,主要集中在面板侧,闸门焊接质量控制较为困难,弧门结构见图1。


        2   焊接变形控制
        2.1  工艺步骤
        下料→部件制作→面板铺设及拼焊→放样组拼→焊接→防腐。
        2.2  坡口设计
        焊缝坡口设计决定焊接填充量的多少,影响着焊接变形。通常焊接时对接接头采用单边或双边V型坡口、X型坡口、U型及双U型坡口。其中对称X型坡口在要求焊透刨根的焊缝中不太合适,因为焊透焊缝通常正面打底焊后,反面用碳弧气刨清根后进行封根焊,相对正面来讲,反面多一次碳弧热处理影响,因此反面角变形势必要大于正面角变形。对称U型坡口精度要求高,需有专用设备进行加工,制作成本也较高。
        经过比较,支臂弧形闸门梁的坡口设计采用如下方案:
        ⑴翼缘板和腹板对接时,采用不对称的X型坡口,两边坡口比例为2:3,坡口示意见图2。
 
        图2   不对称的X型坡口示意图
        ⑵工字型接头的坡口与板厚有关,当腹板板厚δ≤16mm时,采用单边V型坡口;当腹板板厚δ≥18mm时,采用不对称K型坡口。坡口示意见图3。
 
        δ≤16mm                        δ≥18mm
        图3  工字型接头的二种坡口示意图
        2.3 化整为零
        支臂弧形闸门整体焊接时焊缝较多,为减小闸门因焊缝过多而引起的焊接变形,可根据门叶特点将门叶主梁、边梁、纵梁作为部件装焊成一体,并经矫正合格后再与门叶装配焊接,以减少门叶整体焊接量,从而减小少焊接变形。同时还对门叶部分部件的焊接装配顺序进行合理设置,如各节门叶面板先拼焊成整体后才与其它部件组装好。门叶两边梁中心距精度要求较高,由于门叶焊接收缩的影响,若在门叶整体状态下进行焊接,则两边梁中心距难以保证,为保证边梁中心距,调整工艺顺序为支臂与门叶整体进行大组装时,控制好中心距后进行焊接。
        2.4 预留收缩量
        ⑴面板收缩余量
        支臂弧形闸门面板设计成形后宽度为19700mm,弧长为8838mm,其弧度为主要控制项目。因面板下料焊接尺寸影响门叶整体成形尺寸,边缘弧度影响闸门止水效果,面板拼接焊缝横向收缩产生波浪和弯曲变形,焊后收缩量较大,为保证门叶整体尺寸,有效的方法是在门叶焊接矫正完成后对其进行切边,因此面板预留118mm余量。弧度方向收缩量根据弧长预留9mm的收缩量;
        ⑵梁系余量
        各梁放样尺寸取其跨度的1/1000mm(即边梁中心距跨度比设计大19mm),门叶底缘、顶缘预留50mm的切边余量。
        ⑶弧度收缩量
        门叶焊缝主要集中在面板侧,纵缝焊后收缩产生较大的向内分力,使面板弧度变小,而该闸门制作弧度允差为±6mm,必须预留收缩余量才能保证。焊后面板弧度可取半径的0.5%,此处半径为6000mm,故弧度放样时半径为6030mm。
        ⑷门叶正弯余量
        闸门焊缝主要集中在门叶面板侧,焊后将产生一个凹向面板侧的正弯,要求≤8mm,在面板铺设时可使面板凸向相反方向4~5mm。
        3  焊接顺序
        3.1 主梁焊接
        主梁平焊及封底焊缝采用CO2气体保护焊,立焊采用焊条电弧焊,外侧坡口填充焊缝采用埋弧自动焊。其焊接顺序及方法为:
        先焊肋板与腹板的立焊缝,焊脚8mm,焊接时由偶数焊工从最中间一块肋板向两端延伸,做到对称、同参数、分段、倒退、交叉施焊。焊接采用¢3.2mm的焊条封底,封底焊接电流为90~120A;采用¢4.0mm焊条盖面,焊接电流为120~150A。
        ⑴肋板与翼板的平角焊缝,由偶数焊工从最中间一块隔板向两端延伸,对称施焊,焊接参数见表1。


        3.2  整体拼焊
        3.2.1 门叶整体拼装
        门叶结构主要由横梁、纵梁和面板组成,将这3个主要部分分别制作完成后在胎架上进行组装。门叶组装采用整体拼装的方法,可提高门叶结构整体刚度,使门叶相关尺寸变化一致,有利于门叶外形尺寸的控制。门叶整体拼装,以门叶纵向中心为起点,从中间向两侧进行装配,将门叶连接成整体;装配时应避免强力装配,尽量减小门叶内应力;严格控制主梁中心距、平行度、扭曲及其它部件的形位尺寸。面板弧度主要靠隔梁弧度予以保证,隔梁采用数控切割机进行下料,以保证弧度的一致性和部件的互换性。
        3.2.2 整体焊接
        门叶的焊接是整个焊接工艺的关键所在,须严格按照工艺顺序进行施焊。
        ⑴先焊梁格之间的连接焊缝,由中间梁格开始作为对称中点,由4位焊工同时向4个方向逐格向外对称焊接,这样可使焊缝的收缩趋于一致,最后焊接边梁格,并在4个角点梁格内结束。
        ⑵再焊面板与纵横梁的连接焊缝,由中间开始,向外对称地向四周焊接,最后在4个角点结束。
        ⑶焊接中仍然采用分段、倒退、逆焊法施焊,其焊接工艺参数参照梁的焊接工艺参数,以确保门叶的焊接质量。
        4  结论
        江苏省太湖处钟楼防洪控制工程、望虞河常熟枢纽船闸、镇江引航道工程支臂弧形闸门制作过程,通过采取以上措施,很好地控制了闸门的焊接变形,降低了制造成本,保证了该类型闸门的焊接质量,闸门最终质量检测的各项指标均能满足设计图纸和规范要求。

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