闸门焊接变形控制的分析

1、关于闸门焊接变形控制的分析作者：中国水利水电第六工程局有限公司邱跃方摘要：目前，在水利水电工程中，钢闸门作为水工建筑，扮演着越来越重要 的作用，对防洪、排涝、引水、通航及调节水流发挥着十分重要的作用，可灵活 可靠地调节、控制下游水量，保证河道的安全，满足灌溉、通航、发电供水需要。 而闸门的制造过程会产生各种变形，文章简述了钢闸门制造焊接过程中产生变形 的原因及控制方法。关键字：钢闸门 焊接变形控制一、刖言沙沱水电站位于贵州省沿河县城上游约7Km处，属二等大（2）型工程，电 站装机容量为1120MW，多年平均发电量45.52亿kWh。其中，溢流坝检修闸 门、进水口检修闸门、进水口拦污栅的制作工程

2、由水电六局实施。针对平面闸门 结构复杂，焊接量大、易产生焊接变形的情况，为了减少焊后校正工作量，降低 生产成本，在焊接过程中采取合理的工艺措施，有效地控制平面闸门的变形是十 分重要的。二、闸门主要技术参数事故检修闸门门体由2叠叠梁门组成，叠梁门的梁系为实腹式同层布置，上 叠门由5根主梁组成，下叠门由11根主梁组成，列纵向隔板、两主梁间设1根 次横梁、主横梁端部接边柱。上叠梁门分3个制造单元，下叠梁门分5个制造单 元，工地安装时拼焊成一体。上、下叠叠梁门均设有自动抓梁定位座。主要技术 参数如下：1）结构型式：垂直、平面、滑动叠梁式2）孔口尺寸：表孔15mx23.6m （宽x高）3）门槽底坎高程：

3、341.78m4）设计水头：23.6m5）门体支承：主支承定轮、反向弹性滑块、侧向简支轮6）水封装置：下游侧止水，顶止水和侧止水采用P60A橡塑复合水封、节间及底止水I130-207）门体吊点：双吊点，吊点间距11 m8）充水方式：小开度提上叠门门叶充水9）启闭条件：动闭静启10）门体主要材料：定轮ZG35CrMo；板材Q345B；型材Q235B三、闸门拼装、焊接施工工艺措施1、闸门拼装施工方案闸门整体拼装前，我们根据施工图纸要求将面板、主梁、次梁、边梁等构件 按制作工艺流程制作成结构件，方可进行整体拼装。闸门拼装组对工艺将面板吊放在组对平台上与平台充分接触后，将面板定位在平台上；在面板上划出

4、各构件的位置线，将构件依次吊放就位并进行定位焊；保证各构件间隙均匀，使其自然顶紧，避免强行装配。面板组对中应避免产生十字交叉焊缝，使面板拼接焊缝和纵向隔板位置错 开100mm以上，每节之间面板纵向对接焊缝错开100mm以上。门叶组对工艺流程：面板就位-划线-主梁就位-竖向隔板就位-水平次梁就位-边梁就位-整 体尺寸检查。2、闸门焊接施工工艺焊前准备焊接前对闸门整体尺寸进行检测并记录，确认尺寸合格后方可施焊；焊接前对焊缝两侧各150哑范围进行清理，保证焊缝质量；焊接前焊条按照说明书的要求进行烘干。焊接顺序闸门焊接采取先大后小、从整体到局部的次序进行焊接，并保证对称施焊；焊接顺序为：主梁后翼缘板与

5、边梁后翼缘对接平缝-主梁后翼缘板与竖向 隔板后翼缘对接平缝-竖向隔板腹板与主梁及次梁腹板立面角焊缝-主梁、次梁 及隔板腹板与面板平角焊缝-主梁后翼缘板与隔板后翼缘板对接仰缝-筋板焊 缝；焊接过程中对闸门的变形进行监测，根据变形情况随时调整焊接顺序。3焊接工艺焊接方法为半自动CO2气体保护焊和手工电弧焊；焊接前将闸门划分成偶数个区域，每个区域内由一名焊工负责施焊，所有 焊工均使用相同的焊接规范，保证对称施焊；长度在500哑以上的焊缝焊接时进行分段退焊，较长的焊缝采取从中间向 两端分段退焊的方法进行焊接，开坡口的对接焊缝需进行多层多道焊，每层厚度 不小于焊条直径的1.5倍；要求清根的焊缝在清根时将

6、定位焊和打底层全部清除；在保证熔透的前提下尽可能采用小电流施焊，以控制焊接变形。4焊接参数CO2气体保护焊CO2气体保护焊焊接工艺参数表焊接位置焊丝直径(mm)焊接电流(A)焊接电压(V)焊接速度(mm/min )气体流量(L/S)平焊91.220023024 2715024018 22立焊91.216020022 2412015018 22仰焊91.216019022 2412015018 22手工电弧焊手工电弧焊焊接工艺参数表焊接位置焊条直径(m)焊接电流(A)焊接电压(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、闸门焊接过程中产生变形的原因及分析在闸门制作过程中发现，闸门面板边缘出现波浪变形；主梁构件焊接完成后 翼缘板角变形；焊缝纵向收缩较大等变形。变形产生后，经查阅相关资料，分析 产生的原因可知。焊缝在结构中所处的位置对结构的变形影响很大，但平面闸门 中的焊缝位置已经确定，不能更改，所以，它对结构变形的影响是不可避免的， 可以采取有效措施将其影响控制到最低。构件本身的刚度对变形的抵抗能力有大 有小，刚性大的构件抵抗变形能力强，变形就小，刚性小的抵抗变形能力小，变 形就大。焊接过程中，随着线能量的增大，焊接温度场引起的压缩

8、性变形区域就 越宽，焊接变形就越大。焊接方向同样对焊接变形有着很大影响，由于焊缝冷却 的先后顺序不同，对于直通焊，无论焊缝多长，横向应力都在焊缝末端产生拉应 力而中段受压应力。焊接顺序同样影响着焊接结构变形的主要因素。由于各方面 焊接内应力的影响，将导致其结构产生纵横收缩，角向、弯挠、波浪、扭曲等变 形，不仅增加了许多校正工作，还影响结构强度、几何尺寸的准确性及加工精度 等。其主要产生以下几种变形：1、纵向收缩变形。由于焊接热温度场的作用，使焊缝横向金属压缩而引起 的长度缩短。2、横向收缩变形。构件焊后在垂直方向发生的收缩。3、角向变形。焊后构件的平面绕焊缝产生的角位移。4、弯挠变形。由于焊接

9、边收缩，非焊接边相对伸长引起的变形。5、波浪变形。由于焊缝收缩引起焊缝较远区域的金属受压或受拉产生失稳 而引起的变形。6、扭曲变形。由于纵向焊缝横向收缩不均匀或拼装质量不良，使构件绕自 身轴线扭转而产生的螺旋变形。五、闸门焊接变形的控制根据闸门焊接过程中变形的产生原因和分析，我们采取了以下措施来减小闸 门焊接的变形：1、留余量。根据待焊焊缝长度、坡口形式，对接间隙、焊接线能量，钢板 的厚度和焊缝的横截面积等适当增加各构件的下料尺寸，用以抵消焊缝收缩引起 的纵向和横向收缩变形。2、反变形。施焊前，分析焊件施焊后可能产生变形的方向和大小，在焊接 前使构件发生大小相同、方向相反的变形，以抵消或补偿焊

10、后发生的变形。3、控制焊接线能量。焊接时，构件随焊接线能量的增大，采用小线能量能， 热输入减少，因热量引起的膨胀和收缩就减少，焊接应力减少，变形相应减少。4、采用分段焊接。闸门制造过程中，多数待焊焊缝长度较长，焊接1米以 上的长焊缝时要两头中间断断续续的焊，不要连续焊接，采用逐步退焊、跳焊预 留焊接长度的方法。5、合理的焊接顺序。组焊时要采取合理的焊接顺序，根据闸门焊缝的布置， 要先焊收缩量较大的焊缝，后焊收缩量较小的焊缝；先焊拘束较大而不能自由收 缩的焊缝，后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝。闸门焊接过程中通常先焊接纵 缝，后进行平缝，最后焊接仰缝，采用从整体到局部的次序进行焊接，并保证对 称施焊。6、机械校正。在主梁组合焊缝焊接过程中产生的角变形，我们使用翼缘校正 机等设备对其进行校正，该方法会产生附加应力，因此一般适用于变形不大的结 构件。7、火焰加热矫正。火焰加热矫正是采用火焰加热的方式使局部加