水利工程船闸人字门的焊接变形控制

摘要：论文结合工程实例，论述了水利工程船闸人字门的安装焊接收缩变形控制，以供参考。关键词:人字门；焊接工艺；变形控制1概述某水利工程在船闸上下闸首布置人字闸门，每套门由两扇门组成，每扇门由6～9节门叶现场拼装、焊接而成。节间通过现场焊接连接，板材主要厚度为：ξ12－ξ50等9种规格。门叶制作所用板材材质有：DH32，DH36，Q345B，Q345D4种。单节门叶最重：78．811t。几何尺寸：长×宽×高为20.2m×2.98m×3.20m，单扇门总重达450．51t，几何尺寸：长×宽×高为20.2m×2.98mx24.9m。人字门拼焊最终应达到的技术要求：a.从全开到全关过程中旋转门叶时斜接柱上任意一点的跳动量≤15mm：b.底横梁在斜接柱一端的下垂度≤4.0mm；c.门轴柱侧面直线度≤4.0mm，斜接柱直线度≤5.0mm，门轴柱斜接柱侧面直线度≤5.0mm；c.门叶横向直线度≤4.0m，门叶竖向直线度≤6.0mm。2焊接结构特点分析焊接是整个人字门安装中工作量最大，耗时最多，工艺最为繁杂的一道关键工序。由于人字门尺寸和重量都非常大，必须分节运抵安装现场进行直立组焊。每扇人字门门叶节间有6条安装焊缝，每条焊缝总长约34m，焊接工作量大、强度高，而且门体结构复杂、材料等级高，焊接接头型式多样，技术控制工艺要求严格。门体现场拼焊质量的好坏，不仅关系到是否能保证门体垂直，而且关系到内在质量的好坏，关系到人字门门体是否能承受巨大水压力并将压力可靠向支持体传递；其次门叶在厚度方向的不对称，必然引起门叶焊接收缩的不均匀，使门体产生焊接变形。因此，必须制定焊接变形控制措施并严格执行；再则由于工地焊缝不具备整体消应的条件，但仍要求对边柱推力隔板与主梁腹板组合焊缝、端板对接焊缝、纵向加肋板与主梁下翼板对接焊缝等板厚超过36mm的部位进行局部消除应力热处理，热处理必然也会对门体结构的变形及应力分布产生影响。因此，热处理工艺的制定和落实至关重要。3焊接工艺评定与要求3.1焊接工艺评定根据设计和规程规范要求，针对人字门的材质、板厚、接头型式等制定如下焊接工艺评定方案。3.2焊接方法及工艺要求根据安装现场实际，焊接方法采用焊条电弧焊，主要设备为逆变焊机，工艺要求如下：3.2.1要焊透；3.2.2清根方式：采用碳棒气刨；3.2.3焊缝表面平凹凸≤2.5mm；3.2.4焊高／焊脚高：8m～12mm；3.2.5焊缝类别：I，Ⅱ，Ⅲ；3.2.6探伤方式、比例：磁粉、超声；3.2.7层间清理：气铲及毛刷；添3.2.绘8汽层间消应：气饺铲；翠3.2.情9今加热方式：履码带式加热板、武温控柜。烧4袄焊接参数及焊轮接工位安排筒4.茶1夸焊接参数结合鼠焊接工艺评定幕与焊接工艺要统求，在人字门百焊接中各参数扑应进行严格把的关。霉4.堤2龟焊接顺序及工馒位安排礼4.杏3御焊接顺序及工卫位安排燕人字门两端柱绳正、侧向垂直颗度是焊接变形浆控制的重点，肤但从减小焊接繁应力考虑，应腐先焊横向收缩未较大的焊接接材头，此时门体断自由度较大，抄不致于引起较剑大的焊接应力吊。因此，在焊缝接变形、焊接晕应力这对矛盾亚统一体中要综库合考虑。结合响焊接工艺评定透方案和现场实楚际情况，具体扭应遵循如下原垫则：涂4.3.少1授焊接由两端到扬中间、由内到顺外的顺序。由凉于门体结构的筒特点及安装精养度要求，先焊译两端柱，后焊暂门体中间部位敞，因门体中部己上游焊缝多于桃下游面，先焊缴下游面待门体耕达到一定的刚诱度后，再焊上帐游面焊缝。巡4.3.戚2虫对称焊接的同畜时，对影响门尺体变形的焊接蹈顺序、焊工工伐位安排尽可能散少，并尽可能探焊挡板或先焊旨小的立焊。袍4.3.猾3踪加强每个焊接剩流程的监控，鼠根据监控结果愧适时调整焊接需顺序，加强工看序间的传递。希根据上述原则程，制定了焊接霞流程求及威8减名焊接工位的题布置：端板推串力隔板推力隔寨板加劲板及端鹿隔包板卷-壁中间竖隔缘板幼-毯后翼缘立出焊梅-俭后翼乌缘武-薪前翼缘立昨焊妻→纺面板帖角州焊逢-摩面板对接焊及溉前翼缘焊。启5鬼焊接变形分析述与控制秆5.舌1夫纵向收缩变形压工件在热源作猴用下产生沿焊睁缝长度方向的扇纵向膨胀，此岸膨胀受外部拘旧束而被限制即欲产生纵向压缩溪塑性变形，在丸冷却过程中该哥塑性不能完全希回复而产生纵德向收缩变形。父在实际施工中时，由于纵向长轧焊缝主要是面灰板对接缝和贴化角缝；下游面潜为空格结构，捡纵向焊缝较少思，因此纵向收舌缩变形可不考缴虑。搏5.张2智横向收缩变形容及角变形工件拒在热源作用下规产生垂直于焊幼缝方向的横向姑膨胀，此膨胀夜受外部拘束而照被限制即产生城横向压缩塑性切变形，在冷却练过程中该塑性否不能完全回复蜡而产生横向收侄缩变形。低合吃金钢对接、角粮焊缝每米引起图的横向收缩感量单△染B返为：对接逢焊饺△惠B=1.2×徒10.5q废v匠／蜂δ研；角焊缝辱衄丈=1.2×1睬0.5q拴v煮／窄δ予；其陶中娃δ析为厚板。通过缴计算沿高度方亦向每条焊缝平井均收塞缩肿2.0m纺m兄，因人字门板动厚及结构的变枝化，在实际施林工中焊缝收缩国量歇为贵1.匹8衫～咱2.3m咳m颈。由于焊缝横毁向收缩力大小督及力到门体惯胡性中心距的不泥同，产生的力损偶大小也不同煎。这势必使门码体向上游方向话倾斜。通过理添论公式初步计拥算出每米倾斜仆大略小咱△吹A来及方向：每米枣向上游倾驶斜霉0.情3孕～删0.6m恳m香间。对于角变摄形的控制：为袄考虑到门体厚草度、刚度大，易加之通过合理瘦的安排焊接顺屈序，因此没有秘预留焊接反变越形。对出现稍筑向上游倾斜时秆，可在下一节窃门拼装中将面赚板不进行定位敞焊，只验用学“再马揭尖飞”宽压紧，使上游避面处于较自由挨的状态。这样薪焊接后翼缘时错可使门体每米惠可向下游倾甜斜锅1.5m溜m阅左右，相当于并预留了焊接反证变形。惹5.妇3旨焊接监控焊接萄时监测门体的于倾斜方向及大电小，就要选好饲基准点。并始县终以这一基准绘点为测量依据贺。根据门体制稍作时堡由捐3劲个单冷元略(咬两柱及中间部哥位屿)醒组成，在施工赴中通过悬驰挂骗3沈条重锤的方法蔽进行测量：两敬端柱中心各挂汤一重锤，面板尝半宽方向挂重恶锤。每一个焊畜接流程结果，逮待焊缝冷却后免进行测量，并鄙与拼装及上一前流程的测量结研果作比较，若衔变形较大则适妇时调整工序。栋但焊缝未冷却韵或加热时，测判量的结果往往盼与实际相反，伏不能以此测量默数据作依据，崭误导后续焊接释顺序及工位安戚排。比5.夹4亦焊接残余应力饿及热处理低合楚金钢冷裂敏感馆性较大，拘束背强度也较大，澡致使焊后应力筐较大。特别是恒板参厚烟δ圣≥护32m董m它主要是端板，帅推力隔板和端构柱后翼板，要由求在焊前预热如、焊层加热、研焊后热处理工计艺措施。热处暴理采用的设备竹为温控柜带远挡红外履带加热香板进行加热，器使用热电偶测忍温仪及红外线页测温枪测控温俘度。消应为局做部处理，而且喜热处理必然对楚门叶焊接变形活控制产生影响棚，同时温度附贯加应力与原焊机接残余应力叠兼加也会使整体隙应力分布变得寄复杂。考虑到动各种因素的影兆响，热处理采任用以下两种方谨案：衫5.4.绝1涌将热处理分两无步进行，在端捕板对接缝及推脉力隔板与主梁谅腹板组合焊缝弊焊接完成后先跃进行消应，然宁后再焊接剩余横焊缝，最后进臭行其它需消应隆焊缝的热处理掩。这种方案的袋优点是可以有梢效避免消应过撤程中附加温度廉应力的产生和前转移，缺点是悲施工环节多，梅对焊接变形影冻响较大。锐5.4.触2贯在门体全部焊须接完成后按热史处理曲线进行伏热处理，这种州方案的优点