【摘 要】本文简要分析了泄水闸弧形闸门制造过程中的焊接工艺主要部件焊接变形的控制及关键工序质量控制方法。
一.概述
1.1弧形闸门总述
弧形闸门，与其它闸门相比，具有操作简单、启闭力小、运转平稳可靠，泄流条件好等特点，并且在各种环境和工况下均能可靠的工作，因此被广泛应用于水库、水渠、水工隧洞、水闸等水工建筑物上。弧形闸门由支铰、支臂、门叶、止水等几部分组成。门叶作为弧形闸门的重要组成部分，主要由主梁、次梁、隔板、支臂座、吊耳等组成。而闸门的门叶和支臂均为金属结构焊接组装件如何防止制造中构件的焊接变形保证制造质量减少误差成为制造弧门的关键性问题。弧门制作焊接过程中，不仅存在横向和纵向的收缩变形，还存在沿径向的收缩变形，使弧门在拼装焊接后，曲率变小，考虑这一因素的影响，在搭设门叶拼焊弧形工作台时应把弧形工作台的曲率半径加大，加大的曲率半径值一般取设计曲率半径的5%～9%。弧形工作台常采用型钢(角钢、工字钢或槽钢)在光滑平整的钢平台上搭设成立柱式，立柱之间(与立柱顶端平齐)横向可用角钢或稍宽长条废料连接。在弧形闸门的制造中，焊接量大，并且焊缝集中布置在面板内侧，焊接过程中产生的正弯、侧弯、扭曲、波浪变形、角变形等严重影响着闸门制造相关尺寸控制。因此，采用良好的焊接工艺，控制焊接变形至关重要。
1.2材料
所使用的钢材，焊接材料必须满足设计要求和施工图样的要求。钢板的主材为Q345B，其机械性能和化学成份应经检验合格符合现行的国家标准DL/T5018—2004的规定要求。
焊条：E5015
自动焊焊丝：H08MnA，焊剂：HJ431
CO2气体保护焊焊丝：H08Mn2SiA
Q345B为低合金钢，具有优良的焊接性能，一般不会产生热裂现象，如果环境温度过低或焊后冷却速度快，可能会有冷裂现象，因此，对厚度较大件，可采用焊前预热或焊后缓冷的热处理工艺即可防止冷裂缺陷。根据规范要求对腹翼板T形接头(船形焊)进行了焊接工艺评定试验，取得合格的评定报告，得到合理的焊接参数指导整个焊接过程。
二.闸门制造焊接工艺及质量控制
2.1焊接方法及坡口设计
弧门制造中,采用的焊接方法有:手工电弧焊、CO2气体保护焊、埋弧自动焊。焊缝坡口的设计，不仅影响焊接填充量的多少，也影响生产成本、加工难度、生产效率和焊接变形，同时坡口的设计也必须考虑板材的厚度、焊缝的重要性等。综合以上因素，如面板的对接为二类焊缝，对装时不留间隙，背面用碳弧气刨清根，面板对接缝采用手工电弧焊进行焊接。吊耳腹板较厚与主梁组合的焊缝是一类，坡口深度较大，焊缝量较多，设计成单边“U”形坡口，对装间隙2～3mm，采用手工焊先焊非坡口侧封底的焊缝，后焊接坡口侧焊缝，多层多道焊接。吊耳腹板与面板焊缝是一条弧线，为二类焊缝，由于弧线坡口加工困难，采用半自动火焰切割机加工成单边“V”形坡口，减少坡口加工难度，但焊后面板角变形、波浪变形较大，为控制面板的变形，则采用小规范、多层多道焊接。隔梁翼板、腹板工地焊接坡口与主横梁焊接坡口，设计为单边“V”形坡口，采用半自动火焰割机切割而成，加工方法简单、速度快、成本低。主横梁和支臂的腹板与翼板的组合焊缝为二类焊缝，坡口设计为单边“V”形，焊接采用CO2气体保护焊在内侧封底，用埋弧自动焊的船形焊进行外侧焊缝的焊接，可大大的提高生产效力。
相关期刊推荐：《焊接学报》(月刊)创刊于1980年，由中国机械工程学会、中国机械工程学会焊接学会、哈尔滨焊接研究所主办。主要刊登焊接各专业学科理论研究的专题论文和反映焊接新材料、新工艺方法的专题论文。
2.2焊接收缩量的确定
2.2.1面板的收缩量
面板宽度、高度收缩量的确定，面板尺寸影响门叶整体外形尺寸，其弧度为必检项目，边缘弧度直接影响闸门止水效果。为减少门叶整体焊接变形，门叶需要在弧形胎膜上拼接成整体，并将各节门叶面板焊成整体，调整后才进入整体放样大组装状态，所以面板焊接收缩有两次。闸门成形后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最有效的方法是门叶焊接矫正完成后对其进行切边。面板横向收缩量的确定，门叶焊缝主要集中在面板内侧，焊缝纵向收缩产生向内较大的分力，焊接后使面板弧度变小，而露顶式闸门制作弧度要求为±6mm，必须预留收缩余量才能保证焊接后闸门面板的弧度。门叶正弯收缩余量的确定，闸门焊缝主要集中在门叶面板内侧，焊后将产生一个凹向面板侧的正弯，在其弧形胎膜制作时考虑进去。
2.3合理的焊接方法和焊接顺序
2.3.1面板的拼装焊接
面板拼焊前必须按工艺要求在弧门胎膜上对接,调整弧度,节间面板焊接拉板牢固地连接起来,将面板组成一个整体,为增加结构的拘束度减少焊接变形,在弧门胎膜上加焊拉筋拉住面板。在弧度方向的焊缝交错分布，焊接时会产生波浪变形、侧面弯曲变形。因此面板焊接时，应采取如下措施：
1.采用手工电弧焊进行多层多道、小规范焊接，正缝坡口侧焊接三道，背缝用碳弧气刨清根后焊接，打底焊用φ3.2mm焊条，盖面层选用CO2气体保护焊进行盖面。
2.焊接顺序
1).先背缝封底，由中间向外施焊，8名焊工均匀分布，先焊较短的横向对接缝，再焊较长的纵缝(分节缝不焊)，每条焊缝采用间跳焊接法。
2).在内弧侧采用碳弧气刨清根，将所有缺陷及未焊透全部清除。
3).每节门叶可由多名全位置合格焊工同时、同步、分段、对称、交叉、倒退施焊，以单节门叶纵向中心为基准两端对称布置焊工人数，每条焊缝由两名焊工由中间往两端采用分段退步焊，分段长度为400～600mm，单条焊缝焊接顺序首先从中间第二节门叶开始焊接，一节一节向两端延伸。在焊接的同时注意应用风铲进行振动消除各层焊缝间应力，达到减少焊接变形的目的。
4).采用机械加压辅以火焰的方法，矫正焊接变形，修正几何尺寸。
5).全部焊缝要进行外观和无损探伤检验，按二类焊缝检验。合格后方可组装。
焊接过程中设置监控点监控变形情况，及时调整焊接工艺。焊后检查同前，局部变形用火焰加热矫正，重点矫正面板横向平直度。
2.3.2门叶整体拼装焊接
1.门叶焊接加固
根据闸门焊接的特点，焊缝主要集中在面板内侧，为提高结构整体刚性，减少焊接过程中的变形，因此焊接前对门叶进行加固处理。门叶节间的隔梁翼板连接处用工字钢通条点焊加固，隔梁工地连接部位上、下1/3处加钢条进行“十”字支撑加固。分节处面板横向加固在背面用等边角钢点焊牢固。
2.闸门整体焊接的措施
闸门的焊接，立焊缝主要采用手工电弧焊焊接，焊条：E5015 直径φ3.2、φ4.0mm;平角焊采用CO2气体保护焊进行焊接，焊丝：H08Mn2SiA 直径φ1.2mm 。为减少门叶整体焊接变形，特制定如下措施进行控制。原则:由偶数名焊工从门叶纵向中心由内向外,分区、同步、同参数、对称、交叉、分段、倒退焊接。
先焊接隔梁与面板之间的平角缝。分区对称、分段退步焊法;其次焊接小梁和主横梁与面板的平角焊缝，采用分段退步焊法(分段长度为500mm)，在同一节门叶上的所有主横梁和小梁必须同时开焊，每根梁的焊接部位以门叶纵向中心为基准同步进行。
三.结语
门叶作为钢结构件，其焊接质量的好坏直接影响闸门的启闭力、密封性与工作可靠性，因此必须采取合理的焊接工艺，减少焊接变形，保证门叶的焊接质量。从产品检验结果来看,该工艺是可行和成功的，焊接变形得到了良好控制，同时制作效率大大提高，工期提前，节约了生产成本，使弧门整体质量大大提升。为今后的超大型弧门制造中，焊接质量控制提供了可鉴性经验。弧形闸门门叶焊接工艺比较复杂，必须制定合理焊接工艺确定正确的焊接顺序，采取有效的防变形措施，并在制作过程中严格控制，才能减少变形，保证门叶的焊接质量。——论文作者：李东
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