水工闸门控制焊接变形技术的措施研究

水工闸门控制焊接变形技术的措施研究

普宝章

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650000）

摘 要：随着我国科学技术的不断创新与发展，我国水利水电事业也不断向前推进。水利水电工程的建设离不开水工闸门的制作，按照制作材料进行分类，主要可将水工闸门分为钢闸门、钢筋混凝土闸门以及铸造闸门等。通常情况下，钢闸门在水利水电工程中的应用比较广泛，大多数钢闸门都是采用焊接工艺制作的，这就要求制作人员掌握熟练的焊接工艺，并采取有效的措施控制焊接变形问题。文章就针对控制焊接变形技术的相关措施进行了分析和研究，以供参考。

关键词：控制；焊接变形技术；措施

众所周知，我国经济社会的发展、人们生活水平的提升，与水利工程建设质量息息相关。为了保证水利工程的综合质量，就必须注重水工闸门的选择及制作安装环节。焊接结构的闸门，在水利水电工程中的应用范围最为广泛，其使用寿命也比较长，但是在焊接过程中很容易出现变形问题，对水利工程的正常运行造成了影响。因此，施工人员必须进一步提升焊接技术水准，控制焊接过程中产生的焊接应力，最大限度避免焊接变形问题的出现，进而确保水工闸门的质量。

1 焊接变形问题出现的原因

（1）单个构件的制作工艺不过关。水工闸门中包含许多单个构件，若这些单个构件的制作工艺不过关，则很可能导致水工闸门在焊接时出现变形。按照制作要求，水工闸门的单个构件在组装的时候，必须保证留出一定的间隙。但是有些技术操作人员，由于自身专业知识的欠缺，在组装单个构件的过程中要么间隙过大，要么间隙过小，导致焊接变形问题的出现。一旦出现焊接变形，不仅会影响到单个构件自身的尺寸大小，还会对门叶的总体安装质量造成严重影响，进而影响闸门的使用功能和减少使用寿命。除了单个构件之间的间隙不合理会导致焊接变形外，单个构件顶部的坡口形状也会对焊接变形产生一定的影响。

（2）门叶的整体焊接质量偏低。水工闸门的各部分质量，都会对其整体焊接质量产生一定地影响。从当前的现状来看，门叶的整体焊接质量偏低，是造成焊接变形问题出现的一大主要原因。门叶的焊接是水工闸门制作的重要工序之一，在该工序中，施工监理人员必须有效控制焊接施工人员数量及素质、焊接必要工艺技术、焊接基本流程等。但是，一些监督管理人员往往在工作中疏于职守，导致门叶焊接过程中出现各种不必要的问题，进而致使焊接变形的出现。

（3）门叶拼装误差偏大。门叶的拼装是水工闸门制作的重要步骤，也是最容易出现问题的环节。一般来说，门叶的拼装都要求严格按照设计图纸进行，必须确保拼装的准确性。但是，由于多方面的原因，门叶的拼装经常出现各种问题，其中误差偏大十分常见，导致门叶焊接的变形程度加大。

2 控制焊接变形的技术方法

（1）振动焊接法。与其他焊接技术方法相比，振动焊接法具有一定的优势。该技术以振动时效理论为基础，是一项创新型的焊接工艺。采用该工艺进行焊接，可有效降低焊接过程中产生的残余应力，进而控制焊接变形的出现。研究结果表明，振动焊接法对水工钢闸门出现的横向收缩变形和控制角变形，都能起到很大的改善作用。普通焊接法的横向收缩变形在3mm左右，而采用振动焊接法可将横向收缩变形降低到1.3mm左右。

（2）预应力法。预应力法是比较常见的焊接变形控制方法，该方法又可分为预应力法和预拉伸法。预应力法主要是通过采用施加外力或加热的方法，控制焊接变形程度。预拉伸法主要是采取在焊接缝隙方向上施加适当拉伸力的方法，并在焊接完成后冷却卸载，从而达到降低变形程度的目的。

（3）退火法。退火法是建立在焊接变形规律基础之上的一种控制变形的方法，采用该方法来控制水工闸门的焊接变形，首先应将需要焊接的构件采用专门制作的夹具进行固定。构件在固定的条件下进行焊接，一般不会出现变形问题，但如果在焊接工作完成之后，直接拆除夹具的话，就会产生过高的残余应力，导致焊接变形出现。因此，必须在焊接工作结束而未拆除夹具的条件下，将其放入退火炉中加热，直到温度达到600～650℃，并保温4小时左右。在保温的过程中，被焊接构件的温度会随着炉子温度的降低而逐渐降低，最终达到与室内一样的温度，此时残余应力便完全消散了，即使解除夹具的束缚也不会发生变形。

3 控制焊接变形的相关措施

3.1 规范焊接流程

（1）焊接总原则：焊接流程对焊接变形的产生具有直接影响，因此，必须进一步规范焊接流程，避免各种不规范操作的出现。对于水工闸门的制作来说，在焊接过程中，应对距离形心轴较近的构件进行优先焊接；若遇到形心轴两端出现都有焊接缝隙的情况，应首先焊接焊缝较少的一侧，对长焊缝的焊接必须采用断续焊接的方法，这样才能有效减少焊接变形的出现。例如柬埔寨桑河二级水电站进水口检修门叶结构件为工字梁型式，其中长为12660mm，翼板宽为500mm，高为2344mm，焊接时翼板多向内侧发生弧形弯曲变形，要求采用分段退焊法或多层阶梯形焊接法，尽量减轻焊接变形，焊接由偶数名焊工对称施焊，遵循分区对称焊接、由中间向两边扩散的原则。门叶结构整体焊接次序为先大件后小件，先总体后局部。以门叶垂直中心线（或隔板）、主梁中心线等为界，将整个门叶划分为几个对称的焊接区域，焊接时必须由中心向外侧对称分段逆向施焊。要求焊工严格按工艺卡中的规定采用统一的焊接工艺参数，包括：焊条种类、牌号和直径；焊接电流的种类、极性和大小；焊接电压；焊接速度；焊道层次和每层焊道数目等都要一致，以控制对称位置的焊接线能量基本相同。为减小焊接变形应先焊靠后翼板方向的平焊，此部分焊缝焊接完毕后，其余焊缝原则上采用扩散焊法先立焊后平焊。

（2）焊接顺序：①焊接隔板、主梁及边梁后翼板之间的平焊及隔板腹板与主梁后翼板的仰焊。②焊接主梁腹板与边梁腹板的组合焊缝，使门叶形成框架结构，能较好地抵御门叶整体焊接变形。采用分段退步焊法，总体是从上往下，而每段则是从下往上，分段长度以两根（或三根）焊条所能焊接的长度为宜。③焊接主梁与隔板腹板的立角焊缝，采用分段退步焊法。④焊接水平次梁与边梁的连接缝、角焊缝、筋板与水平次梁的平角焊缝等。⑤梁系之间的焊缝全部完成，可进行面板与梁系框架连接缝的焊接。其中，先焊主横梁与面板连接的平角焊、再焊接边梁与面板连接的平角焊，最后焊接隔板与面板之间的平角焊，采用分区对称、分段退步焊法。

（3）焊接方法和要求：①闸门焊接方法为熔化极气体保护焊，主要采用CO2气体保护焊。②焊接前必须对焊缝进行清理，可用钢丝刷清理或烤枪烘烤。③必须由合格焊工进行焊接。④施焊时，某一单元、某一部分的焊缝应连续焊完，不可中断。⑤采用对称分段焊法，分段长度可为100～200mm。⑥焊缝形状系数控制在1.3～2.0。⑦多层多道焊时，层间接头应错开30mm以上，每层厚度不大于5mm，以避免焊接应力集中，造成较大的焊接变形。

（4）变形监测和控制。焊接过程中由技术人员对门叶的变形随时进行监测，定时用水平仪观测门叶变形及焊接收缩情况，以便随时发现问题并及时处理。对于出现整体弯曲，若是按规范要求凸向迎水面，且不超过允许值，则是正常的。若是凸向相反的方向则必须进行调整，可用调整焊接线能量的方法，用改变焊接顺序的方法，用改变门叶支垫点等方法加以控制。

3.2 提高技术工艺标准

焊接技术工艺会对焊接质量产生一定的影响，若技术工艺不符合标准，必然会导致焊接变形出现的机率增加。所以，应严格控制焊接工艺，提高技术工艺标准。①在焊接工作开始之前，应对各项必要的技术工艺进行测评，对技术不达标的操作人员应严格取缔。②应制定一个完整而科学的技术工艺标准，要求所有操作人员都必须严格按照标准执行，这样就能减少焊接变形的出现。最后，应对传统技术工艺进行更新。

3.3 严格控制误差

误差是造成焊接变形的一个十分重要的因素，因此，必须在焊接过程中严格控制误差。①在单个构件的制作过程中，应保证各构件组装间隙合理，因为间隙越大，焊接时产生的应力就越大，导致变形程度加大，严重的还会导致整个焊接结构的变形。一般来说，单个构件之间的间隙应当小于3mm。②应当科学地控制门叶拼装的误差，严格按照组装的规范顺序进行，需要注意的是，在对腹板进行组装的时候，首先必须进行定位，这样才能将误差降到最低。

4 结束语

综上所述，水工闸门的质量对我国水利水电事业的发展具有重要影响，闸门焊接变形问题是水工闸门制作过程中比较常见的问题。该问题不仅会使闸门的使用效果降低，同时还可能对水库的封水功能造成影响，威胁到人们的生命财产安全。因此，必须引起高度重视，要从根本上解决该问题，必须采取科学的焊接变形控制技术方法，另外还必须根据各项可能导致变形的影响因素，制定科学有效的控制措施，包括控制组装误差、减小间隙等。这样才能实现焊接质量提升的目标。

参考文献：

[1]孙强,王霞,孙敬.水工钢闸门门叶焊接变形的预防和控制[J].东北水利水电,2009,(7):8-10.

[2]路彬.水工平面钢闸门焊接变形的控制技术和矫正方法探讨[J].水利科技与经济,2014,(6):149-150.

中图分类号：P755.1

文献标志码：A

文章编号：1671-3818（2016）04-0022-02

作者简介：普宝章（1986-），男，彝族，大学本科，云南楚雄人，助理工程师，研究方向：水工金属结构制造。