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平板防水闸门焊接变形的预防及矫正
作者：廖生红
来源：《中国科技博览》2017年第36期
[摘 要]焊接变形是焊接生产中普遍存在的现象。对于一些结构简单、焊接量小的焊接结构，焊接变形的防止是比较容易做到的。但是对于结构复杂、焊接量大、技术要求高的焊接结构的变形问题，则应综合考虑各种防止变形的方法，采用适当的工艺装备和工艺路线，才能有效地防止焊接变形。
[关键词]平板防水闸门；焊接变形；预防；矫正
中图分类号：TG44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）36-0224-01 1、焊接变形产生的原因
焊接变形产生的最根本原因是焊件受热或冷却不均匀，焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件的刚性是产生或影响焊接应力和变形的重要原因。由以上分析可见，焊接应力变形产生的根源是焊接受热不均，膨胀不自由，因而产生不均匀压缩塑性变形所造成的。 2、闸门焊接变形控制的难点分析 2.1 焊接变形分析
钢材的熔化焊是在接头处局部加热，使被焊接材料与添加的焊接材料熔化成液体金属，形成熔池，随后冷却凝固成固态金属。由于焊接加热，融合线以外的母材产生膨胀，接着冷却，熔池金属和熔合线附近母材产生收缩，因加热、冷却这种热变化在局部范围急速地进行，膨胀和收缩变形均受到拘束而产生塑性变形。这样，在焊接完成并冷却至常温后该塑性变形残留下来，因而引起结构的形状和尺寸变化。焊接残余变形对结构的影响分为整体变形和局部变形。 2.2 平板闸门焊接变形分析
平板闸门主要由面板、主梁、边梁、纵梁、次梁等部件构成，闸门的制造工艺是首先完成各部件的组拼、焊接、校正，然后再进行闸门整体大拼装和焊接，因此闸门变形的控制难点在于既要控制各种部件的焊接变形，又要控制闸门整体拼装、焊接时的焊接变形，关键控制点在于控制闸门整体拼装焊接时产生的焊接变形。面板焊接后会产生波浪变形，焊接时通过合理制定焊缝坡口形式和焊接顺序可以减小该变形，焊后采用铆枪释放局部应力可以消除大部分波浪变形。
3、平板防水闸门焊接变形的预防及矫正
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为了更好地控制门叶的焊接变形，在闸门制作过程中要从下料、坡口制备、梁系小拼装、梁系校正、门叶整体拼装、焊接工艺和焊接顺序等方面进行焊接变形控制。 3.1 滑动闸门制造工艺
滑动闸门制造工艺流程图见图1。 3.2 下料、坡口制备
板材下料采用数控切割机和半自动切割机，梁系的腹板、翼板及面板坡口加工采用12m刨边机，下料切割时预留刨边余量。面板四周留20～30mm修边余量，梁系腹板、翼板下料时留出焊接收缩量和加工余量。 3.3 梁系小拼装
温泉水电站表孔溢洪道平面滑动检修门梁系主要有主梁、边梁、纵梁和次梁等，主梁为变截面“工”字型组合梁，边梁、纵梁为“T”形梁，次梁为型钢。梁系小拼装在专用平台上进行，严格控制拼装间隙不大于1.0mm。梁系焊接采用埋弧自动焊，焊接完后用火焰或机械矫正正面弯曲、侧面弯曲、扭曲和翼板角变形，要求达到翼板角变形不大于2.0mm，正面弯曲不大于4mm，侧面弯曲不大于6mm，扭曲不大于2mm。 3.4 门叶整体拼装
搭设平台，根据闸门梁系分布将支点设置在各梁系的交接处，要求平台平面度不大于2mm，在平台上将上、中、下节门叶面板拼成整体，然后拼装主梁、边梁、纵梁、次梁等，严格控制拼装间隙，若局部间隙过大则焊接收缩量也大，将引起应力集中造成门叶变形，要求局部拼装间隙不得大于3mm。 3.5 门叶焊接 3.5.1 焊前准备
用千斤顶将门叶调平后进行焊接，焊接主要采用变形小、效率高的CO2气体保护焊，手工电弧焊用于CO2气体保护焊难以操作的狭小空间处的焊接。焊前将施焊部位两侧20mm范围内清理干净，无油脂等污物，坡口内的氧化皮、铁锈必须打磨露出金属光泽。焊条焊前要在350℃～400℃烘箱内烘烤1～2h，在100℃～150℃温度下保温，随取随用，避免焊条受潮影响焊接性能和焊接质量。 3.5.2 焊接工艺要求
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为控制焊接变形，减少残余应力，焊接时按照已评定的焊接工艺，采用多层多道、分段退焊、对称施焊的方法，严格控制线能量输入和焊接速度，焊接工艺参数见表1。
拼装加固定位焊要求与正式焊缝一样，加固长度为50mm以上，间距为100～400mm，定位焊处的裂纹、气孔、夹渣等缺陷在焊前必须清理干净。严禁在非焊接区引弧，焊接完成后要仔细检查清理焊缝表面，清除飞溅、焊瘤等。 3.5.3 焊接顺序
焊接顺序是控制闸门焊接变形的关键，先焊平缝再焊立缝最后焊贴角缝，由4～8名焊工从中心向两侧对称施焊，先段焊后补齐，主要焊接顺序如下：（1）焊主梁、边梁、纵梁后翼板之间的对接焊缝；（2）焊主梁与边梁腹板之间的组合焊缝；（3）焊纵梁腹板与主梁腹板之间的角焊缝；（4）焊主梁前翼板与面板之间的贴角焊缝；（5）焊纵梁腹板、边梁腹板与面板之间的贴角焊缝；（6）其它焊缝。 3.5.4 焊后检验及校正
门叶整体焊接完成后进行检测，检测结果见表2
闸门焊后各检测项目基本符合规范要求，只是在闸门面板边缘局部存在一定变形，平面度超标，采用火焰校正后达到规范要求，然后进行划线切割面板、机加工、钻孔、防腐、组装附件等工作。 4、结语
总之，通过以上的工艺措施和质量控制措施，闸门焊后各项指标达到设计图纸和施工规范的要求。由于闸门尺寸较大而面板较薄，焊后面板局部平面度超标，经火焰校正后满足了规范要求。今后将改进面板处焊缝的焊接工艺，采用小直径焊条、小电流分段退步焊，以减小局部变形达到规范要求。 参考文献
[1] 李国锋，滕勇，王勇.井下防水闸门的有限元分析研究[J].能源与技术与管理，2013，（1）：157·158.