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某弧形閘門門葉焊接變形控制技術(shù)

文檔作者：王定蒼，趙文芳文檔來源：武謄水電第二總隊		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月01日
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2012年6月下
第4l卷第367期
施工技術(shù)
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY 67
某弧形閘門門葉焊接變形控制技術(shù)
王定蒼，趙文芳
(武謄水電第二總隊，江西南昌330096)
[摘要】門葉是閘門的重要構(gòu)件，門葉的加工、裝配和焊接質(zhì)量對閘門的安裝和使用有重要影響。結(jié)合江口水電站
溢洪道弧形工作閘門門葉焊接工程，詳細(xì)介紹了弧形閘門門葉焊接工藝流程和控制要點，包括單件焊接、骨架焊接
等。通過數(shù)據(jù)檢驗結(jié)果表明，通過合理的焊接順序和預(yù)留反變形措施．江口弧形閘門門葉結(jié)構(gòu)變形尺寸得到有效
控制。
[關(guān)鍵詞】水電站；閘f-j；f-j葉；焊接；變形
[中圖分類號】TU758；TG457．5 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1002-8498(2012)12-0067-03
Welding Deformation Control on Some Radial Gate Leaf
Wang Dingcang，Zhao Wenfang
(No．2 Hydropower Force ofArmed Polwe，Nanehang，Jiangxi 330096，China)
Abstract：Gate leaf is important components of sluice gate，and the gate leaf manufaturing，assembly and
welding quality have great influence to the assembly and using of sluice gate．Combined with the spiHway
radial gate leaf welding projeet of Jiangkou Hydroelectric Power Station，the welding process and control
points of radial gate leaf are introduced including single parts welding and skeleton welding．The results
show that the structure deformation are effectively controlled by reasonable welding process and
reservation anti．deformation method．
Key words：hydroelectric power stations；sluice gate；gate leaf；welding；deformation
門葉是閘門的重要構(gòu)件，弧門的門葉由面板、
主梁、小梁及隔板等組焊而成。由于門葉的幾何形
狀比較復(fù)雜，焊縫密集，應(yīng)力分布又較集中，容易造
成焊接變形，所以在弧形閘門制作中對構(gòu)件的加
工、裝配和焊接等方面都要采取有效措施，才能防
止構(gòu)件產(chǎn)生過大的焊接變形。如焊接變形超過規(guī)
定標(biāo)準(zhǔn)時，必須加以矯正，使每一個構(gòu)件的尺寸和
本身的平直度符合規(guī)定后，才能拼裝。矯正焊接變
形要花費大量的人力和物力，還會拖延閘門制造的
工期，甚至成為閘門的缺陷，影響閘門的使用。
l 門葉焊接變形產(chǎn)生機(jī)理
焊接工作實際是在閘門構(gòu)件上進(jìn)行局部不均
勻加熱和冷卻，這一過程使構(gòu)件產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變
形。焊接時，構(gòu)件在焊接區(qū)內(nèi)溫度很快上升，受熱
區(qū)金屬膨脹，但膨脹受到周圍溫度較低金屬的阻
礙，使高溫區(qū)的金屬產(chǎn)生壓縮變形。在加熱結(jié)束后
金屬逐漸冷卻時，受熱區(qū)的金屬又產(chǎn)生收縮，同樣
[收稿日期】2012-03·ll
[作者簡介】王定蒼，武警水電第二總隊副參謀長，高級工程師，江西
省南昌市高新區(qū)艾溪湖三路1號330096．電話：15907917792，Email：
wjgejsk@263．net
也受到周圍金屬的阻礙，不能自由收縮，致使構(gòu)件
產(chǎn)生焊接應(yīng)力和焊接變形。在弧形閘門焊接時，縱
向和橫向的收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形
和扭曲變形都有可能產(chǎn)生。
2門葉焊接變形控制方法
焊接變形的大小與構(gòu)件本身的剛度、焊縫在構(gòu)
件的位置、裝配質(zhì)量、焊接順序、焊接方向、焊接電
流、焊接速度、冷卻速度、工件擺放情況等都有關(guān)
系。常用的焊接變形預(yù)防措施有：反變形、利用裝
配、焊接順序來控制變形、構(gòu)件的剛性固定、散熱法
和錘擊焊縫法等?；⌒伍l門構(gòu)件焊接時，主要采用
的是前3種方法。
由門葉的結(jié)構(gòu)形式不同，焊后變形也不相同。
根據(jù)門葉主梁的布置，弧形門葉的結(jié)構(gòu)形式一般分
為橫梁式和縱梁式。在此以江口溢洪道弧形工作
閘門為例，闡述在弧形閘門制作焊接中如何對橫梁
式弧形閘門進(jìn)行焊接及預(yù)防焊接變形的方法作簡
要介紹，供同行在類似的施工中參考。
3江口溢洪道弧形工作閘門概況
江口水電廠溢洪道弧形工作閘門為斜支臂支
萬方數(shù)據(jù)
施工技術(shù)第4l卷
承，寬×高為12．8m×10．9m，血率半徑為11．992m，
門葉重32．“。閘門主材為Q345，面板厚8ram，為橫
主梁式弧門，橫主梁為2根，溢洪道弧形工作閘門如
圖1所示。
圖1江口水電廠溢洪道弧形工作閘門示意
Fig．1 SpillwAy radial sluice gate of
JiangkOU Hydroelectric Power Station
該弧形閘門面板較薄，焊縫集中，門葉組裝焊
接后，要求扭曲≤3mm，兩主梁中心距誤差≤3ram。
所以，施工中必須嚴(yán)格控制門葉焊縫的焊接變形。
3．1制訂合理的焊接工藝
合理的焊接工藝是減少焊接變形的重要手段。
3．1．1弧形閘門門葉單件焊接
弧形閘門的門葉單件主要有主梁、縱隔板和邊
柱。單件焊接主要是主梁的焊接。
主梁一般為工字形梁，在高水頭大型閘門中也
有使用箱形梁的。對于工字形主梁，腹板兩端多采
用變截面。主梁的腹板和翼緣板如需在長度方向
對接，則板塊對接前后都要檢查校直，對接縫焊接
后要檢查直線度。如果主梁腹板允許向上游方向
拱曲，拱曲大小視主梁長度而定，一般控制在
0．05％，但不允許呈明顯折線，更不允許向下游方向
拱曲。主梁拼裝時注意腹板應(yīng)和翼緣垂直。焊接
后注意主梁前翼不能塌邊，以保證主梁前翼與面板
的結(jié)合間隙。
主梁前翼和后翼直線部分采用埋弧自動焊，兩
l上游
端部位的后翼緣采用CO：保護(hù)焊或手工焊。主梁
焊接時，根據(jù)拼裝情況，確定先焊前翼還是先焊后
翼。如拼裝后主梁向下游拱，則先焊下翼緣貼角
縫。如拼裝時向上游拱的太多，則先焊上翼板，如
圖2所示。主梁焊接后測量記錄，同一扇門中兩根
主梁拱曲做到盡可能相同。
3．1．2 弧形閘門門葉骨架焊接
弧形閘門門葉骨架焊接時，首先要清楚骨架焊
縫的分類，以便按焊縫的不同安排焊工和按要求進(jìn)
行焊縫檢測。弧門骨架焊縫的分類和要求如下：①
邊柱后翼板與主梁后翼板的T字形對接縫為I類
焊縫；②主梁腹板與邊柱腹板的角焊縫按I類焊縫
要求；③縱隔板后翼與主梁后翼的T字形對接縫按
l類縫要求；④縱隔板腹板與主梁腹板組合的角焊
縫為Ⅱ類焊縫；⑤吊耳焊縫為I類焊縫；⑥其他如
勁筋板角焊縫等為Ⅲ類焊縫。
門葉骨架焊接順序如下。
1)分節(jié)門葉在拼裝臺上拼組后，要檢查拼組質(zhì)
量，門葉不能有扭曲現(xiàn)象。施焊前，要將所有接縫
處定位點焊都予以加強(qiáng)，做到每隔300ram的焊縫長
度上平均要有長為50，80mm的點焊，以免在焊接
時焊接應(yīng)力把接頭點焊處拉開。點焊順序與門葉
焊接順序相同，同時結(jié)合門葉拼裝的最終檢測情
況，必要時可通過局部變動點焊順序，利用點焊加
長焊時的焊縫收縮變形來消除部分拼裝誤差。
2)加長點焊之后，對門葉骨架總體尺寸進(jìn)行抽
檢，如檢測主梁后翼開擋和對角線，以確認(rèn)骨架加
長點焊后的變形情況。
3)先焊主梁與邊柱后翼對接縫，主梁與縱隔板
后翼對接縫，以進(jìn)一步加強(qiáng)骨架下游面剛度，焊縫
先焊上平面，背縫可以待門葉解體后，再進(jìn)行清根
焊接施工。
4)焊接縱隔板腹板與主梁腹板、主梁與邊梁腹
板的角焊縫。這部分焊縫原則上是從中間格向四
周對稱擴(kuò)散施焊，且每條立縫先焊下游面一半，完
成后再焊上游面一半。原因是上游面有面板與梁
格大量焊縫，收縮量較大，先焊下游面使骨架成為
剛性整體，再焊上游面立縫以減少收縮量。
I上游≮一≮』∥l一壘—一切靄一緣焊縫N
萬方數(shù)據(jù)
2012 No．367 王定蒼等：某弧形閘門門葉焊接變形控制技術(shù)
5)最后焊加勁板等其他焊縫。
6)焊接過程中，拼裝人員每隔4h監(jiān)測門葉變
形情況，若出現(xiàn)較大變形，應(yīng)停止焊接，研究對策，
包括變動焊工工位和焊接順序，使整個焊接過程處
于受控狀態(tài)。
3．1．3 面板與骨架焊接
弧形閘門門葉面板與骨架的焊接主要是主梁
前翼與面板貼角焊縫、縱隔板與面板貼角焊縫、水
平次梁與面板貼角焊縫等。焊接時仍從中心梁格
開始，向四周對稱擴(kuò)散焊接。
3．2門葉預(yù)留反變形措施
為了克服閘門安裝中因焊接變形引起的側(cè)向
傾斜，在門葉拼裝時有意識使拼裝節(jié)向反方向預(yù)先
傾斜。即預(yù)留反變形。尤其是對于像江口水電廠弧
形閘門門葉高度較大，門葉厚度又相對較小，在拼
裝時預(yù)留一定反變形是十分有效的。
橫梁式弧形閘門焊接后主要變形特點是：曲率
半徑變小，面板弧長方向的尺寸收縮較大。故在制
作中，采取的預(yù)防措施是把門葉的曲率半徑適當(dāng)加
大，焊后弧度收縮，曲率半徑變小，成為所需的曲率
半徑。門葉曲率半徑加大后，必須進(jìn)行l(wèi)-l放樣，如
圖3所示。
圖3門葉放地樣示意
Fig．3 Gate leaf lofting
按照以往弧形門葉制造經(jīng)驗，一般曲率半徑在
10—14m，面板弧長在8—16m時，圓弧端部放大值
K一般取3～5ram，放樣半徑R+AR可按K值推算
或放樣得出。放樣半徑R+AR可按下列經(jīng)驗公式
計算： R+AR：地業(yè)掣
式中：A=只(1一cOsa)一足：尺為設(shè)計曲率半徑；a為
設(shè)計面板弧長的一半與圓心0。的夾角；K為圓弧端
部放大值。
江口水電廠溢洪道弧形閘門R=11 992mm，n
=21．258。，K值取4ram，代入上式中求得A=
11 172．5ram，R+A尺=12 05lmm。當(dāng)門葉曲率半徑
加大后，兩主粱問距￡值也應(yīng)相應(yīng)增加，其值為￡+
占，焊接收縮余量5一L／1 200，江口弧形閘門門葉兩
主粱間距L=4 265mm。故6取4ram。放樣后的實際
幾何尺寸作為各單件下料的幾何尺寸，這樣做出各
弧形單件包括隔板等下料的樣板，并根據(jù)放樣后的
面板弧度，做出門葉的檢查樣板。
3．3閘門出廠檢驗數(shù)據(jù)
經(jīng)過合理的焊接順序以及預(yù)留反變形措施，江
口水電廠溢洪道弧形工作門葉各項尺寸得到有效
控制。門葉整體焊前焊后外形尺寸的檢驗結(jié)果如
表1所示。
表I江口弧形閘門焊前焊后外形檢測結(jié)果
Table 1 Structure size of radial
gate leaf before and after welding
4結(jié)語
弧形閘門的制造質(zhì)量是否合乎標(biāo)準(zhǔn)，對閘門順
利進(jìn)行安裝及保證閘門安全運行關(guān)系極大，在制作
方案中，如何防止構(gòu)件的變形，保證制造精度是制
作弧形閘門的關(guān)鍵技術(shù)問題。有針對性地對重點
問題給予重視，采取正確的焊接順序以及根據(jù)門葉
的結(jié)構(gòu)形式制訂相應(yīng)反變形措施，使門葉尺寸與焊
接變形在制作中處于受控狀態(tài)。按照本文施工焊
接以及反變形方法，江口水電廠溢洪道弧形閘門制
作檢測結(jié)果，各技術(shù)參數(shù)均控制在規(guī)范要求內(nèi)，制
作的閘門的質(zhì)量滿足有關(guān)技術(shù)條件要求，駐廠監(jiān)理
一次驗收合格。
參考文獻(xiàn)：
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