兴隆船闸人字门焊接技术

【摘要】兴隆船闸主体段由上、下闸首和闸室组成，总长256m，航槽净宽23m，结构均采用整体式U形结构。上游通航水位为37.8m/35.9m，下游通航水位为37.8m/29.7m。在上、下闸首部位各布置了一扇钢质人字闸门。上闸首人字门分三节制造，下闸首分六节制造。门叶现场直立拼焊成一体。门体的主要材料为Q345C，板厚从10～40mm不等。门体焊接工作量大，焊接强度高，工期紧张，施工空间狭小，门体结构复杂，焊接应力控制严格。从焊接变形分析、焊接前控制、焊接中的监控，对焊接工艺、焊接顺序等进行经验总结，为以后类似的人字门焊接提供参考。

【关键字】焊接工艺评定；变形分析及焊接前控制；焊接监控；焊接顺序及工位安排

1.概述

兴隆船闸主体段由上、下闸首和闸室组成，总长256m，航槽净宽23m，结构均采用整体式U形结构。上游通航水位为37.8m/35.9m，下游通航水位为37.8m/29.7m。在上、下闸首部位各布置了一扇钢质人字闸门。上闸首人字门分三节制造，下闸首分六节制造。现场直立拼焊成一体。门体的主要材料为Q345C，板厚从10～40mm不等。船闸人字门焊接工作量大，焊缝较长，焊接强度高。因通航时间和设备安装，工期特别紧张。板厚数量多，接头形式多样，间隙大，门体结构复杂，施工空间较小；焊接变形，焊接应力控制，特别是端板正、侧直线度要小于5mm，以保证支、枕垫块的安装和环氧砂浆的填注。

人字门的安装是船闸工程中主要的单元之一，其安装质量直接关系到船闸的运行和使用寿命。焊接作为人字门安装的主要工序之一，门叶焊接质量的好坏直接影响到人字门的承压能力和使用寿命。业主、设计、监理、施工同样都给予了高度的重视。

2.焊接工艺评定及焊接注意事项

结合工程的实际情况及质量要求，根据现行的DL/T5018-2004规范，制定了人字门焊接要求及规范。在焊接前进行了焊接工艺评定。主要评定结果见表二、表三。结合评定结果及现场实际情况，要求在施工中遵循以下要求：

①焊接时采用多层多道焊、对称、分段退步焊的方法进行，对接缝一面焊接封底后，另一面清根封底，而后再双面焊满。每层缝厚度要求小于6mm，层间接头错开300mm以上（端板除外）。各对称焊的焊接线能量以及焊工在焊接速度和电压、电流大小上应尽可能一致。

②对于大间隙的焊缝，要求在焊缝坡口两侧进行堆焊，待间隙小于5mm左右后在进行焊接。

③先焊接变形控制严格的，先焊接拘束力较大的焊缝，后焊自由度较大的焊缝。

④焊接材料的保管和烘焙。焊条、焊剂放置在通风、干燥的专用库房内，温度保持在5℃以上，相对湿度不大于50%。在施工现场建立专用焊条库，有专人保管、烘焙和发放，及时做好烘焙实测温度和焊条发放及回收记录，烘焙温度和时间严格按焊条说明书规定进行。烘焙后的焊条保存在100-150℃的恒温箱内。施焊时待用焊条放在具有电源的保温箱中，随焊随取。

⑤焊缝的返修。焊缝缺陷采用碳弧气刨或者砂轮处理，并用砂轮修磨至便于焊接的破口。焊缝同一部位的返修不要超过两次。超过两次以上要查明原因，制定可行的反修措施。

3.人字门焊接变形分析及焊接前控制

①变形分析。由于门叶结构上、下游方向不对称，上游面有面板，下游面无面板，门叶重心偏向上游侧，焊缝重心也偏向上游侧。这样，焊缝沿门体高度方向的收缩，使得门体有向上游倾倒的趋势；焊缝在门厚方向的不对称分布，使得门体产生厚度方向的角变形。而在门体宽度方向，由于横向刚度较大，焊缝纵向收缩很小，可不作考虑。门体其它方面的焊接变形，因变形量较小，不影响门叶整体的几何尺寸，在焊接控制时可不作考虑。

②焊接前控制。在门节拼装时预留反变形。在门叶拼装时，使门叶向下游方向略作倾斜，即留一定数值的反变形。同样，在点固焊和正式焊接时，先将下游面隔板后翼与主梁后翼缘的对接缝焊好，以在面板焊接之前能尽可能增大门叶刚度。根据以往经验，反变形数值一般为拼装门段高度的0.6%-1.0%，即3m高的门段反变形数值在1.8-3mm之间。但具体留多少要根据门体的实际情况不断分析总结才能趋于合理。

4.门叶组对和焊接监控

4.1门叶节间组对

门体的板块在运输、吊装、焊接过程中易产生变形，加上焊接应力自然失效，节间隙插口多等原因，难以恢复制造组对时的情况。从安装现场情况看，普遍存在间隙过大、接口错牙、面板变形等情况。这要求门叶的组装要尽量达到最佳状态，以便较好的控制门叶变形。同时在定位焊与正式焊接过程中，要控制焊接顺序，强调焊接方向、加强焊接监控使焊接变形在可控状态。

4.2焊接监控

焊接过程中，设专人监视检测门体变形，一旦发现焊接变形较大，应停止施焊，及时采取刨削焊缝重新施焊或者用改变焊接顺序、调整焊接方向等措施来减小变形。焊缝刨削不宜超过2次，否则影响焊缝内在质量。

焊接时监测门体的倾斜方向及大小，要选好基准点，并且始终以这基准点为测量依据，根据门体制作时的组成（两柱），使用悬挂2条重锤线的方法测量：门轴柱、斜接柱中心各挂一重锤，每两节间焊接流程结束，待焊缝冷却后进行测量。并与组装时的测量结果做比较，若变形较大，需调整工序。但焊缝未冷却或加热时，测量的结果往往与实际相反，不能以此测量数据作为依据，误导后续焊接顺序及工序安排。

5.焊接顺序及工位安排

焊接变形控制的重点是人字门斜接柱、门轴柱正、侧直线度。人字门焊接顺序应以斜接柱端板和门轴柱先定位焊，横向收缩大的接头先焊接为原则，来减少门叶倾斜变形，减小焊接应力，这样利于焊接变形控制。对称焊接的同时，对影响门体焊接顺序工位安排尽量减少，并且先焊小立缝。具体门叶分段接缝焊接顺序及工位布置：①端板内缝②端板外侧③推力隔板④端隔板⑤端柱下游翼板⑥隔板后翼缘⑦中间隔板下游半宽⑧中间隔板上游半宽⑨面板外侧⑩面板内侧与主梁翼板贴角焊。焊接方向和工序如（图一）所示。

6.焊接残余应力

锤击焊缝消除应力。锤击焊缝尤其是面板侧（不允许的部位除外），可以有效消除应力，减少焊接变形。而且还可以达到除渣的目的。对于厚度大于36mm的板材，如推力隔板要采取后热消氢处理，后热要在焊后立即进行。后热温度为250-350℃。保温时间为80分钟，焊后立即进行消除应力热处理可不作后热消氢处理。

人字门为不对称结构，消应对整条焊缝而言只是局部的。消应效果到底有多大，未消应的焊缝应力扩大多少（从消应后门体向上游倾倒可以看出），有待进一步探讨。但保证正常的焊接顺序与工位安排、严格控制焊接工艺是降低焊接残余应力的有效途径。

7.实施效果

门体的几何尺寸：门轴柱、斜接柱的正、侧直线度均在控制范围之内，在拆除门体全部安装支撑后，门体成自由悬挂状态，门轴柱、斜接柱的正、侧直线度也没有徒变点，可见焊接应力是较小的。

焊接质量：焊缝外观质量、超声探伤合格率达97%以上，其中超声探伤全部合格，无一处返修。

8.结语

从焊接工艺评定、变形分析及焊接前控制制定详细可行的焊接工艺、焊接顺序，并做到及时准确监测，对确保焊接质量十分重要。建立严格的质量保证体系，加强工序间的传递，使工程质量具有可追溯性。兴隆船闸人字门无论从施工布置、安装精度，还是从焊接控制都是与以往施工不能相比拟的，除了依靠丰富的施工经验，遇到新问题一边探讨一边解决，一边总结推广新方法、新经验。通过实践证明，上述采用的施工方法是可行的有效的，并且已得到业主、设计以及监理单位的肯定。