关于弧形钢闸门面板铺设不锈钢板的研究

【摘要】一、不锈钢及塞焊孔设计 每节门叶不锈钢板左右对称分两层铺设。不锈钢板的接缝处安排在门叶的梁系结构上，以最大限度控制焊接变形。不锈钢板及塞焊孔的设计如下图1所示。 图1 不锈...

摘要：结合工程实例论述了弧形钢闸门面板铺设不锈钢板的工艺步骤，介绍了焊接变形的控制方法。该闸门面板不锈钢铺设经检测合格，较好的控制了焊接变形，多项质量指标达到优质。

关键词：工程；弧形钢闸门面板铺

中图分类号：TF764+.1 文献标识码：A

引言

向家坝水电站泄洪中孔弧形工作闸门（6m×11.259m-83.475m）结构型式为单吊点主纵梁直支臂结构潜孔式弧形钢闸门，面板曲率半径20m。门叶为主纵梁式，分2个制造单元。主梁为Π型梁，横梁为T型梁，垂直次梁为T型梁。门叶、支臂和铰链整体组装后，须对面板进行机加工，在整体加工后的门叶面板表面上贴焊厚度4mm的不锈钢板，材质为1Cr18Ni9Ti。

一、不锈钢及塞焊孔设计

每节门叶不锈钢板左右对称分两层铺设。不锈钢板的接缝处安排在门叶的梁系结构上，以最大限度控制焊接变形。不锈钢板及塞焊孔的设计如下图1所示。

图1 不锈钢板及塞焊孔设计示意图（展开）

二、不锈钢板铺设方案

（一）不锈钢板卷弧

不锈钢板上的φ20塞焊孔为梅花状布置，采用摇臂钻床钻孔。不锈钢板钻孔完毕后，对其边缘及钻孔部位的毛刺等打磨干净，然后采用卷板机对不锈钢板进行卷弧，要求内弧半径比面板外弧半径（R20000mm）略大，这样方便在铺设时将不锈钢板与闸门面板贴合紧密。

（二）不锈钢板贴板方式及点焊要求

不锈钢板卷弧合格后进行不锈钢板的铺设。不锈钢板铺设在弧门专用拼装平台上、闸门面板朝上（弧门面板中心在最高点）的状态下进行。

图2不锈钢板贴板示意图（侧视）

不锈钢板铺设从底部开始。首先铺设最底部的两块不锈钢板，底缘先与面板进行点焊。不锈钢板需压紧在面板上后才能对塞焊孔及其他焊缝进行点焊。

不锈钢板铺设时分层逐块进行。利用工装将不锈钢板按上图2的方式压紧在面板上，保证不锈钢板与面板之间为贴紧状态，先点焊塞焊孔，塞焊孔点焊采用跳焊的形式进行。塞焊孔点焊完后再点焊两边的角焊缝，点焊牢固后将工装前移，然后进行循环操作。注意：点焊时因要保证焊接质量，需全部采用正式焊工进行点焊。

按照上面的方法将所有不锈钢板进行铺设点焊。点焊完成后采用弦长为3m的弧度样板对弧度进行检查，要求：弧度不吻合度≤3mm，直线度≤2mm。周边的焊缝采用塞尺进行检查，要求间隙≤0.5mm。

三、焊接工艺

（一）焊接方法

不锈钢板的焊接采用手工电弧焊和气保焊相结合的方式进行。塞焊孔的焊接采用手工电弧焊进行，对接焊缝及周边角焊缝的焊接采用气保焊。因为不锈钢板与面板为异种钢材焊接，为防止焊接时对面板的腐蚀，引起面板母材的碳等元素对不锈钢板进行渗透，选择焊材时要求含碳量宜小于不锈钢母材，Cr、Ni含量高。不锈钢焊条选用的是A302型，不锈钢焊丝选用的为CHM-309LG型，这两种焊材的化学成份与1Cr18Ni9Ti和碳钢化学成份对比如下表1所示。

表1不锈钢焊材与母材化学成份对比

注：以上均为熔敷金属的化学成份。

焊条电弧焊和气保焊的具体工艺参数如下表2所示。

表2焊条电弧焊和气保焊工艺参数

（二）1Cr18Ni9Ti受热特性

1Cr18Ni9Ti在20-300℃时的线膨胀系数为17.2*10-6 ℃-1，而碳钢在20-300℃时的线膨胀系数为（12.1-13.5）*10-6 ℃-1，1Cr18Ni9Ti的线膨胀系数要比碳钢大将近50%，在焊接时1Cr18Ni9Ti对碳钢的膨胀差较大。而随着温度的升高，上述的膨胀差就会越大，这样会容易产生鼓包，导致不锈钢板弧度及直线度超差。另外，不锈钢的热导率为15.2W·m-1·K-1，远远低于普通碳素钢（热导率为 48 W·m-1·K-1），在连续焊接时极易因散热不及时导致局部温度过高。

综合上述两个原因，不锈钢板焊接塞焊孔在焊接时也需采用跳焊的方式，而不锈钢板之间的对接缝及四周角焊缝则需采用跳焊和分段退步焊相结合的方式以控制焊接时的温度。

（三）焊接顺序

不锈钢板焊接时首先焊接塞焊孔的焊缝。然后焊接不锈钢板间的对接焊缝，最后再焊接四周的角焊缝。塞焊孔的具体焊接顺序如下图5所示。

图3塞焊孔焊接顺序

如图，塞焊孔总体焊接顺序为从两边向中间分两层进行。首先焊接第一层的塞焊孔。按从底缘到顶缘的顺序先焊接a点的塞焊孔，a点塞焊孔焊接完、局部温度冷却后再按从底缘到顶缘的顺序焊接b点的塞焊孔，再依次按此方法焊接c、d、e点的塞焊孔。第一层所有塞焊孔焊接完成后进行第二层的焊接，焊接方式与第一层相同。塞焊孔全部焊接完后进行对接缝的焊接和四周角焊缝的焊接。焊接顺序如下图3所示。

对接焊缝及角焊缝的总体焊接顺序为从中间向外侧进行，采用跳焊和分段退步焊相结合的方式进行。为保证焊接时的温度，分段长度为500～600mm。另外，由于焊接温度较高，焊接时需在端头留有气孔（气孔段长度50-150mm），以防止焊缝封闭后气体排不出来造成鼓包现象，影响不锈钢板的整体弧度和直线度。

图3对接焊缝及角焊缝焊接顺序示意图

首先进行纵向对接焊缝的焊接。如图所示，先按空心箭头的方向从中间向两端焊接a段焊缝，a段焊缝焊接时按小箭头的方向进行。a段焊缝焊接完成后，待局部温度冷却后再按上述方式焊接b、c段焊缝。纵向焊缝全部焊接完成后再焊接横向的对接焊缝和周边的角焊缝，焊接顺序及焊接方法与纵向对接焊缝相同。

（四）焊后检查

不锈钢板所有焊缝焊接完成后对塞焊孔、四周焊缝及对接焊缝进行打磨，要求打磨光滑平整。打磨合格后进行外观检查，对有超标缺欠的，需对缺欠焊缝进行打磨，打磨之后再采用手工电弧焊进行补焊，补焊后打磨光滑。

探伤合格后应对不锈钢板的弧度和直线度进行检查。不锈钢板弧度检查采用3m的样板（内弧R20004mm），要求：弧度的不吻合度≤3mm，横向直线度偏差≤3mm。

四、结论

通过上述工艺方案，门叶面板不锈钢铺设贴合良好，面板弧度满足了设计要求，并很好的控制了不锈钢板的焊接变形，提高了工作效率，保证了该闸门的质量。面板不锈钢铺设经过最终检测，各项质量指标均达到优良。