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1、淺析水利工程船閘人字門的焊接變形控制 摘要：論文結合工程實例，論述了水利工程船閘人字門的安裝焊接收縮變形控制，以供參考。關鍵詞:人字門；焊接工藝；變形控制 1概述 某水利工程在船閘上下閘首布置人字閘門，每套門由兩扇門組成，每扇門由6～9節(jié)門葉現(xiàn)場拼裝、焊接而成。節(jié)間通過現(xiàn)場焊接連接，板材主要厚度為：ξ12－ξ50等9種規(guī)格。門葉制作所用板材材質有：DH32，DH36，Q345B，Q345D4種。單節(jié)門葉最重：78．811t。幾何尺寸：長×寬×高為m×m×m，單扇門總重達450．51t，幾何尺寸：長×
2、寬×高為m×mm。 人字門拼焊最終應達到的技術要求：a.從全開到全關過程中旋轉門葉時斜接柱上任意一點的跳動量≤15mm：b.底橫梁在斜接柱一端的下垂度≤；c.門軸柱側面直線度≤，斜接柱直線度≤mm，門軸柱斜接柱側面直線度≤mm；c.門葉橫向直線度≤，門葉豎向直線度≤。 2焊接結構特點分析 焊接是整個人字門安裝中工作量最大，耗時最多，工藝最為繁雜的一道關鍵工序。由于人字門尺寸和重量都非常大，必須分節(jié)運抵安裝現(xiàn)場進行直立組焊。每扇人字門門葉節(jié)間有6條安裝焊縫，每條焊縫總長約34m，焊接工作量大、強度高，
3、而且門體結構復雜、材料等級高，焊接接頭型式多樣，技術控制工藝要求嚴格。門體現(xiàn)場拼焊質量的好壞，不僅關系到是否能保證門體垂直，而且關系到內(nèi)在質量的好壞，關系到人字門門體是否能承受巨大水壓力并將壓力可靠向支持體傳遞；其次門葉在厚度方向的不對稱，必然引起門葉焊接收縮的不均勻，使門體產(chǎn)生焊接變形。因此，必須制定焊接變形控制措施并嚴格執(zhí)行；再則由于工地焊縫不具備整體消應的條件，但仍要求對邊柱推力隔板與主梁腹板組合焊縫、端板對接焊縫、縱向加肋板與主梁下翼板對接焊縫等板厚超過36mm的部位進行局部消除應力熱處理，熱處理
4、必然也會對門體結構的變形及應力分布產(chǎn)生影響。因此，熱處理工藝的制定和落實至關重要?！ ?焊接工藝評定與要求 焊接工藝評定 根據(jù)設計和規(guī)程規(guī)范要求，針對人字門的材質、板厚、接頭型式等制定如下焊接工藝評定方案。 焊接方法及工藝要求 根據(jù)安裝現(xiàn)場實際，焊接方法采用焊條電弧焊，主要設備為逆變焊機，工藝要求如下： 要焊透； 清根方式：采用碳棒氣刨； 焊縫表面平凹凸≤mm； 焊高／焊腳高：8m～12mm； 焊縫類別：I，Ⅱ，Ⅲ； 探傷方式、比例：磁粉、超聲； 層間清理：氣鏟及毛刷； 層間消應：
5、氣鏟； 加熱方式：履帶式加熱板、溫控柜。 4焊接參數(shù)及焊接工位安排 焊接參數(shù)結合 焊接工藝評定與焊接工藝要求，在人字門焊接中各參數(shù)應進行嚴格把關?！ 『附禹樞蚣肮の话才拧 『附禹樞蚣肮の话才拧 ∪俗珠T兩端柱正、側向垂直度是焊接變形控制的重點，但從減小焊接應力考慮，應先焊橫向收縮較大的焊接接頭，此時門體自由度較大，不致于引起較大的焊接應力。因此，在焊接變形、焊接應力這對矛盾統(tǒng)一體中要綜合考慮。結合焊接工藝評定方案和現(xiàn)場實際情況，具體應遵循如下原則： 焊接由兩端到中間、由內(nèi)到外的順序。由于門體結構的
6、特點及安裝精度要求，先焊兩端柱，后焊門體中間部位，因門體中部上游焊縫多于下游面，先焊下游面待門體達到一定的剛度后，再焊上游面焊縫?！ ΨQ焊接的同時，對影響門體變形的焊接順序、焊工工位安排盡可能少，并盡可能焊擋板或先焊小的立焊?！ 〖訌娒總€焊接流程的監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控結果適時調整焊接順序，加強工序間的傳遞。根據(jù)上述原則，制定了焊接流程及8名焊接工位的布置：端板推力隔板推力隔板加勁板及端隔板-中間豎隔板-后翼緣立焊-后翼緣-前翼緣立焊→面板帖角焊-面板對接焊及前翼緣焊。 5焊接變形分析與控制 縱向收縮變形
7、 工件在熱源作用下產(chǎn)生沿焊縫長度方向的縱向膨脹，此膨脹受外部拘束而被限制即產(chǎn)生縱向壓縮塑性變形，在冷卻過程中該塑性不能完全回復而產(chǎn)生縱向收縮變形。在實際施工中，由于縱向長焊縫主要是面板對接縫和貼角縫；下游面為空格結構，縱向焊縫較少，因此縱向收縮變形可不考慮。 橫向收縮變形及角變形工件 在熱源作用下產(chǎn)生垂直于焊縫方向的橫向膨脹，此膨脹受外部拘束而被限制即產(chǎn)生橫向壓縮塑性變形，在冷卻過程中該塑性不能完全回復而產(chǎn)生橫向收縮變形。低合金鋼對接、角焊縫每米引起的橫向收縮量△B為：對接焊△B=×／δ；角焊縫衄=×
8、／δ；其中δ為厚板。通過計算沿高度方向每條焊縫平均收縮，因人字門板厚及結構的變化，在實際施工中焊縫收縮量為～mm。由于焊縫橫向收縮力大小及力到門體慣性中心距的不同，產(chǎn)生的力偶大小也不同。這勢必使門體向上游方向傾斜。通過理論公式初步計算出每米傾斜大小△A及方向：每米向上游傾斜～mm間。對于角變形的控制：為考慮到門體厚度、剛度大，加之通過合理的安排焊接順序，因此沒有預留焊接反變形。對出現(xiàn)稍向上游傾斜時，可在下一節(jié)門拼裝中將面板不進
