大型船闸人字闸门制造工艺及质量控制.doc
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大型船闸人字闸门制造工艺及质量控制.doc
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长洲水利枢纽大型人字闸门制造工艺
中国葛洲坝集团机械船舶有限公司
【摘要】本文着重介绍长洲水利枢纽人字闸门制造的组装与焊接工艺,以及关键部件焊接变形的控制。
【关键词】人字闸门;面板;主横梁;门轴柱;斜接柱;焊接;变形;控制
ManufactureTechnologyofTheLargeMiterGatefor
ChangzhouHydro-junctionProject
(GezhoubaGroupMachinery&ShipCo.,Ltd.ofChinaZUOChenZHANGJianzhong)
Summary:
Thisessaymainlyintroducestheassemblingandweldingtechnologyaswellasthewelding-deformationcontrolofthekeypartsofthemitergateforChangzhouHydro-junctionProject.
Keywords:
mitergate;faceplate;mainhorizontalbean;gateshaftcolumn;connectionshaftcolumn;welding;deformation;control
一、概述
1.1船闸人字闸门简述
我公司承接的广西长洲水利枢纽船闸金属结构制造项目,工程位于广西梧州市上游12km的浔江干流上,船闸为双线单级船闸。
1号船闸的通航规模为1×2000t,闸室有效尺寸(长×宽×水深)200m×34m×5m;2号船闸的通航规模为1×1000t,闸室有效尺寸(长×宽×水深)190m×23m×4m。
1、2号船闸上、下闸首各设1套人字闸门,共4套,闸门孔口尺寸分为1#上、下闸首:
34m×17.05m,34m×25.05m,2#上、下闸首:
23m×17.1m,23m×24.05m,闸门门叶为焊接工字形截面主梁结构,由主横梁、门轴柱、斜接柱、竖向隔板、和面板等组成,门轴柱和斜接柱均为焊接工字形结构,上闸首门叶分为7节制造,下闸首门叶分为10节制造,运至工地拼焊成整体,闸门面板设于下游侧。
1.2材料
所使用的钢材,焊接材料均满足设计要求和施工图样的要求。
钢板主材为Q345B,机械性能和化学成份符合GB/T1591—94的规定要求。
手工电弧焊焊条:
E5015,φ4mm;焊前300℃以上烘烤1~2小时,保温1小时;
CO2气体保护焊焊丝:
ER50-6φ1.2mm;
埋弧自动焊焊丝:
H08MnAφ4mm;焊剂:
H431,焊前250℃以上烘烤2小时。
1.3焊缝分类
根据焊缝受力的重要性分为:
一类焊缝:
主横梁的腹板与腹板的对接、翼板与翼板的对接焊缝、端隔板与主梁腹板组成的角焊缝、推力隔板与端部隔板及端板组成的角焊缝;
二类焊缝:
主横梁的腹板与翼板组成的角焊缝、面板对接焊缝;
三类焊缝:
不属于一、二类焊缝的其他焊缝。
1.4焊接工艺试验
根据GB/T5018-2004规范要求进行必要的焊接工艺评定试验,并以此制定焊接工艺规程,得到合理的焊接参数指导整个焊接过程。
本项目焊接工艺试验有:
1.门轴柱与斜接柱的焊接试验
2.端板与端部腹板的焊接试验
3.推力隔板与主梁腹板、边柱腹板的焊接试验
4.门叶端部主横梁的焊接试验
二、人字闸门制造工艺
2.1主横梁的制造
上闸首人字闸门背水面分布九根主梁,下闸首人字闸门背水面分布十三根主梁,结构形式为工字梁,因人字门结构受力和止水形式的特殊性,工字梁在选材上两端的腹板(δ=22mm)比中间段(δ=14mm)要厚,顶、底主梁的两端处的腹板(δ=80mm)比中间段腹板(δ=16mm)要厚得多。
翼板和腹板下料时,板材在长度方向留出焊接收缩量,坡口形式如图1和图2,采用埋弧自动焊,要求背面清根,焊接完后进行板材矫正,保证直线度和平面度要求。
主梁的装配,采用搭设卧拼平台的方式进行拼装,如图3,
装配顺序:
1)将翼缘板置于平台上,在前、后翼板上划出腹板的装配线;
2)吊装腹板在平台上,调整平直度;
3)对线组装后翼板,用长角尺检查翼板与腹板间的垂直度;
4)对线组装前翼板的中间段,保证垂直度;
5)组装端部前翼板,保证垂直度;
6)检验合格,点焊加固,交焊接。
焊接翼板与腹板的组合焊缝,采用埋弧自动焊和CO2气体保护焊,为保证焊缝质量,腹板的坡口形式如图4-1和图4-2,
焊接顺序:
1)先焊接后翼板与腹板的组合焊缝,CO2气体保护焊打底一道,埋弧自动焊一道;
2)翻面清根,埋弧自动焊二道;
3)翻面埋弧自动焊盖面一道;
4)反面焊缝埋弧自动焊盖面一道;
5)填充焊接端部腹板处的焊缝;
6)采用同样的方法焊接前翼板与腹板之间的组合焊缝。
变形矫正,后翼板和前翼板的中间直段的焊接变形在型钢矫正机进行,端部翼缘板的变形在卧拼平台上专用夹具由电动液压顶实现。
2.2面板的制造
面板的下料按绘制的分块图进行,逐块将其吊放到总拼平台上,逐条拼接纵向焊缝,再拼接横向焊缝。
拼装过程中控制面板的局部不平度。
下料时考虑焊接收缩量和面板的最后修边量,并保证平行焊缝的间距大于500mm;面板对接焊缝的坡口为V形坡口,见图2,采用埋弧自动焊,背面清根,焊后进行检查矫正。
2.3端隔板、竖隔板的制造
端隔板是人字门中重要的受力件,结构形式为工字梁,其焊缝不仅要保证结构的水密性,而且要保证结构的受力强度,所以端隔板的焊接质量要求高,其制作工艺参照主梁工艺。
竖隔板是门叶的一个纵向联系结构,为“T”形梁。
在单件下料后,对翼板和腹板进行组装,两侧采用埋弧自动焊一次焊接完成,翼板焊接后在型钢矫正机上进行矫正,合格后交门叶总拼装。
2.4推力隔板、端板等单件制造
推力隔板(δ=32、26mm)和端板(δ=75、60、45mm)在人字门中都是重要的构件,一般不允许拼接,在备料时特别注意,推力隔板在总组装前,四边都先制备坡口,采用半自动切割或机加工;节间的端板坡口在单件制作时采用机加工完成,坡口形式如图5。
所有部件制造检验合格后参与门叶总拼装。
三、人字门的总拼工艺
3.1门叶的拼装
门叶的拼装采取卧拼位,面板在平台上拼装焊接完毕,修正检查合格后进行门叶的部件总拼。
用经纬仪放样扫出门叶的中心线、顶底主横梁的中心线,再放出各主横梁、次梁、隔板、端隔板的位置线,按(1/1000)mm留焊接收缩余量。
测量对角线,检查无误后,打样冲作出标记,将各构件重合部位的焊缝磨平。
门叶构件的拼装顺序
1)先吊装底主横梁,调整、就位、支撑固定;
2)再吊装次梁就位、固定;
3)从中间向两边依次吊装竖隔板,就位、固定;
4)吊装端隔板,调整就位、固定;
5)吊装下一根主横梁,就位、支撑固定;
6)依此按2)~5)的步骤依次进行组装;
7)最后吊装顶主横梁,调整、就位、固定;
8)从底主横梁开始依次组装两侧的推力隔板;
9)组装各腹板的纵向、横向加筋板等;
10)组装各节的后翼缘板;
11)组装顶主横梁外的顶枢座板及其筋板;
12)门叶整体焊接
13)检查合格后对主梁端部进行修整,组装端板及挡板,端板组装时,严格控制端板的角度,可以用样板通过靠推力隔板检查角度,并用水平仪高程差辅助检查;
14)焊接推力隔板与端板的组合焊缝;
15)拆分成单节,局部焊缝进行修补和打磨;
16)翻面,再次总拼;
17)完成未焊接的焊缝。
18)门叶结构的总体检查,符合DL/T5018-2004规范要求;
19)以门叶底主横梁中心线为基准,在底主横梁的腹板面内划线组焊底止水座装置。
3.2门叶的焊接
门叶拼装完成后进行整体检查,合格后对各构件之间及与面板的组合部位进行点焊。
1.焊接措施
为保证门叶的焊接质量,防止变形过大,在焊接时采取以下工艺措施。
1)施焊人员设为偶数,保证左右对称施焊,焊接过程中焊接电流、电压、焊接速度基本保持相同;
2)从门叶中间开始逐步向四周扩散施焊;
3)采用对称、分段逆焊的焊接方法;
4)填充量较大的焊缝,采用多层多道焊;
5)尽量采用CO2气体保护焊;
6)焊前予热:
为保证焊接质量,对于板厚大于30mm的一、二类焊缝,采取预热的措施,预热温度在80℃~120℃的范围内,预热宽度为焊缝中心线两侧各3倍板厚,并且不小于100mm,
7)焊后消氢处理:
对于板厚大于36mm,采用后热消氢处理。
后热在焊后立即进行,后热温度为250℃~350℃,保温时间不小于1小时,焊后立即进行消除应力热处理的可不进行后热消氢处理。
2.焊接顺序
每扇闸门在焊接时,每个班组至少安排8名焊工进行焊接。
1)焊接隔板后翼缘与主横梁后翼缘平角焊及隔板腹板与主梁后翼缘角焊缝;
2)焊接主梁腹板与竖隔板的组成的立焊缝。
由内向外焊接。
角焊缝按要求分层对称施焊,第一层分段逆焊,其余各层自下而上一次焊完;主梁腹板与端隔板组成的立焊缝,由两侧同时对称施焊,第一层分段逆焊,其余各层自下而上一次焊完;
3)焊接主梁和竖隔板的纵向加筋板的立焊缝,每根主梁上安排2名或4名焊工由中间向两端对称跳焊,每条焊缝采用分段逆焊法一次焊成;
4)焊接推力隔板上加筋板与主梁腹板组成的立焊缝,安排4名或8名焊工从中间节同时分别往顶、底节的方向对称施焊;
5)焊接推力隔板与主梁腹板组成的爬坡焊缝,分层对称施焊;焊接推力隔板与端部隔板组成的水平焊缝,焊接推力隔板上加筋板与推力隔板组成的水平焊缝;
6)焊接主梁和隔板的横向加筋板的平角焊;
7)焊接门叶主梁的后翼缘板与腹板的角焊缝(打底焊一道);
8)梁系之间的焊缝全部完成后,进行门叶几何尺寸的检查。
再进行面板与梁系框架连接缝的焊接。
9)先焊主梁前翼板与面板连接的平角焊缝,竖隔板、端隔板与面板之间的平角焊缝,分区对称、分段逆焊;其次焊接次梁与面板的平角焊缝,采用分区间断焊、分段逆焊;完成所有的平角焊缝和立焊缝;
10)对主梁端部进行修整,组装端板及挡板,检验合格后焊接;
11)焊接端板与推力隔板组成的焊缝,安排4名或8名焊工从中间节同时分别往顶、底节的方向分区对称施焊;再焊接挡板与端板组成的角焊缝;
12)所有的仰焊焊缝,在拆分后翻面拼装成整体,经检验合格后进行焊接。
3.3门叶的总装工艺
1.门叶焊接完成后,检查整扇门叶的宽度、高度、对角线尺寸、纵向隔板和面板等的错位情况。
合格后,在门叶组合处做上明显的标记、编号,设置可靠的定位块装置。
2.在门叶上测放出门叶的中心线、顶底主横梁中心线,再在顶底主横梁上测放出门轴柱和斜接柱的支承承压连线,以此为基准,确定门轴柱和斜接柱支枕垫的位置中心线,并作好标识。
3.以底主横梁腹板中心线为基准划出底止水座的装配线;以顶底主横梁的横向中心线为基准确定顶底枢的旋转位置中心线等,并以此为基准,确立底枢顶盖、顶枢架及导卡座与顶、底主横梁的连接平面。
4.采用专门镗铣设备对底主横梁腹板与底枢顶盖接触面进行铣削加工。
加工完毕后,按规范及图纸要求,检查座面的平面度,表面粗糙度等。
吊装底枢顶盖到位调整固定,然后配制螺孔(在安装现场,门叶安装调整后,吊装导卡到位调整固定,然后配制螺孔)。
5.在分节位置,打样冲眼作好相关安装标识,门叶结构转入防腐工序。
四、人字门制造关键工艺
4.1门轴柱和斜接柱的焊接工艺
门轴柱及其斜接柱是人字闸门结构的止水重要构件,其直线度要求高;同时门轴柱和斜接柱主要承受主横梁传递的作用力和门重、壅水压力、风压力、启门力等所产生的弯矩、压力等,因此有效控制门轴柱、斜接柱的焊接变形尤其重要,而且门叶的端部区域焊缝密集,结构拘束力大,相对门叶结构来说板材厚度也比较厚,所以为保证焊缝质量,
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