王孝虎

一、概述

白蓮崖水庫泄洪中孔工作閘門為弧形閘門，孔口尺寸為7.0m×7.325m，具有局部開啟功能，設(shè)計(jì)水頭61.45m，門葉左右對稱分為制造，節(jié)間連接采用157顆M30高強(qiáng)度螺栓連接，單吊點(diǎn)布置，有液壓啟閉機(jī)進(jìn)行控制。閘門主材Q345B，面板采用復(fù)合不銹鋼板（22mmQ345B+3mm1Cr18Ni9）。

門葉梁系為主縱梁結(jié)構(gòu)型式，采用主縱梁疊層布置，面板支承在豎直次梁上，水平橫梁支承在豎直縱梁上，和主縱梁連接在一起。支臂為A字型直支臂，箱形梁焊接結(jié)構(gòu)，與主縱梁組成主框架，支臂設(shè)有豎向和橫向連接系。

支鉸為球鉸結(jié)構(gòu)，軸承采用國產(chǎn)超大型（軸承內(nèi)徑φ710mm）自潤滑球面滑動(dòng)軸承。鉸座、鉸鏈為ZG50Mn2鑄鋼，鉸軸為40Cr并經(jīng)熱處理鍛鋼。

頂止水為兩道止水。第一道采用轉(zhuǎn)鉸式止水裝置，設(shè)置在閘門孔頂部位門楣埋件上，由門楣埋件、轉(zhuǎn)鉸、導(dǎo)向輪、不銹鋼板及半圓頭平板復(fù)合止水橡皮等組成。第二道為P60普通止水，防止閘門在高水頭下第一道止水滲漏時(shí)產(chǎn)生射水。閘門的側(cè)止水為方頭P60橡塑復(fù)合止水，壓縮量4mm。底止水為普通的H型止水，與側(cè)止水膠粘在一起，保證拐角止水的可靠性。

二、制造工藝

對于該高水頭弧門的設(shè)計(jì)，其制造工藝有較高的要求，下面簡要介紹閘門制造工藝及實(shí)施。

1.面板鋪裝

面板采用復(fù)合不銹鋼板（22mmQ345B+3mm1Cr18Ni9），其下料、制作應(yīng)按材料的使用說明及特性進(jìn)行。由于復(fù)合不銹鋼板塑性差，先按設(shè)計(jì)要求采用卷板機(jī)卷出R14m的弧度，然后鋪裝在弧臺上進(jìn)行。弧臺設(shè)在具有足夠剛性的穩(wěn)固平臺上，其曲率半徑形位誤差≤2mm，且與門葉面板外弧相一致。為防止面板在焊接過程中發(fā)生竄動(dòng)和扭曲變形，面板外弧面與胎具之間采取定位措施。面板鋪裝完成后，在面板上整體放樣劃線。大樣節(jié)點(diǎn)處的面板對接焊縫先行焊接并打磨平整。

2.構(gòu)件制造

白蓮崖泄洪中孔弧門主要受力梁格為縱向布置，包括主梁、邊梁、縱向次梁及連接板。這些構(gòu)件制作質(zhì)量的好壞直接影響閘門的拼裝及焊接變形量的控制。故這些構(gòu)件的制作均嚴(yán)格按放樣→下料→開坡口→鉆孔（連接板配鉆）→拼裝→焊接→校正的工藝流程進(jìn)行控制。

（1）放樣：根據(jù)構(gòu)件不同的布置位置，在鋼平臺上分別放出各構(gòu)件大樣，利用專用木工板裁出大樣模板，并裝訂成整體。模板樣在驗(yàn)收后應(yīng)加以保護(hù)，防止風(fēng)化及潮濕帶來的熱脹冷縮變形。按圖選用材料，對材料先行平整，將材料置于平臺上，按模板樣進(jìn)行放線，經(jīng)專職質(zhì)檢員復(fù)查無誤后才能下料。

（2）下料：直線型構(gòu)件采用數(shù)控切割機(jī)下料；弧形構(gòu)件采用半自動(dòng)切割機(jī)和等弧度軌道進(jìn)行下料。下料時(shí)，要考慮切割縫余量以及焊接收縮余量，確保下料的精度。

（3）坡口的處理：坡口的處理采用XBJ-12m銑邊機(jī)進(jìn)行操作。操作前應(yīng)按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)坡口角度調(diào)整刀頭，操作時(shí)應(yīng)注意進(jìn)刀速度以及銑邊質(zhì)量，保證坡口的鈍邊及角度均符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

（4）拼裝：構(gòu)件的拼裝在鋼平臺上進(jìn)行，嚴(yán)格按規(guī)范要求控制形位誤差，拼裝完畢并經(jīng)檢驗(yàn)員復(fù)檢合格后，即點(diǎn)焊固定，點(diǎn)焊由具有操作證的焊工點(diǎn)焊，其焊接工藝要求不低于正式焊接的工藝要求。

（5）焊接工藝：對接焊縫采用埋弧自動(dòng)焊接。影響埋弧焊焊縫成形和質(zhì)量的主要因素有線能量、接頭結(jié)構(gòu)形式、尺寸、施工工藝及焊接材料性能，因此焊接時(shí)，根據(jù)不同構(gòu)件板厚尺寸嚴(yán)格調(diào)節(jié)好焊接電流、電弧電壓，控制好焊接速度等參數(shù)。主梁及邊梁腹板與翼板的角焊縫采用平角手工焊接，其中前翼緣板與腹板的焊接要注意焊接高度，控制前翼板的塌邊變形量及前翼緣板與面板的拼裝間隙，其焊腳高度不足部分，待拼裝完成后通過爬坡焊找補(bǔ)。手工焊接時(shí)，嚴(yán)格按照規(guī)范要求采用合適的工藝參數(shù)進(jìn)行焊接，使焊縫表面波紋均勻，收弧時(shí)不留有弧坑。直線焊縫至邊緣，圓環(huán)形焊縫或方形焊縫首尾交接處均飽滿而不出現(xiàn)超高或凹坑。

施焊要求：①X射線或超聲波的檢驗(yàn)，焊縫內(nèi)在質(zhì)量合格；焊縫表面成形美觀，質(zhì)量達(dá)到規(guī)范要求；②接順序：由焊縫中間開始，采取分中倒退逆焊法進(jìn)行；一面焊完之后，另一面采用碳弧氣刨清根打磨清理后方可施焊；③焊接第二層之前，將第一層的熔渣清除干凈，若有3~4層均如此類推。若發(fā)現(xiàn)前一層焊縫有夾渣、未熔合、裂紋、氣孔等現(xiàn)象，須待前層焊縫修整后，才能施焊第二層焊縫；各層焊道所用每根焊條的起點(diǎn)和終點(diǎn)，都相互錯(cuò)開40~50mm，并且不在焊縫的相交處。

（6）矯正：單構(gòu)件焊接完成后，采用型鋼矯正機(jī)進(jìn)行矯正，使翼緣板不斜不塌，居中且垂直于腹板，梁體應(yīng)留有一定的反變形（撓度），便于與門葉面板焊接時(shí)預(yù)留一定的焊縫收縮變形量。

（7）配鉆：連接板是兩片門葉螺栓連接的重要構(gòu)件，縱向布置。先進(jìn)行門葉預(yù)組裝，連接板及單片門葉連接部分車進(jìn)行重疊配鉆，配鉆后，用螺栓連接，并緊固。連接板表面按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行表面處理，以滿足高強(qiáng)螺栓的安裝要求。

3.閘門拼裝

面板固定于弧臺，鋪裝結(jié)束并放好閘門總裝大樣后進(jìn)行拼裝。順序?yàn)椋捍慰v梁→橫梁→主縱梁1→主梁隔板→主縱梁2→邊梁肋板→邊梁→連接板→吊耳板→主梁后翼緣板（控制主縱梁中心距，完成主縱梁箱體拼裝）。

拼裝控制的重點(diǎn)是主梁中心距和吊耳孔的同軸度，為便于操作，可采用工藝軸模擬拼裝，待焊接完成門葉解體時(shí)拆除，工藝軸的加工精度要求與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求一致。拼裝時(shí)，連接板與橫梁腹板的拼裝間隙要盡可能小，避免焊接應(yīng)力給連接螺栓帶來破壞或造成閘門焊接變形。

4.門葉的焊接

（1）焊接方式：采取4人4機(jī)分中對稱向四周展開焊接，這樣的焊接只允許變形由四邊向中間自由地收縮而又不產(chǎn)生過大的焊接應(yīng)力，同時(shí)防止不規(guī)則焊接造成閘門面板與弧臺開焊，致使局部焊接變形失控，給矯正帶來難度。

（2）焊接順序：梁格立角焊縫→面板對接焊縫→梁格與面板貼角焊縫→其它焊縫。

5.門葉的矯正

通過合理安排焊接工藝和焊接順序，使門葉變形量得到有效控制，橫向直線度和縱向弧度局部變形采用水火配合機(jī)械進(jìn)行矯正。

6.支臂的制作

支臂采用整體制作工藝，制作流程為：放樣→下料→坡口加工→單構(gòu)件制造→型鋼矯正機(jī)矯正→構(gòu)件拼裝→焊接，焊接主要采用埋弧焊進(jìn)行焊接，以保證構(gòu)件的拼焊質(zhì)量。在制作過程中，主要控制支臂的扭曲變形及開口尺寸。支臂的長度在焊接前端部留有余量，待門葉試拼裝時(shí)割除。

7.支鉸的制作及裝配

鉸座、鉸鏈材料為ZG50Mn2鑄鋼，該材料強(qiáng)度高，鑄造應(yīng)力大，尤其在氣溫較低的情況下尤為突出，鑄造時(shí)如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生裂紋。鑄造時(shí)冒口位置的選擇很重要，應(yīng)控制均衡凝固并注意保溫，割冒口時(shí)應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。鉸座、鉸鏈及支鉸軸的加工嚴(yán)格按工藝卡要求進(jìn)行，并保證加工精度滿足設(shè)計(jì)要求。各零部件經(jīng)加工檢測合格后，進(jìn)行支鉸總體的裝配。

由于該支鉸單構(gòu)件尺寸和重量較大，裝配前必須做充分準(zhǔn)備工作和制定可靠的裝配方案。首先對關(guān)節(jié)軸承進(jìn)行外觀檢查，逐個(gè)測量軸承的外徑和內(nèi)徑的實(shí)際尺寸公差，并與軸承廠的技術(shù)資料技術(shù)參數(shù)進(jìn)行較對，做好測量記錄并編號。然后把鉸鏈、鉸座的軸孔及鉸軸直徑精加工到配合尺寸公差。

在裝配過程中，利用鋼平臺將鉸鏈垂直放置，將關(guān)節(jié)軸承、軸承壓板、軸肩及密封圈，安裝到鉸鏈對應(yīng)位置，隨后配合鉸座，調(diào)整鉸鏈、鉸座、軸肩環(huán)三者之間的同軸度，將鉸軸垂直吊起裝入軸孔中（關(guān)節(jié)軸承內(nèi)徑與鉸鏈軸為過渡配合），固定軸端擋板即可。

8.閘門試拼裝

支臂、支鉸、門葉制造完畢后，在工廠內(nèi)進(jìn)行試拼裝，檢查各項(xiàng)尺寸是否符合規(guī)范要求，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理單位等共同驗(yàn)收合格后，方可出廠。

試拼裝的具體方法是：在平臺上設(shè)計(jì)一支鉸固定架，調(diào)整支鉸的高程、里程，使左右支鉸在同一軸線上，利用門機(jī)配合汽車吊，根據(jù)曲率半徑調(diào)整門葉的位置并使門葉水平，同時(shí)使支鉸軸中心、門葉中心在同一條直線上，實(shí)測出鉸座至門葉主梁支臂對應(yīng)位置的實(shí)際長度，調(diào)整好支臂長度進(jìn)行修正，隨后完成支臂前、后端板的拼裝，檢查整體尺寸，完成閘門試拼裝工作以校正門葉及支臂制作情況。

9.閘門解體防腐

試拼裝檢測合格后，做好各部位的標(biāo)記及主要基準(zhǔn)線的標(biāo)記，焊接好定位塊，將閘門解體，打磨多余的焊疤，隨后將閘門運(yùn)至防腐場地防腐。

三、經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)

1.要確保閘門的制造質(zhì)量，必須充分理解閘門設(shè)計(jì)圖紙的設(shè)計(jì)意圖、功能及作用，認(rèn)真做好工藝性分析研究，找出該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)技術(shù)特點(diǎn)和制造及加工難點(diǎn)、控制重點(diǎn)。

2.門葉面板弧度的控制、支鉸各部件的制造及安裝質(zhì)量、轉(zhuǎn)角止水的制造是本工程的關(guān)鍵，閘門為主縱梁結(jié)構(gòu)，頂?shù)讬M梁的直線度控制是施工難點(diǎn)之一，應(yīng)制定針對性的控制措施。

3.潛孔式弧形閘門的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出多樣化的趨勢，該閘門設(shè)計(jì)有如下優(yōu)勢：門葉左右螺栓連接，方便運(yùn)輸及安裝，解決了其他弧門分節(jié)設(shè)計(jì)的工地對接焊縫問題，加快了閘門安裝速度；閘門面板采用復(fù)合不銹鋼板是工程的亮點(diǎn)之一，面板經(jīng)拋光后，光潔度高，摩擦系數(shù)小，滿足閘門運(yùn)行過程中門楣止水可靠性，減少門丁射水，且面板不需要整體加工，簡化施工難度；采用大型國產(chǎn)關(guān)節(jié)軸承減少了投資。目前，白蓮崖泄洪中孔弧門已經(jīng)過兩個(gè)洪水期的考驗(yàn)，閘門止水效果良好，整個(gè)設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，制造安裝質(zhì)量滿足了設(shè)計(jì)和使用要求■