水利工程船閘人字門的焊接變形控制

摘要：論文結(jié)合工程實(shí)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(guān)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(chǎng)拼裝、焊接而成。節(jié)間通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(zhì)有：DH32，DH36，Q345B，Q345D4種。單節(jié)門葉最重：78．811t。幾何尺寸：長(zhǎng)×寬×高為20.2m×2.98m×3.20m，單扇門總重達(dá)450．51t，幾何尺寸：長(zhǎng)×寬×高為20.2m×2.98mx24.9m。人字門拼焊最終應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求：a.從全開(kāi)到全關(guān)過(guò)程中旋轉(zhuǎn)門葉時(shí)斜接柱上任意一點(diǎn)的跳動(dòng)量≤15mm：b.底橫梁在斜接柱一端的下垂度≤4.0mm；c.門軸柱側(cè)面直線度≤4.0mm，斜接柱直線度≤5.0mm，門軸柱斜接柱側(cè)面直線度≤5.0mm；c.門葉橫向直線度≤4.0m，門葉豎向直線度≤6.0mm。2焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析焊接是整個(gè)人字門安裝中工作量最大，耗時(shí)最多，工藝最為繁雜的一道關(guān)鍵工序。由于人字門尺寸和重量都非常大，必須分節(jié)運(yùn)抵安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(zhǎng)約34m，焊接工作量大、強(qiáng)度高，而且門體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料等級(jí)高，焊接接頭型式多樣，技術(shù)控制工藝要求嚴(yán)格。門體現(xiàn)場(chǎng)拼焊質(zhì)量的好壞，不僅關(guān)系到是否能保證門體垂直，而且關(guān)系到內(nèi)在質(zhì)量的好壞，關(guān)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(duì)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(yán)格執(zhí)行；再則由于工地焊縫不具備整體消應(yīng)的條件，但仍要求對(duì)邊柱推力隔板與主梁腹板組合焊縫、端板對(duì)接焊縫、縱向加肋板與主梁下翼板對(duì)接焊縫等板厚超過(guò)36mm的部位進(jìn)行局部消除應(yīng)力熱處理，熱處理必然也會(huì)對(duì)門體結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)力分布產(chǎn)生影響。因此，熱處理工藝的制定和落實(shí)至關(guān)重要。3焊接工藝評(píng)定與要求3.1焊接工藝評(píng)定根據(jù)設(shè)計(jì)和規(guī)程規(guī)范要求，針對(duì)人字門的材質(zhì)、板厚、接頭型式等制定如下焊接工藝評(píng)定方案。3.2焊接方法及工藝要求根據(jù)安裝現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，焊接方法采用焊條電弧焊，主要設(shè)備為逆變焊機(jī)，工藝要求如下：3.2.1要焊透；3.2.2清根方式：采用碳棒氣刨；3.2.3焊縫表面平凹凸≤2.5mm；3.2.4焊高／焊腳高：8m～12mm；3.2.5焊縫類別：I，Ⅱ，Ⅲ；3.2.6探傷方式、比例：磁粉、超聲；3.2.7層間清理：氣鏟及毛刷；添3.2.繪8汽層間消應(yīng)：氣餃鏟；翠3.2.情9今加熱方式：履碼帶式加熱板、武溫控柜。燒4襖焊接參數(shù)及焊輪接工位安排筒4.茶1夸焊接參數(shù)結(jié)合鼠焊接工藝評(píng)定幕與焊接工藝要統(tǒng)求，在人字門百焊接中各參數(shù)撲應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格把的關(guān)。霉4.堤2龜焊接順序及工饅位安排禮4.杏3御焊接順序及工衛(wèi)位安排燕人字門兩端柱繩正、側(cè)向垂直顆度是焊接變形漿控制的重點(diǎn)，膚但從減小焊接繁應(yīng)力考慮，應(yīng)腐先焊橫向收縮未較大的焊接接材頭，此時(shí)門體斷自由度較大，抄不致于引起較劍大的焊接應(yīng)力吊。因此，在焊縫接變形、焊接暈應(yīng)力這對(duì)矛盾亞統(tǒng)一體中要綜庫(kù)合考慮。結(jié)合響焊接工藝評(píng)定透方案和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)楚際情況，具體扭應(yīng)遵循如下原墊則：涂4.3.少1授焊接由兩端到揚(yáng)中間、由內(nèi)到順外的順序。由涼于門體結(jié)構(gòu)的筒特點(diǎn)及安裝精養(yǎng)度要求，先焊譯兩端柱，后焊暫門體中間部位敞，因門體中部己上游焊縫多于桃下游面，先焊繳下游面待門體耕達(dá)到一定的剛誘度后，再焊上帳游面焊縫。巡4.3.戚2蟲(chóng)對(duì)稱焊接的同畜時(shí)，對(duì)影響門尺體變形的焊接蹈順序、焊工工伐位安排盡可能散少，并盡可能探焊擋板或先焊旨小的立焊。袍4.3.猾3蹤加強(qiáng)每個(gè)焊接剩流程的監(jiān)控，鼠根據(jù)監(jiān)控結(jié)果愧適時(shí)調(diào)整焊接需順序，加強(qiáng)工看序間的傳遞。希根據(jù)上述原則程，制定了焊接霞流程求及威8減名焊接工位的題布置：端板推串力隔板推力隔寨板加勁板及端鹿隔包板卷-壁中間豎隔緣板幼-毯后翼緣立出焊梅-儉后翼烏緣武-薪前翼緣立昨焊妻→紡面板帖角州焊逢-摩面板對(duì)接焊及溉前翼緣焊。啟5鬼焊接變形分析述與控制稈5.舌1夫縱向收縮變形壓工件在熱源作猴用下產(chǎn)生沿焊睜縫長(zhǎng)度方向的扇縱向膨脹，此岸膨脹受外部拘舊束而被限制即欲產(chǎn)生縱向壓縮溪塑性變形，在丸冷卻過(guò)程中該哥塑性不能完全?；貜?fù)而產(chǎn)生縱德向收縮變形。父在實(shí)際施工中時(shí)，由于縱向長(zhǎng)軋焊縫主要是面灰板對(duì)接縫和貼化角縫；下游面潛為空格結(jié)構(gòu)，撿縱向焊縫較少思，因此縱向收舌縮變形可不考繳慮。搏5.張2智橫向收縮變形容及角變形工件拒在熱源作用下規(guī)產(chǎn)生垂直于焊幼縫方向的橫向姑膨脹，此膨脹夜受外部拘束而照被限制即產(chǎn)生城橫向壓縮塑性切變形，在冷卻練過(guò)程中該塑性否不能完全回復(fù)蠟而產(chǎn)生橫向收侄縮變形。低合吃金鋼對(duì)接、角糧焊縫每米引起圖的橫向收縮感量單△染B返為：對(duì)接逢焊餃△惠B=1.2×徒10.5q廢v匠／蜂δ研；角焊縫辱衄丈=1.2×1睬0.5q拴v煮／窄δ予；其陶中娃δ析為厚板。通過(guò)繳計(jì)算沿高度方亦向每條焊縫平井均收塞縮腫2.0m紡m兄，因人字門板動(dòng)厚及結(jié)構(gòu)的變枝化，在實(shí)際施林工中焊縫收縮國(guó)量歇為貴1.匹8衫～咱2.3m咳m頸。由于焊縫橫毀向收縮力大小督及力到門體慣胡性中心距的不泥同，產(chǎn)生的力損偶大小也不同煎。這勢(shì)必使門碼體向上游方向話傾斜。通過(guò)理添論公式初步計(jì)擁算出每米傾斜仆大略小咱△吹A(chǔ)來(lái)及方向：每米棗向上游傾駛斜霉0.情3孕～刪0.6m懇m香間。對(duì)于角變攝形的控制：為襖考慮到門體厚草度、剛度大，易加之通過(guò)合理瘦的安排焊接順屈序，因此沒(méi)有秘預(yù)留焊接反變?cè)叫巍?duì)出現(xiàn)稍筑向上游傾斜時(shí)稈，可在下一節(jié)竊門拼裝中將面賺板不進(jìn)行定位敞焊，只驗(yàn)用學(xué)“再馬揭尖飛”寬壓緊，使上游避面處于較自由挨的狀態(tài)。這樣薪焊接后翼緣時(shí)錯(cuò)可使門體每米惠可向下游傾甜斜鍋1.5m溜m閱左右，相當(dāng)于并預(yù)留了焊接反證變形。惹5.婦3旨焊接監(jiān)控焊接萄時(shí)監(jiān)測(cè)門體的于傾斜方向及大電小，就要選好飼基準(zhǔn)點(diǎn)。并始縣終以這一基準(zhǔn)繪點(diǎn)為測(cè)量依據(jù)賀。根據(jù)門體制稍作時(shí)堡由捐3勁個(gè)單冷元略(咬兩柱及中間部哥位嶼)醒組成，在施工赴中通過(guò)懸馳掛騙3沈條重錘的方法蔽進(jìn)行測(cè)量：兩敬端柱中心各掛湯一重錘，面板嘗半寬方向掛重惡錘。每一個(gè)焊畜接流程結(jié)果，逮待焊縫冷卻后免進(jìn)行測(cè)量，并鄙與拼裝及上一前流程的測(cè)量結(jié)研果作比較，若銜變形較大則適婦時(shí)調(diào)整工序。棟但焊縫未冷卻韻或加熱時(shí)，測(cè)判量的結(jié)果往往盼與實(shí)際相反，伏不能以此測(cè)量默數(shù)據(jù)作依據(jù)，嶄誤導(dǎo)后續(xù)焊接釋順序及工位安戚排。比5.夾4亦焊接殘余應(yīng)力餓及熱處理低合楚金鋼冷裂敏感館性較大，拘束背強(qiáng)度也較大，澡致使焊后應(yīng)力筐較大。特別是恒板參厚煙δ圣≥護(hù)32m董m它主要是端板，帥推力隔板和端構(gòu)柱后翼板，要由求在焊前預(yù)熱如、焊層加熱、研焊后熱處理工計(jì)藝措施。熱處暴理采用的設(shè)備竹為溫控柜帶遠(yuǎn)擋紅外履帶加熱香板進(jìn)行加熱，器使用熱電偶測(cè)忍溫儀及紅外線頁(yè)測(cè)溫槍測(cè)控溫俘度。消應(yīng)為局做部處理，而且喜熱處理必然對(duì)楚門葉焊接變形活控制產(chǎn)生影響棚，同時(shí)溫度附貫加應(yīng)力與原焊機(jī)接殘余應(yīng)力疊兼加也會(huì)使整體隙應(yīng)力分布變得寄復(fù)雜?？紤]到動(dòng)各種因素的影兆響，熱處理采任用以下兩種方謹(jǐn)案：衫5.4.絕1涌將熱處理分兩無(wú)步進(jìn)行，在端捕板對(duì)接縫及推脈力隔板與主梁諒腹板組合焊縫弊焊接完成后先躍進(jìn)行消應(yīng)，然寧后再焊接剩余橫焊縫，最后進(jìn)臭行其它需消應(yīng)隆焊縫的熱處理掩。這種方案的袋優(yōu)點(diǎn)是可以有梢效避免消應(yīng)過(guò)撤程中附加溫度廉應(yīng)力的產(chǎn)生和前轉(zhuǎn)移，缺點(diǎn)是悲施工環(huán)節(jié)多，梅對(duì)焊接變形影凍響較大。銳5.4.觸2貫在門體全部焊須接完成后按熱史處理曲線進(jìn)行伏熱處理，這種州方案的優(yōu)點(diǎn)