朱 政

（中国水利水电夹江水工机械有限公司，乐山 614100）

在我国大小水利工程中，钢闸门应用广泛。应用期间，钢闸门不仅需要具备高水头和大卸量等施工条件，还兼具工程造价低的优势，可根据实际需要动态调节高水头下的流量。对钢闸门各组成结构进行不均匀冷却或者加热，属于焊接施工范畴。焊接施工可能会导致钢闸门出现焊接应力或焊接变形，若是超过设定标准，将会影响钢闸门的正常使用[1]。

1 钢闸门焊接变形问题

1.1 制作单个构件的技术不过关

水工钢闸门组成构件数量较多，若是在制作构件期间出现质量不过关等问题，将会造成水工钢闸门在焊接工程中受到外力影响而出现变形。以制作要求为依据，水工钢闸门的所有构件在制作期间或者构件在组装期间要适当预留间隙，控制焊接收缩量。但是，部分工作人员在施工组装构件期间会因为自身缺乏专业知识，难以合理控制间隙大小，造成焊接变形。

出现焊接变形一方面会对构件自身的尺寸大小产生不良影响，另一方面会影响门叶总体安装质量，缩短钢闸门使用寿命，影响钢闸门的正常使用。此外，单个构件顶部位置的坡口形状也会导致焊接变形。

1.2 门叶的整体焊接质量不高

焊接水工闸门期间，要尤其关注组成构件，保证其质量达标，以免影响整体质量。从当前水工闸门焊接的情况看来，门叶在进行焊接期间，质量总体不高，会在一定程度上加剧焊接变形。制作水工闸门期间，焊接门叶是最重要的工序。要求工程监理人员必须有效控制施工人员的素质、数量以及焊接技术等，要求施工人员必须要充分掌握焊接基本流程。但是，部分监督管理人员在工作期间往往会疏忽，导致焊接水工闸门门叶发生各种问题，造成水工闸门出现焊接变形。

1.3 拼装门叶误差较大

在制作水工闸门期间，拼装门叶是最重要的步骤，也是最容易出现问题的环节。一般情况下，在进行门叶拼装期间，必须严格以设计图纸为依据，确保拼装门叶的准确性。但是，由于受到多方面因素的影响，拼接门叶的过程中会出现各种问题，其中误差偏大极为常见。误差偏大会造成焊接门叶的过程中出现较大的焊接变形[2]。

2 焊接变形控制的技术方法

2.1 退火法

退火法作为一种焊接变形控制的方法，基础是焊接变形规律，利用退火法控制水工闸门的焊接变形。在构件焊接过程中必须选择专门的夹具固定构件，并在固定构件的前提下进行焊接，此时一般不会出现变形等问题。倘若在完成焊接后直接拆除夹具，将会导致残余应力过高而引起焊接变形问题。所以，在结束焊接工作后不要快速拆除夹具，而是要将其放到退火炉中加热，使其温度达到600～650 ℃，并在退火炉中静置4 h左右。保温期间，被焊接的构件温度值将会随着炉子的温度变化而变化，最终逐渐下降到与室内相同的温度。此时构件在焊接时的残余应力基本消散，即使解除夹具，也不会造成焊接变形。

2.2 预应力法

在控制焊接变形期间，预应力法是最常见的方法之一。按照实施措施的不同，这种方法可以分为拉伸法和预应力法。预拉伸法主要是将拉伸力适当增加在焊接缝隙上，在完成焊接后对其进行冷却卸载，从而降低变形程度。预应力法选择使用加热法或者施加外力的方法控制焊接变形的程度。

2.3 振动焊接法

振动焊接法相较于其他类型的焊接技术，具有一定的应用优势。振动焊接法作为一种创新型焊接工艺，基础为振动时效理论。选择使用振动焊接法工艺进行焊接时，可以降低焊接过程中产生的残余应力，尽可能避免出现焊接变形。相关研究结果表明，在水工钢闸门出现横向收缩变形和控制角变形的时候，使用振动焊接法可以获得很好的改善效果。普通焊接法在处理横向收缩变形时，可以将变形控制在3 mm左右。但是，选择采用振动焊接法控制横向收缩变形时，可以将其变形幅度控制在1.3 mm左右。

3 水工闸门焊接变形控制措施

选择焊接热源加热水工闸门结构时，若施热不够均匀，将会导致焊接出现变形。在已经确定水工闸门各构件的尺寸和形状的前提下，若选择使用的焊接手段、焊接顺序以及焊接规范等等出现问题，会影响水工闸门出现焊接变形。当水工闸门被焊接完成后，将不能启出孔口，难以对其展开总体加工，所以控制焊接变形尤为重要。

3.1 焊接手段

水工闸门在进行焊接时出现变形问题，普遍是受到加热不均匀的影响，具体的加热情况也会对焊接变形的大小等产生直接影响。在焊接过程中，加热集中程度、热源和焊接方法存在一定的差异，导致焊接产生的变形存在很大不同。这就要求焊接工作人员以多年的工作经验为基础，观察水工闸门的施工情况。正确认识手工电弧焊接、埋弧自动焊接、气体保护焊接以及气焊接所产生的变形大小。根据实际应用成果可以发现，气体保护焊接可以最大限度地降低焊接加热不均匀的程度，降低焊接变形。

3.2 焊接规范

焊接变形会受到焊接线能量的直接影响。在水工闸门焊接前，需要正确评定专项焊接施工工艺，制定出台与项目工程相符合的焊接施工工艺规范，最大程度降低水工闸门结构变形，从而降低焊接线能量。

3.3 焊接顺序

除上述两类因素之外，焊接变形还会受到焊接顺序的影响。焊接结构件需完成离构件行心轴较近的构件焊接工作，逐渐增加构件的刚度。倘若焊接工作会引起结构出现较大的变形情况，应该将其安排在最后。当结构的形心轴两侧都存在焊缝时，应该先焊接焊缝较少的一侧。在焊接大长度焊缝时，可选择使用断续焊接的方式。采取对称焊接的方式焊接大结构件，可以有效减少焊接变形问题。

在项目工程焊接过程中，焊接顺序可总体上分为4步[3]。第一，焊接隔板或者纵梁的对接缝时，将界限界定为行心轴位置，从行心轴向两侧位置进行对称施焊。第二，焊接后翼缘板时，要先焊接闸门的边梁位置，再焊接后翼缘板，随后对纵梁原翼采取打底定位后进行焊接处理。第三，焊接面板焊缝采用断续焊进行焊接打底。第四，完成全部面缝和后翼缘板的焊缝焊接工作。

3.4 监测与控制变形

在水工闸门的焊接过程中，焊接人员必须要动态检测门叶变形情况。定期选择使用水平仪对门叶变形和焊接收缩情况进行观察和检测，便于在最短的时间发现变形问题，并做出相应的处理。若在焊接过程中出现整体弯曲问题，按照相应的规范要求朝向迎水面凸且没有超过规定值，那么则弯曲正常。若按照规范要求凸向相反的方向，那么必须及时做出相应的调整。在调整时可选择使用焊接线能量调整的方法，对焊接顺序作出相应的改变，强化对门叶支撑点改变的控制。

3.5 控制门叶划线拼装

在测评合格的组装平台上铺好面板并进行划线处理。划线结果的准确度将直接影响闸门拼接的间隙，若处理不当，将会导致焊接闸门时出现变形问题。所以，在确定拼装工艺时，要制定相关的工艺要求，对划线位置和拼装工作进行相应的规范处理。拼装期间需要严格控制各个部位的间隙，如隔板、主梁以及覆盖面板等，严格禁止强行组装工作。拼装完成门叶后，由相应的检查人员严格检查坡口大小、总体尺寸和组装间隙[4]。若没有达到相应的标准，要及时进行整改，直至达到要求。

4 以某工程为例探究焊接变形校正的措施

4.1 工程概况

我国某地区的水利枢纽工程是规划建设在玛纳斯河流域的一期工程。拦河坝、右岸溢洪道、泄洪洞以及发电引水系统是组成该水利工程的重要结构。正常情况下，水库蓄水的水位可以达到990 m，大坝最高高度为129.4 m，库容量达到1.88×108m3，电站装机容量为100 MW。

该工程项目在进行导流的时候，共设置3孔钢闸门，钢闸门的宽度值为9.7 m，高度值为36.63 m，属于整体性焊接闸门，没有设置节间止水，闸门的总质量达到227 t。闸门共分为13个单独的节出厂，每节尺寸为9 750 mm×3 000 mm×1 500 mm（即长×宽×高），要进行组装焊接。

4.2 单构件校正

翼缘板塌边、翼缘板旁弯以及腹板背弯是水工闸门单构件焊接变形最常见的类型。在对翼缘板塌边展开矫正处理时，可选择使用刚性矫正机完成处理。控制腹板和翼缘板之间的垂直度，使其始终保持在施工要求的范围之内。采用三角形火焰法对翼缘板旁弯和腹板背弯两种类型的变形作出矫正，保证三角形开口位置朝向变形凸处。需要注意，要在相同的地方展开一次火焰矫正。

4.3 矫正面板局部不平整

在焊接完成纵梁、次梁、主梁和面板后，面板将会形成网格状的不平整豆腐块儿。本次工程施工中，要对其进行相应的矫正工作。可选择应用火焰矫正法展开，以梅花点烘烤加水冷却的方式完成矫正。使用烘枪在迎水的一面完成面板局部烘好工作，进而形成类似于梅花状的多个加热圆点，同时控制它的直径保持在50～70 mm。这种矫正方法能够在很大程度上消除面板焊接应力，快速地将面板平整度恢复到理想状态。倘若面板出现较大的变形，那么在施工过程中要综合机械矫正和火焰矫正，选择使用千斤顶顶住面板后再用火焰进行加热处理，而后进行加压。按照这种方法多次多处展开操作，确保面板逐渐恢复到平整状态[5]。

4.4 矫正闸门主梁旁弯和止水座平面旁弯

在本次工程施工期间，由于没有节间止水，需要矫正止水座面平面和闸门主梁旁弯。在组织开展矫正期间，可选择采用线状加热矫正法，在凸起的范围内以变形范围的长短为依据，控制加热的厚度为20～60 mm，并选择应用烘枪加热形成多道线状。加热止水座面平面的时候，可选择采用点状加热法辅助矫正，在矫正完成后进行相应的加工处理工作，以保证止水效果。

5 结语

采取焊接控制措施和更正方法，可以合理控制水工钢闸门焊接变形问题，使钢闸门的焊接变形被控制在允许的范围内，同时与设计的相关规定和要求相符合。在完成钢闸门焊接工作后，需做出适当矫正，确保使用质量不受任何因素影响，将各个环节的施工工作落实到位，提高工程的整体质量。