纳子峡弧形闸门焊接、加工工艺设计

摘 要：在弧形闸门制作过程中,对于低水头弧形闸门制造按照一般制造工艺要求制造就能够满足使用要求,对于高水头弧形闸门制造必须采取特殊的工艺设计方可满足技术要求和使用功能.文章在制造过程中专门为其进行了焊接、加工工艺设计,使本潜孔式直臂弧形闸门制作完成后完全满足技术要求和使用要求.

关 键 词：弧形钢；闸门焊接；加工工艺设计

中图分类号：TV663文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）22-0021-03

1工程概况

纳子峡水电站泄洪洞工作门为潜孔式直臂弧形钢闸门,孔口尺寸4.2m×4.3m,门槛高程3125.00m,支铰高程3130.00m,洞顶高程3204.60m,设计水头76.5m,门叶结构尺寸：弧门半径R8500mm,面板弧长5035mm,面板宽4210mm,质量约46t,材质为Q345B/Q235B.

2闸门的焊接工艺设计及质量控制

焊接变形控制要求及措施：

（1）在组装和连接一个结构或组合构部件以及在焊接加强部件至构件时,焊接顺序应使焊接变形和收缩最小,在焊接过程中要严格按焊接工艺要求进行,必要时采取退步焊,一般情况先焊立焊后焊平焊.

（2）在焊接过程中,所有焊接的顺序应尽可能使焊接进展时所施加热量均衡.

（3）在构件施焊时,焊接走向应从工件相对固定的点开始,向有较大自由位移的点移动.

（4）在组装好的构件中,应先焊收缩量较大的接头（即厚板坡口等）,后焊收缩量较小的接头,在焊接时,要尽可能没有约束力或约束力较小为好.

（5）对于闸门的工字型焊接主梁、T型梁或组合件的每个部件（即小组、中组的结构件）,应在小组、中组焊接前,事先全部拼接、校正好后再组对.

（6）在组装过程中进行反变形控制,即：从变形的反方向预加变形量,焊接变形后达到设计要求或接近设计及规范要求.

（7）门叶组装完毕后,由检查人员对整体尺寸、组装质量、坡口大小、组合间隙等进行严格认真的检查.如不合格必须按要求进行消缺,直至合格为止.

（8）门叶整体预拼装时,各部位间隙要严格控制.

（9）整体闸门制作共分2节,按制造结构的设计工艺要求,整体拼装后为保证整体闸门门叶的焊接要求,在各节连接部位之间,每隔500mm左右要有临时加强肋板,以加强闸门门体的刚度.

（10）闸门检查合格后,由合格焊工对闸门进行整体加固.每隔100～400mm进行加固,定位焊长度不能少于50mm（焊脚高度不宜超过设计焊脚或坡口的1/3～1/2）.加固焊要求同正式焊要求一致,不得有裂纹、夹渣、气孔等焊接缺陷.

（11）严格按照焊接规范执行.多层多道焊时,应注意焊道周围的清理工作,层间接头应错开50mm以上,严禁在非焊接部位的母材上随意引弧.

（12）仪表、机械、焊机等应工作正常.焊丝不得有小角度弯曲,焊丝和工件表面不得有油、水、锈等污物.

（13）对主控项目进行严格控制,配工作责任心强、技能高的专业人员专门负责,责任到人.

运用合理的焊接工艺设计,严格按照焊接顺序和焊接线能量要求焊接,闸门焊接完成后完全满足加工前的技术要求,节省了人力物力,提高了生产进度,保证了质量.

3加工方案

3.1工装设计

根据该弧门的结构特点和厂房实际情况,设计工装通过弧门旋转来转换加工工位,从而实现门叶面板长度方向铣削加工；动力铣床在加工过程中无需移动,只有当一侧面板加工完成后通过动力铣的再次定位便能完成弧门面板整体加工.

3.2工装设计原理

根据弧门旋转半径与起重桥机高度,设计一套支铰固定支墩和一套动力铣定位支墩.将弧门支铰布置在一侧支墩并加固,使弧门能通过桥机升降在支墩上安全平稳旋转,并将动力铣通过定位套固定在另一侧支墩上,根据弧门半径及总拼状态时弧门高度来设计两支墩的基础高度,使动力铣头在弧门旋转过程中始终与门叶贴合.定位套为临时焊接工装,通过左右移动铣床以及调整支墩高度可以满足不同尺寸弧门的整体加工需求.

先以铰轴为中心划出弧门面板加工线,以此线为基准找正铣床位置,调平后将铣床固定.通过桥式起重机、定位装置以及千斤顶等设备旋转弧门门叶来转换加工工位,从而完成弧门面板的整体加工.加工后的弧面实际上是由很多个沿圆弧切线方向的平面包络组成,相临两个平面之间的峰值不超过0.1mm.

3.3.3将动力铣整体按组装线放置到位,调节钢平台下方千斤顶使动力铣刀盘调整到铰座中心高度.

3.3.4将弧形定位板与弧门边梁组焊在一体,侧向定位座按工艺尺寸组焊固定在动力铣支撑支墩上,检查两者配合度.

3.3.5通过桥式起重机吊起弧门吊耳旋转支臂来转换加工工位,侧向定位座定位控制面板加工工位高程.

3.3.6由于加工后的弧面实际上是由很多个沿圆弧切线方向的平面包络组成,通过计算确定实际加工最大弦平面宽度,确保加工精度.

3.3.7分两次进刀量进行加工,第一次为粗加工,第二次为精加工.通过第一次铣削来验证加工工艺正确性,通过第二次精加工确保面板整体加工精度.

3.4工艺要点

工装就位后,应对支墩整体固性进行检查,并再次对弧门与支墩连接处进行整体加固,确保施工过程中人员安全和工序稳定进行.

通过铣床横向行走测试铣刀到面板距离,如500mm测一点；起落弧门,每1000mm高,测试铣刀至面板距离,从而确认加工量；利用定位销固定弧门,检查弧门两侧加工弧线是否弧度一致.

3.5动力铣加工原则

3.6弧门面板加工方法

用支臂吊点吊起弧门后,先铣弧门下节面板；钳工用千斤顶将固定销插入弧形定位板中,按加工弧线左右调好,固定；取下吊具再对弧门由北向南加工,待弧门北侧面板加工完成后移动动力铣,重新对齐；每铣完一道便用天车起吊弧门,将固定销退出,待弧门落下一格再重新插入,并加以固定,开始下一道加工；为避免30t桥机大梁与弧门碰撞,注意开始加工时使用支臂吊耳起吊,如有不合适处立即停止起吊,待吊点调整至合适位置后再进行施工；精加工完成后打磨对每道加工衔接处凸角,局部凹凸处打磨光滑.

3.7加工工装优点

该工装与普通加工工装相比,无需开挖和浇筑基础,利用现有的工作平台就能够满足施工需要,节约了开挖浇筑成本,加快了进度.

该加工工装利用了现有的桥式起重机,无需请大吨位的汽车吊,节约了租赁汽车吊的费用.

该工装加工精度高.铣床固定不动,避免了上下移动铣床而产生的误差,弧门已处于安装状态,利用桥式起重机起吊弧门较平稳,安全可靠.

经核算利用该工装加工节约成本20万元.

4推广应用价值

通过纳子峡潜孔式直臂弧形闸门制造焊接、加工工艺设计及实施,闸门制作完成后检测各项技术参数,均满足要求,质量等级优良,取得了显著的经济效益和社会效益,在同类产品制造中具有广泛的推广应用价值.