浅谈白莲崖水库工程泄洪中孔弧门制造工艺

王孝虎

一、概述

白莲崖水库泄洪中孔工作闸门为弧形闸门，孔口尺寸为7.0m×7.325m，具有局部开启功能，设计水头61.45m，门叶左右对称分为制造，节间连接采用157颗M30高强度螺栓连接，单吊点布置，有液压启闭机进行控制。闸门主材Q345B，面板采用复合不锈钢板（22mmQ345B+3mm1Cr18Ni9）。

门叶梁系为主纵梁结构型式，采用主纵梁叠层布置，面板支承在竖直次梁上，水平横梁支承在竖直纵梁上，和主纵梁连接在一起。支臂为A字型直支臂，箱形梁焊接结构，与主纵梁组成主框架，支臂设有竖向和横向连接系。

支铰为球铰结构，轴承采用国产超大型（轴承内径φ710mm）自润滑球面滑动轴承。铰座、铰链为ZG50Mn2铸钢，铰轴为40Cr并经热处理锻钢。

顶止水为两道止水。第一道采用转铰式止水装置，设置在闸门孔顶部位门楣埋件上，由门楣埋件、转铰、导向轮、不锈钢板及半圆头平板复合止水橡皮等组成。第二道为P60普通止水，防止闸门在高水头下第一道止水渗漏时产生射水。闸门的侧止水为方头P60橡塑复合止水，压缩量4mm。底止水为普通的H型止水，与侧止水胶粘在一起，保证拐角止水的可靠性。

二、制造工艺

对于该高水头弧门的设计，其制造工艺有较高的要求，下面简要介绍闸门制造工艺及实施。

1.面板铺装

面板采用复合不锈钢板（22mmQ345B+3mm1Cr18Ni9），其下料、制作应按材料的使用说明及特性进行。由于复合不锈钢板塑性差，先按设计要求采用卷板机卷出R14m的弧度，然后铺装在弧台上进行。弧台设在具有足够刚性的稳固平台上，其曲率半径形位误差≤2mm，且与门叶面板外弧相一致。为防止面板在焊接过程中发生窜动和扭曲变形，面板外弧面与胎具之间采取定位措施。面板铺装完成后，在面板上整体放样划线。大样节点处的面板对接焊缝先行焊接并打磨平整。

2.构件制造

白莲崖泄洪中孔弧门主要受力梁格为纵向布置，包括主梁、边梁、纵向次梁及连接板。这些构件制作质量的好坏直接影响闸门的拼装及焊接变形量的控制。故这些构件的制作均严格按放样→下料→开坡口→钻孔（连接板配钻）→拼装→焊接→校正的工艺流程进行控制。

（1）放样：根据构件不同的布置位置，在钢平台上分别放出各构件大样，利用专用木工板裁出大样模板，并装订成整体。模板样在验收后应加以保护，防止风化及潮湿带来的热胀冷缩变形。按图选用材料，对材料先行平整，将材料置于平台上，按模板样进行放线，经专职质检员复查无误后才能下料。

（2）下料：直线型构件采用数控切割机下料；弧形构件采用半自动切割机和等弧度轨道进行下料。下料时，要考虑切割缝余量以及焊接收缩余量，确保下料的精度。

（3）坡口的处理：坡口的处理采用XBJ-12m铣边机进行操作。操作前应按图纸设计坡口角度调整刀头，操作时应注意进刀速度以及铣边质量，保证坡口的钝边及角度均符合图纸设计要求。

（4）拼装：构件的拼装在钢平台上进行，严格按规范要求控制形位误差，拼装完毕并经检验员复检合格后，即点焊固定，点焊由具有操作证的焊工点焊，其焊接工艺要求不低于正式焊接的工艺要求。

（5）焊接工艺：对接焊缝采用埋弧自动焊接。影响埋弧焊焊缝成形和质量的主要因素有线能量、接头结构形式、尺寸、施工工艺及焊接材料性能，因此焊接时，根据不同构件板厚尺寸严格调节好焊接电流、电弧电压，控制好焊接速度等参数。主梁及边梁腹板与翼板的角焊缝采用平角手工焊接，其中前翼缘板与腹板的焊接要注意焊接高度，控制前翼板的塌边变形量及前翼缘板与面板的拼装间隙，其焊脚高度不足部分，待拼装完成后通过爬坡焊找补。手工焊接时，严格按照规范要求采用合适的工艺参数进行焊接，使焊缝表面波纹均匀，收弧时不留有弧坑。直线焊缝至边缘，圆环形焊缝或方形焊缝首尾交接处均饱满而不出现超高或凹坑。

施焊要求：①X射线或超声波的检验，焊缝内在质量合格；焊缝表面成形美观，质量达到规范要求；②接顺序：由焊缝中间开始，采取分中倒退逆焊法进行；一面焊完之后，另一面采用碳弧气刨清根打磨清理后方可施焊；③焊接第二层之前，将第一层的熔渣清除干净，若有3~4层均如此类推。若发现前一层焊缝有夹渣、未熔合、裂纹、气孔等现象，须待前层焊缝修整后，才能施焊第二层焊缝；各层焊道所用每根焊条的起点和终点，都相互错开40~50mm，并且不在焊缝的相交处。

（6）矫正：单构件焊接完成后，采用型钢矫正机进行矫正，使翼缘板不斜不塌，居中且垂直于腹板，梁体应留有一定的反变形（挠度），便于与门叶面板焊接时预留一定的焊缝收缩变形量。

（7）配钻：连接板是两片门叶螺栓连接的重要构件，纵向布置。先进行门叶预组装，连接板及单片门叶连接部分车进行重叠配钻，配钻后，用螺栓连接，并紧固。连接板表面按相关规范要求进行表面处理，以满足高强螺栓的安装要求。

3.闸门拼装

面板固定于弧台，铺装结束并放好闸门总装大样后进行拼装。顺序为：次纵梁→横梁→主纵梁1→主梁隔板→主纵梁2→边梁肋板→边梁→连接板→吊耳板→主梁后翼缘板（控制主纵梁中心距，完成主纵梁箱体拼装）。

拼装控制的重点是主梁中心距和吊耳孔的同轴度，为便于操作，可采用工艺轴模拟拼装，待焊接完成门叶解体时拆除，工艺轴的加工精度要求与图纸设计要求一致。拼装时，连接板与横梁腹板的拼装间隙要尽可能小，避免焊接应力给连接螺栓带来破坏或造成闸门焊接变形。

4.门叶的焊接

（1）焊接方式：采取4人4机分中对称向四周展开焊接，这样的焊接只允许变形由四边向中间自由地收缩而又不产生过大的焊接应力，同时防止不规则焊接造成闸门面板与弧台开焊，致使局部焊接变形失控，给矫正带来难度。

（2）焊接顺序：梁格立角焊缝→面板对接焊缝→梁格与面板贴角焊缝→其它焊缝。

5.门叶的矫正

通过合理安排焊接工艺和焊接顺序，使门叶变形量得到有效控制，横向直线度和纵向弧度局部变形采用水火配合机械进行矫正。

6.支臂的制作

支臂采用整体制作工艺，制作流程为：放样→下料→坡口加工→单构件制造→型钢矫正机矫正→构件拼装→焊接，焊接主要采用埋弧焊进行焊接，以保证构件的拼焊质量。在制作过程中，主要控制支臂的扭曲变形及开口尺寸。支臂的长度在焊接前端部留有余量，待门叶试拼装时割除。

7.支铰的制作及装配

铰座、铰链材料为ZG50Mn2铸钢，该材料强度高，铸造应力大，尤其在气温较低的情况下尤为突出，铸造时如果控制不当容易产生裂纹。铸造时冒口位置的选择很重要，应控制均衡凝固并注意保温，割冒口时应进行预热。铰座、铰链及支铰轴的加工严格按工艺卡要求进行，并保证加工精度满足设计要求。各零部件经加工检测合格后，进行支铰总体的装配。

由于该支铰单构件尺寸和重量较大，装配前必须做充分准备工作和制定可靠的装配方案。首先对关节轴承进行外观检查，逐个测量轴承的外径和内径的实际尺寸公差，并与轴承厂的技术资料技术参数进行较对，做好测量记录并编号。然后把铰链、铰座的轴孔及铰轴直径精加工到配合尺寸公差。

在装配过程中，利用钢平台将铰链垂直放置，将关节轴承、轴承压板、轴肩及密封圈，安装到铰链对应位置，随后配合铰座，调整铰链、铰座、轴肩环三者之间的同轴度，将铰轴垂直吊起装入轴孔中（关节轴承内径与铰链轴为过渡配合），固定轴端挡板即可。

8.闸门试拼装

支臂、支铰、门叶制造完毕后，在工厂内进行试拼装，检查各项尺寸是否符合规范要求，经业主、监理单位等共同验收合格后，方可出厂。

试拼装的具体方法是：在平台上设计一支铰固定架，调整支铰的高程、里程，使左右支铰在同一轴线上，利用门机配合汽车吊，根据曲率半径调整门叶的位置并使门叶水平，同时使支铰轴中心、门叶中心在同一条直线上，实测出铰座至门叶主梁支臂对应位置的实际长度，调整好支臂长度进行修正，随后完成支臂前、后端板的拼装，检查整体尺寸，完成闸门试拼装工作以校正门叶及支臂制作情况。

9.闸门解体防腐

试拼装检测合格后，做好各部位的标记及主要基准线的标记，焊接好定位块，将闸门解体，打磨多余的焊疤，随后将闸门运至防腐场地防腐。

三、经验与总结

1.要确保闸门的制造质量，必须充分理解闸门设计图纸的设计意图、功能及作用，认真做好工艺性分析研究，找出该产品的结构技术特点和制造及加工难点、控制重点。

2.门叶面板弧度的控制、支铰各部件的制造及安装质量、转角止水的制造是本工程的关键，闸门为主纵梁结构，顶底横梁的直线度控制是施工难点之一，应制定针对性的控制措施。

3.潜孔式弧形闸门的设计呈现出多样化的趋势，该闸门设计有如下优势：门叶左右螺栓连接，方便运输及安装，解决了其他弧门分节设计的工地对接焊缝问题，加快了闸门安装速度；闸门面板采用复合不锈钢板是工程的亮点之一，面板经抛光后，光洁度高，摩擦系数小，满足闸门运行过程中门楣止水可靠性，减少门丁射水，且面板不需要整体加工，简化施工难度；采用大型国产关节轴承减少了投资。目前，白莲崖泄洪中孔弧门已经过两个洪水期的考验，闸门止水效果良好，整个设备运行平稳、可靠，制造安装质量满足了设计和使用要求■