水利工程施工論文：淺析水利工程船閘人字門的焊接變形控制.doc

水利工程施工論文：淺析水利工程船閘人字門的焊接變形控制摘要：論文結合工程實例，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69節(jié)門葉現(xiàn)場拼裝、焊接而成。節(jié)間通過現(xiàn)場焊接連接，板材主要厚度為：1250等9種規(guī)格。門葉制作所用板材材質有：DH32，DH36，Q345B，Q345D 4種。單節(jié)門葉最重：78811t。幾何尺寸：長寬高為20.2 m2.98 m3.20 m，單扇門總重達45051 t，幾何尺寸：長寬高為20.2 m2.98 m x24.9 m。人字門拼焊最終應達到的技術要求：a.從全開到全關過程中旋轉門葉時斜接柱上任意一點的跳動量15 mm：b.底橫梁在斜接柱一端的下垂度4.0mm；c.門軸柱側面直線度4.0mm，斜接柱直線度5.0 mm，門軸柱斜接柱側面直線度5.0 mm；c.門葉橫向直線度4.0m，門葉豎向直線度6.0mm。2焊接結構特點分析焊接是整個人字門安裝中工作量最大，耗時最多，工藝最為繁雜的一道關鍵工序。由于人字門尺寸和重量都非常大，必須分節(jié)運抵安裝現(xiàn)場進行直立組焊。每扇人字門門葉節(jié)間有6條安裝焊縫，每條焊縫總長約34 m，焊接工作量大、強度高，而且門體結構復雜、材料等級高，焊接接頭型式多樣，技術控制工藝要求嚴格。門體現(xiàn)場拼焊質量的好壞，不僅關系到是否能保證門體垂直，而且關系到內在質量的好壞，關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稱，必然引起門葉焊接收縮的不均勻，使門體產生焊接變形。因此，必須制定焊接變形控制措施并嚴格執(zhí)行；再則由于工地焊縫不具備整體消應的條件，但仍要求對邊柱推力隔板與主梁腹板組合焊縫、端板對接焊縫、縱向加肋板與主梁下翼板對接焊縫等板厚超過36 mm的部位進行局部消除應力熱處理，熱處理必然也會對門體結構的變形及應力分布產生影響。因此，熱處理工藝的制定和落實至關重要。3焊接工藝評定與要求3.1焊接工藝評定根據(jù)設計和規(guī)程規(guī)范要求，針對人字門的材質、板厚、接頭型式等制定如下焊接工藝評定方案。3.2焊接方法及工藝要求根據(jù)安裝現(xiàn)場實際，焊接方法采用焊條電弧焊，主要設備為逆變焊機，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2.5 mm；3.2.4焊高焊腳高：8 m12 mm；3.2.5焊縫類別：I，；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；3.2.8層間消應：氣鏟；3.2.9加熱方式：履帶式加熱板、溫控柜。4焊接參數(shù)及焊接工位安排4.1焊接參數(shù)結合焊接工藝評定與焊接工藝要求，在人字門焊接中各參數(shù)應進行嚴格把關。4.2焊接順序及工位安排4.3焊接順序及工位安排人字門兩端柱正、側向垂直度是焊接變形控制的重點，但從減小焊接應力考慮，應先焊橫向收縮較大的焊接接頭，此時門體自由度較大，不致于引起較大的焊接應力。因此，在焊接變形、焊接應力這對矛盾統(tǒng)一體中要綜合考慮。結合焊接工藝評定方案和現(xiàn)場實際情況，具體應遵循如下原則：4.3.1焊接由兩端到中間、由內到外的順序。由于門體結構的特點及安裝精度要求，先焊兩端柱，后焊門體中間部位，因門體中部上游焊縫多于下游面，先焊下游面待門體達到一定的剛度后，再焊上游面焊縫。4.3.2對稱焊接的同時，對影響門體變形的焊接順序、焊工工位安排盡可能少，并盡可能焊擋板或先焊小的立焊。4.3.3加強每個焊接流程的監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控結果適時調整焊接順序，加強工序間的傳遞。根據(jù)上述原則，制定了焊接流程及8名焊接工位的布置：端板推力隔板推力隔板加勁板及端隔板-中間豎隔板-后翼緣立焊-后翼緣-前翼緣立焊面板帖角焊-面板對接焊及前翼緣焊。5焊接變形分析與控制5.1縱向收縮變形工件在熱源作用下產生沿焊縫長度方向的縱向膨脹，此膨脹受外部拘束而被限制即產生縱向壓縮塑性變形，在冷卻過程中該塑性不能完全回復而產生縱向收縮變形。在實際施工中，由于縱向長焊縫主要是面板對接縫和貼角縫；下游面為空格結構，縱向焊縫較少，因此縱向收縮變形可不考慮。5.2橫向收縮變形及角變形工件在熱源作用下產生垂直于焊縫方向的橫向膨脹，此膨脹受外部拘束而被限制即產生橫向壓縮塑性變形，在冷卻過程中該塑性不能完全回復而產生橫向收縮變形。低合金鋼對接、角焊縫每米引起的橫向收縮量B為：對接焊B=1.210.5qv；角焊縫衄=1.210.5qv；其中為厚板。通過計算沿高度方向每條焊縫平均收縮2.0mm，因人字門板厚及結構的變化，在實際施工中焊縫收縮量為1.82.3 mm。由于焊縫橫向收縮力大小及力到門體慣性中心距的不同，產生的力偶大小也不同。這勢必使門體向上游方向傾斜。通過理論公式初步計算出每米傾斜大小A及方向：每米向上游傾斜0.30.6 mm間。對于角變形的控制：為考慮到門體厚度、剛度大，加之通過合理的安排焊接順序，因此沒有預留焊接反變形。對出現(xiàn)稍向上游傾斜時，可在下一節(jié)門拼裝中將面板不進行定位焊，只用“馬尖”壓緊，使上游面處于較自由的狀態(tài)。這樣焊接后翼緣時可使門體每米可向下游傾斜1.5 mm左右，相當于預留了焊接反變形。5.3焊接監(jiān)控焊接時監(jiān)測門體的傾斜方向及大小，就要選好基準點。并始終以這一基準點為測量依據(jù)。根據(jù)門體制作時由3個單元(兩柱及中間部位)組成，在施工中通過懸掛3條重錘的方法進行測量：兩端柱中心各掛一重錘，面板半寬方向掛重錘。每一個焊接流程結果，待焊縫冷卻后進行測量，并與拼裝及上一流程的測量結果作比較，若變形較大則適時調整工序。但焊縫未冷卻或加熱時，測量的結果往往與實際相反，不能以此測量數(shù)據(jù)作依據(jù)，誤導后續(xù)焊接順序及工位安排。5.4焊接殘余應力及熱處理低合金鋼冷裂敏感性較大，拘束強度也較大，致使焊后應力較大。特別是板厚32mm主要是端板，推力隔板和端柱后翼板，要求在焊前預熱、焊層加熱、焊后熱處理工藝措施。熱處理采用的設備為溫控柜帶遠紅外履帶加熱板進行加熱，使用熱電偶測溫儀及紅外線測溫槍測控溫度。消應為局部處理，而且熱處理必然對門葉焊接變形控制產生影響，同時溫度附加應力與原焊接殘余應力疊加也會使整體應力分布變得復雜?？紤]到各種因素的影響，熱處理采用以下兩種方案：5.4.1將熱處理分兩步進行，在端板對接縫及推力隔板與主梁腹板組合焊縫焊接完成后先進行消應，然后再焊接剩余焊縫，最后進行其它需消應焊縫的熱處理。這種方案的優(yōu)點是可以有效避免消應過程中附加溫度應力的產生和轉移，缺點是施工環(huán)節(jié)多，對焊接變形影響較大。5.4.2在門體全部焊接完成后按熱處理曲線進行熱處理，這種方案的