水工钢闸门制作过程焊接质量控制

潘光清

（中国水利水电夹江水工机械有限公司，乐山 614100）

水工钢闸门通常以焊接结构为主，但影响焊接效果的因素较多，必须采取相应的措施保证焊接质量。焊接钢闸门时，因焊接应力过大造成构件开裂的情况时有发生，需要有效控制焊接变形情况，做好焊接质量管控工作，最大限度避免钢闸门出现变形过大的问题，从而切实保障焊接质量[1]。因此，在水工钢闸门制作过程中，相关人员需要明确焊接是钢闸门制造和安装中的关键环节，重视焊接质量，采取有效措施进行质量管控，进而为水利工程建设奠定坚实基础。

以四川省杨房沟工程1#导流洞封堵门的部分门叶结构焊接作业为例。该部分门叶结构包括吊耳（2、3、4、5）、边梁（1、7、8）、隔板Ⅰ（13、34）、隔板Ⅱ（16、33）、隔板Ⅲ（18、31）以及隔板Ⅳ（24、28），结构形式见 图1。

图1 1#导流洞封堵门门叶结构生产用图

焊接采用手工电弧焊、二氧化碳焊和埋弧焊。关于焊材，手工电弧焊选用E5015，二氧化碳焊选用ER50-6，埋弧焊选用H08MnA，焊剂为431。采用偶数焊工对称交替分段退步焊和小的焊接线能量焊接，拼焊顺序按构件工艺执行。焊缝分段的原则为焊缝长度 1 m以上均分段（立焊时，先上段后下段）。组合焊缝翼缘侧的焊脚为1/4腹板厚度，最大不超过10 mm。

吊耳组件中，加强板件3与吊耳板件4连接角焊缝，焊脚为12 mm（先焊塞焊孔，焊后磨平）；
吊耳板件4与前后翼板件2、5连接坡口组合封底焊缝，封底焊脚为8 mm，二类，100%超声波检测（Ultrasonic Testing，UT）；
边梁组件中，腹板件7与翼板件1、8连接坡口组合焊缝（埋弧焊），二类，50%UT，长度为33 m；
隔板Ⅰ组件中，隔板件34与翼板件13连接角焊缝，焊脚为12 mm。隔板Ⅱ组件中，隔板件33与翼板件16连接角焊缝，焊脚为12 mm；
隔板Ⅲ组件中，隔板件31与翼板件18连接角焊缝，焊脚为12 mm；
隔板Ⅳ组件中，隔板件28与翼板件24连接角焊缝，焊脚为12 mm。

2.1 手工电弧焊焊接工艺要点

工件尽可能置于平焊位置进行焊接；
单道角焊缝和多层焊缝根部焊道的最小尺寸可以防止裂纹的产生；
坡口焊缝打底焊道允许最大厚度为6 mm；
单道角焊缝和多层角焊缝根部焊道的最大焊脚为平焊 8 mm，横、仰焊6 mm，立焊10 mm；
坡口焊缝和角焊缝根部后续各层焊缝的最大厚度应为平焊3 mm，立、横、仰焊4 mm；
焊接极性选用反接。

2.2 二氧化碳气体保护焊工艺要点

工件尽可能置于平焊位置进行焊接；
焊丝直径为Φ1.2 mm，二氧化碳气体纯度不小于99.5%；
焊丝伸出长度为10～20 mm，气流量度为15～20 L·min-1，电流为180～300 A，电压为25～32 V，速度依据焊件厚度而定；
平角焊单道最大尺寸为10 mm；
除根部和盖面外，坡口焊缝焊层厚度不超过6 mm，焊缝宽度不超过12 mm；
当焊缝宽度超过12 mm时，应采取多层多道焊。

2.3 埋弧自动焊焊接工艺要点

工件尽可能置于船形焊或平焊位置。焊丝直径为Φ4 mm，HJ431，焊丝伸出长度为30～40 mm，电流为450～600 A，电压为30～35 V，速度为40～55 cm·min-1。

3.1 焊前准备措施

在水工钢闸门制作过程中，焊接作业前应详细掌握相关要求，科学制定工艺方案，并做好焊接材料和设备等准备工作，加强焊接人员培训。根据焊接作业要求，应合理设计焊接工艺，综合分析闸门结构和使用要求等，科学选择焊接方式和工艺参数，制定详细、可行的焊接工艺方案，编制焊接作业指导书。在此基础上，对焊接材料做好采购和验收等工作，保证焊接材料质量，并检查维护焊接设备，确保焊接材料的性能和质量达标，使得焊接设备状态稳定可靠。

施工焊接前，车间应对有关人员做好焊接工艺的技术培训工作，确保焊接人员熟练掌握焊接工艺，了解焊接作业管理制度，能在实际工作中严格按照焊接作业指导书规范作业。所用钢板拼接时，两平行焊缝间的距离应不小于500 mm，构件组装的任何两平行焊缝间的距离应大于3倍板厚，且不小于100 mm[2]。

所有一类焊缝和二类焊缝的坡口应采取机械加工方法制备。对于机械加工难以实现的部位，手工切割后必须修磨平整，以满足焊缝要求。焊件组装前，坡口面和坡口两侧20 mm范围的毛边、铁锈、氧化皮及挂渣必须清除干净[3]。无坡口的部件连接必须密贴，以保证有效焊喉和减少变形，注意一般需保留部位间隙为2 mm。对不符合上述要求的组装构件，应及时向车间反映，待采取相应的有效措施后再施焊。对一类焊缝和二类焊缝施焊后，必须在焊缝附近打上焊工代号。

3.2 焊接作业质量控制措施

为减少水工钢闸门焊接变形的情况，单构件制作建议使用闸门的主梁与纵梁，并与面板分开进行焊接。考虑焊接可能出现的收缩量问题，预留材料切割量尤为关键，对焊接质量的影响较为显著。依据相关规定要求，单构件的拼焊尽量采用埋弧自动焊方式，严格控制翼缘板的倾斜度。焊后的矫正推荐运用型钢矫正机，以降低焊接变形概率。在合格的钢平台上拼接面板，焊接焊缝以磨平焊接时产生的大型焊缝，在保证面板平整性的同时，降低单构件的拼装难度。钢闸门拼装顺序以先点焊固定主梁、再拼装纵梁、后拼装小次梁为主。焊接工艺的顺序以先立焊、再平焊、后仰焊为主。按此要求进行拼装，待拼装后检查其中出现的误差，保证相关尺寸合格后即可进行其他施工，并采取措施预防焊接变形失控，以便更好地保证焊接质量。

在水工钢闸门制作过程中，按照相关规定规范确定控制目标，严格要求落实组焊过程的控制措施。凡从事一类焊缝和二类焊缝焊接的焊工，必须持有相应的考试合格证书，并与持证科目相符。施工过程必须严格执行焊接工艺，注意设备和人身安全，做到安全文明生产。焊接完毕后，焊工需进行自检。一类焊缝和二类焊缝自检合格后，必须在焊缝附近用钢印打上焊工代号，并做好记录。车间必须记录施工信息，重要焊缝应具有可追溯性[4]。

定位焊工艺和对焊工的要求与正式焊缝相同。定位焊焊缝长度应在50 mm以上，间距依据工件厚度，在100～400 mm选用。厚度不宜超出正式焊缝的1/2，且最厚不超出8 mm。此外，严禁在母材其他部位乱引弧，同时严禁填充异物。

使用焊条前需要严格按说明规定进行烘干，且必须清除焊丝表面的油污和锈斑。施焊时应将烘干后的焊条放入100～150 ℃保温筒内，以便随用随取。所有的设备必须具有参数稳定、调节灵活及安全可靠的特点，并能满足焊接规范要求。

多层多道焊缝应将每道熔渣和飞溅物清理干净，注意层间接头应错开30 mm，坡口焊缝和角焊缝后续各层焊缝的允许最大厚度应控制为平焊3 mm、立焊4 mm、仰焊4 mm和横焊4 mm。钢板的厚度达到规范规定或设计要求的预热、后热及消除残余应力的厚度时，必须遵照要求执行相关操作。在雨天露天施焊，施焊现场风速大于5级，相对湿度大于90%时，应采取有效防护措施，否则不可施焊。

3.3 焊接质量检测

焊缝的分类、无损检测方法、检测范围、质量要求以及合格等级应符合合同技术条款、设计文件图样和产品相关标准的规定。若无规定，这些应符合《水电工程钢闸门制造安装及验收规范》（NB/T 35045—2014）要求，如要求单条焊缝探伤长度不小于300 mm，不足时按实际焊缝长度检测[5]。无坡口的一类焊缝和二类焊缝采取磁粉探伤（Magnetic particle Test，MT）或渗透检测（Penetrant Testing，PT）探伤。局部探伤部分应包括全部丁字焊缝和每位焊工所焊焊缝的一部分。

一类焊缝和二类焊缝经无损检测后，若发现存在焊接裂纹和未熔合，应检测整条焊缝。若发现存在其他不符合质量要求的问题，应在其延伸方向或可疑部位检测补充，补充检测长度应不小于200 mm。如果补充检测不合格，应检测整条焊缝。

3.4 焊缝返修措施

对于焊缝表面存在的质量问题，如焊脚尺寸不足或过高、咬边过量、溢流以及焊偏等，可在检验员的监督下返修，直至合格。焊缝内部存在不允许的缺陷时，应分析缺陷产生的原因，制定返修工艺后返修处理。同一部位超过两次返修时，应经技术负责人批准[6]。

水工钢闸门制造是一项复杂的系统工程。为了提高制作过程中的焊接质量，需要结合国家相关规定，在水工钢闸门制作过程中建立健全焊接质量管理体系并严格落实到位，从而为保障焊接质量提供有力支持。

4.1 加强焊接工艺管理

在焊接工艺管理中，首先要深入分析焊接母材的性质，做好焊接工艺审查工作，检查焊接坡口是否规范，判断焊接方法选择是否正确，审核焊接作业顺序是否合理。其次，依据工程的实际情况和相关规定调查施工环境，拟定行之有效的焊接工艺处理方案，并标注焊接质量控制工序。待方案拟定完成后，落实焊接工艺评定工作，确保方案有效落实[7]。最后，开展焊接工作时，相关依据以焊接工艺评定和焊接工艺指导书为主，细化焊接条件、结构特点以及设备能力等指标，确保焊接质量符合标准。

4.2 加强材料和设备管理

采购焊接材料时，推荐首选大型企业产品，要求实物与合格证、材质报告单对应。待选好材料后，若有疑问，则可复查，直至确认合格无疑后方可投入使用。例如：采购母材时所选材料需要具有质量保证书和出厂合格证书等证明；
验收材料需要遵守规章要求。在保障焊接设备使用安全的基础上，需定期检查焊接设备，观察电流参数和电压参数是否正常，以便有效保证焊接设备稳定运行。

4.3 落实焊接变形控制措施

按照工艺料单，对照预留焊接收缩余量要求，各构件采用数控或等离子切割下料，保证各构件下料尺寸准确。例如，翼缘板和工字梁腹板等应尽量减少相关构件的对接焊缝，从而减少零部件焊接产生的角变形和波浪变形[8]。大量的焊接残余应力是降低水工钢闸门使用寿命和疲劳强度的重要因素，可依据坡口形式和结构特点，选择合理的焊接顺序焊接构件和门叶，从而减少焊接应力。同时，可采用局部退火方式解决因门叶上局部焊接应力集中造成应力过大的问题，加热局部部位直至达到退火温度要求，待冷却后即可有效降低残余应力的峰值，从而消除部分应力。另外，可以利用锤击法冷、热锤击焊缝，一般以小锤和装有圆头的风枪工具为主。为避免产生锤击裂纹，温度处于100～500 ℃时不宜锤击焊缝，应使应力分布平缓，达到减小焊接应力的目的。当上述措施无法满足质量控制要求时，可采用振动时效来消除焊接残余应力。对质量控制要求高的钢闸门，必须先消除焊接应力后才能进行机加工。

在水工钢闸门制作过程中，焊接质量控制意义重大，尤其是对整个水利工程具有显著影响。实际工作中需要规范开展焊接作业，积极采取管理措施切实保障焊接质量，以便获得优良的焊接效果，保证水工钢闸门的制造质量。