水工钢闸门制造工艺的技术改进

李 健

（中国水利水电夹江水工机械有限公司，乐山 614100）

随着我国水利水电工程建设规模的不断增大，水工钢结构的制造工艺需要不断优化，降低制造成本，提升制造质量。水工钢闸门由门体、定轮及水封等部件组成。其中，门体由钢板和槽钢等拼装焊接而成，外形尺寸大，制造工作量大，在下料尺寸精度控制和焊接质量控制等方面面临较大挑战。水工钢闸门采用纯粹的机加工来保证门体制造精度，导致制造成本高昂。因此，可重点单独加工零部件，在总装时采取措施控制精度，以改进优化制造工艺。

随着科技的发展，水工钢闸门制造技术越来越先进，对钢闸门制造精度的要求也越来越高。因此，钢闸门制造过程中需要提高对加工制造精度的要求。比如，门叶厚度误差应控制在设计值5 mm内，单节门叶高度误差范围应小于5 mm，门叶宽度误差控制在15 mm内，门叶整体高度误差控制在10 mm内，吊距、止水座平面度、支撑座平面度以及底缘直线度等误差均应控制在2 mm以内。

水工钢闸门规格、类型多样，制造工艺和环境条件复杂，对制造工艺的科学性和规范性提出了较高要求。水工钢闸门应交由具备相关资质的厂家制造。制造的厂家需严格按照合同和图纸要求制定工艺方案，从原材料采购到整体组装严把质量关，校正焊接变形等缺陷，确保钢闸门外形尺寸等满足设计要求，从而保证水工钢闸门的制造质量。

水工钢闸门制造需要从原材料采购、下料到单件制造及整体组装，做好全过程质量控制，确保几何尺寸和焊接质量等满足图纸要求。这需要建立一支高水平的制造团队，确保各岗位工作人员持有相关资格证书，拥有丰富的工作经验。此外，需要完善水工钢闸门制造工艺，制定科学可行的制造方案，严格按照制定的工艺流程和技术规范来改进完善以往工艺技术的缺陷和不足，提高钢闸门制造的技术水平，加大监管力度，从而满足保质量、低成本及短工期的生产要求。

2.1 材料和设备管理

原材料采购是水工钢闸门制造的首要环节，是制造活动开展的基础，即需要采购质量、规格达标且成本较低的材料，从源头上把控制造质量。第一，需要钢闸门制造厂家选择优质的原材料供应商，综合考虑质量、成本、运输以及储存等因素，合理制定原材料采购计划。在确保原材料质量的基础上，综合考虑经济性、运输及储存等方面，尽量避免原材料在工厂内长时间大量存放。第二，需要进场检验采购的原材料。检验的内容主要包括：检查材料规格、数量是否与采购书相符、外观是否有裂纹以及磨损等缺陷；
利用钢直尺、游标卡尺等工具，检查材料外形尺寸和表面平整度等是否符合要求；
利用硬度计测量结构件，确保硬度达标；
借助超声检测法等，检测材料的内部缺陷，保证材料内部无质量缺陷。通过严格的检验措施，确保入厂的原材料质量、性能以及规格等满足水工钢闸门制造要求。第三，需要依赖各种制造设备和仪器，根据钢闸门制造需求采购先进的生产加工设备，并做好现有仪器设备的检修保养工作。采购设备往往需要投入大量资金，因此购买新设备时不仅要考虑设备的先进性，还要考虑经济性与实用性，重要的是检修设备状态并检定仪器，及时发现并排除存在的故障隐患，避免因设备故障问题而影响水工钢闸门制造质量，提高仪器设备的利用率，从而提高水工钢闸门制造的质量与效率。

2.2 下料

根据钢闸门零件图样尺寸，考虑机械加工余量、焊接收缩量及切割余量等因素，合理确定下料尺寸，再由班组根据任务单下料。梁腹板等使用数控切割机下料，面板可以使用半自动切割机下料，翼缘板可用型钢切割机下料，并使用数控铣边机制备对接焊缝的坡口[1]。如果钢板平整度不达标，可以使用卷板机矫平。为避免钢闸门主梁腹板、下翼缘板等与接焊缝重叠，可以考虑用整张钢板下料。根据构建长宽划线，留一定的切割余量、焊接收缩余量和坡口制备余量。

下料后，需要及时清理残渣，并使用磨光机磨平下料时产生的熔渣和毛刺等，并有序摆放各材料，标识零件号和材料入库编号。此外，需要检验下料预料的机械加工余量、焊接收缩余量等。检验方式为抽检，利用钢卷尺和游标卡尺等检验器具检验同规格下料数量的1/2。

2.3 单个构件加工

单个构件加工可分为坡口加工、拼装、焊接以及矫正等工序，需要加强各个工序环节的质量把控。首先，坡口加工。需要考虑焊接变形、结构受力以及板材厚度等条件，合理设计坡口加工工艺，采用刨床或火焰切割机加工坡口[2]。其次，单个构件拼装。由于钢板和型钢下料会产生受热变形，需要采用机械或火焰方式矫正钢板和型钢。按照设计图纸要求拼装主梁、隔板梁和边梁补强板等结构件，将尺寸偏差控制在允许值范围内，再用手工点焊方式进行固结。再次，单个构件焊接。利用焊工采用埋弧焊或二氧化碳气体保护焊方式焊接拼装后的结构件。焊接作业后检查焊缝外观，要求一类焊缝和二类焊缝采用超声波或渗透检测技术保证焊接质量达标[3]。最后，单个构件矫正。焊接质量合格的构件可以采用火焰或液压翼缘矫正机进行矫正，控制单个构件几何尺寸在允许的范围内。

2.4 整体拼装

整体拼装是水工钢闸门制造的重要环节，需要按顺序整体拼装各个构件。以钢闸门门叶拼装为例，面板整平后放在工作平台上进行组对。坡口按照焊接工艺设计，避免产生十字焊缝。可以使用埋弧自动焊机焊接面板，采用碳弧气刨清除背缝，避免产生较大变形[4]。采用平板机或火焰矫正方式矫正焊接后的面板。矫正后需要二次下料，在高度和宽度方向预留一定余量，然后根据钢板厚度适当调整。二次下料后，面板宽度方向放样按照从中心到两边的原则分出面板中心线，再向两边放样，预留焊接收缩余量。高度方向放样遵循由下到上原则，按照设计图纸进行放样，并预留加工余量。

按照先中间后两边的顺序先拼装中间主梁，再上下小梁、隔板和主梁，然后上下节前小梁、隔板和水封梁，之后拼装边梁、筋板和边梁后翼板等。拼装作业中，需要调整组装的构件，控制每个梁的垂直度，使门叶翼板等外形尺寸与放样尺寸一致，并以手工点焊方式固牢。整体拼装后需要进行自检、互检和专检，确保外形尺寸和定位尺寸等符合设计要求后再进入焊接工序。

2.5 焊接作业

焊接作业在水工钢闸门制造中具有重要作用，对钢闸门制造质量具有直接影响。焊接工艺是否科学合理，对焊接作业质量具有直接影响。焊接作业前，需要高度重视焊接工艺设计工作，结合水工钢闸门制造要求，依据设计文件和技术规范制定焊接工艺方案，以控制焊接变形为基本原则。如果采用新材料、新工艺，需要进行评定[5]。技术人员应充分考虑水工钢闸门的使用环境等因素，拟定焊接工艺方案，评定焊接工艺的合理性与可行性，开展焊接试验来确定最佳的焊材和焊接工艺，从而合理确定工艺参数，认真编写钢闸门焊接作业指导书。

焊接作业过程中需要严格实施制定的焊接工艺，以焊接作业指导书指导焊接作业。焊接人员持有专业资格证书，熟悉焊接工艺要求，做到规范操作。以钢闸门门叶的焊接作业为例，可按照先后翼板朝上焊接再面板朝上焊接的顺序进行焊接作业。对于一类焊缝和二类焊缝应争取一次成型，以防重复处理导致焊接变形超标。根据焊接环境的不同，实际焊接作业时往往需要适当调整工艺方案。在制定工艺方案时，需全面考虑各方面的因素和可能性，制定可行的应对措施。比如，水工钢闸门拼装过程中的焊接作业可能面临钢闸门构件变形和焊缝尺寸过大等问题，需要及时采取相应的处理措施，保证焊接作业质量。

焊接作业后需要清理飞溅痕迹，并适当处理焊缝外观。完成一个焊接工序后，需要进行外观检测和无损探伤检测，并处理焊缝质量缺陷[6]。焊缝外观检测主要用肉眼或放大镜观察焊缝表面状况，确保焊缝表面质量合格。一类焊缝和二类焊缝需要进行无损探伤检测，通常采用超声波（见图1）或渗透检测法。根据施工条件，可以采用衍射波时差法等检测技术。不同检测方法各有优势和适用范围，而合理选择检测方法可以提高焊缝探伤检测的准确度[7]。如果检测结果不合格，需要采取必要的返工处理措施。焊缝质量检测合格后，需要进行矫正门叶等操作。一般采用火焰矫正法矫正控制面板、翼板平面度和边梁、吊耳垂直度等。

图1 水工钢闸门焊缝超声波检测示意图

2.6 预组装

预组装前，需要做好收尾工作。以钢闸门门叶为例，需要采用火焰切割机修割面板宽度、主轮孔以及锁定槽等部位。例如：面板或翼板朝上放样和组对、焊接挡板、水封座板、反向滑块座板、钻水封孔以及反向滑块孔[8]；
使用数控镗铣床铣门叶节间面、底面、水封底板、镗节间连接孔以及钻边梁腹板的侧轮孔等。

预组装时，需要根据钢闸门结构形式选择适合的预组装方式。以门叶预组装为例，可以根据不同的结构形式选择面板朝上、翼板朝上或两次预组装的方式，确保主轮和反向滑块等附件全部安装完成。预组装后应厂内验收，合格后上报业主单位，由监理、安装及设计等单位联合验收，确保水工钢闸门预组装质量符合设计要求。验收合格后需拆解钢闸门，并分类保管所有构件和附件，同时需做好标注。

2.7 防腐作业

防腐作业关系水工钢闸门的运行稳定性和使用寿命。质量验收前应对水工钢闸门进行防腐处理，保证钢闸门的防腐涂层质量与厚度。钢闸门防腐处理前需要检查和处理门体表面的焊渣、凹坑及油污等，清除水工钢闸门表层可能存在的油污、铁锈及油漆等杂物，保证钢闸门表层有一定的光泽和适度的粗糙度。实际施工中可以采用喷砂除锈方法进行表面预处理，使表面清洁度与粗糙度达标[9]。涂装底层可以使用环氧富锌漆，中间层建议使用环氧云铁漆，面层使用环氧面漆，各层均分两道涂刷，确保涂刷均匀一致、无针孔和皱皮等缺陷。涂装施工后检验防腐涂层厚度和附着力等，着重检测主梁腹板和翼缘板、吊耳板腹板等构件，确保厚度与附着力达标，提升水工钢闸门的防腐性能。

水工钢闸门因外形尺寸和自重较大，需要在工厂制造闸门单体构件和附件，并完成拼装和预组装。钢闸门制造过程中需要坚持精心操作、严格控制的原则，着重控制外形尺寸、定位尺寸和焊接变形，认真做好下料、构件加工、整体组装、焊接以及防腐等工作，严格把关每道工序，不断改进和优化钢闸门制造工艺，降低钢闸门制造成本，提升钢闸门制造质量和效率，延长水工钢闸门的使用寿命。