浅谈平面弧形闸门的制作工艺及流程解析.docx
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浅谈平面弧形闸门的制作工艺及流程解析
浅谈平面、弧形钢闸门的制作工艺及流程
钢闸门的类型较多,可以按其工作性质、设置部位或形式进行
分类。
按工作性质可分为事故闸门、检修闸门、工作闸门和施工导
流闸门;按设置部位可分为露顶式闸门和潜孔式闸门; 按结构形式
可分为平面钢闸门和弧形钢闸门。
当今的钢闸门大多数采用钢结构
焊接组装成形,钢闸门制造的重点和难点在于对其制造工艺和焊接
工艺的控制。
一、平面钢闸门
1平面钢闸门制造工艺流程
材料复检、入库钢板、型钢校正绘制下料图按图下
料检查、记录主梁拼焊、次梁拼焊、边梁拼焊、闸门
面板拼焊门叶拼装门
叶测量记录门叶整体焊接焊缝无损检测、单节闸门整
体组焊测量记录闸门翻身、整体组装门叶面板放线、切
割水封座板加工水封零部件组装防腐出厂验
收。
2平面钢闸门制造工艺
2.1 零件和单个构件制造
2.1.1 钢板和型钢在下料前应进行整平、调直、拼接处理
a.钢板通过平板机整平;
b.型钢用液压校形机调直;
c.钢板及型钢的拼接;
2.1.2 钢板、型钢的放线、切割、坡口的加工
a.用等离子切割机、数控切割机、全自动切割机、半自动切割
机、剪板机及手把切割机对钢板进行切割;
b.用型钢切割机和手把切割机对型钢进行切割;
c.坡口加工一般宜采用自动切割机或刨床;
d.钢板和型钢下料后应对其进行机械和火焰校形处理;
2.1.3 工字组合梁的制造(包括闸门主梁、边梁、翼缘小梁及其它小
梁)
a.对工字组合梁的翼缘板用液压机进行反变形(反变形的弯曲
量时通过反变形试验确定的);
b.工字组合梁的组对;
c.工字组合梁的定位焊接;
d. 工字组合梁的定位焊后检查并记录;
e.工字组合梁用埋弧自动焊进行焊接组合角焊缝;
f.工字组合梁的校形用液压机或火燃来完成;
g.工字组合梁的端头加工(预留闸门整体焊接收缩余量)一般
通过动力头切削完成;
h.工字组合梁的检查并记录;
2.2闸门面板的拼接和放线
2.2.1 面板的拼接
a.将整平的钢板放置在工作平台上进行组对,形成的坡口型式
严格按焊接工艺设计执行;
b.面板的焊接用埋弧自动焊机来完成,背缝用碳弧气刨清根,
清根过程中应严格按焊接工艺设计执行,防止产生大的变形;
c.面板的校正用火焰、机械校正;
2.2.2 面板的放线
面板的放线在工作平台上进行,面板的长度方向和宽度方向根
据闸门的形式结构特点预留焊接收缩余量,但并不进行切割。
(闸门
面板长、宽预留 150mm 左右备门叶加固用,闸门门叶整体组装焊接
结束后再进行放线切割)。
2.3 闸门门叶组装
2.3.1 将拼接好的闸门面板放置在工作平台上并把门叶的边缘进行加
固,并按图纸将门叶放线。
2.3.2 闸门门叶组装
a.把上、中、下节门叶的主梁(中间)安装调整加固;
b.把上、中、下节门叶的型钢小梁安装调整加固;
c.把上、中、下节门叶中和主梁连接的隔板安装调整加固;
d.把上、中、下节门叶的其它主梁安装调整加固;
e.边梁、其它隔板的调整加固;
f.吊耳的调整加固(门叶焊接结束后检查吊耳中心距尺寸,合格
后再进行焊接);
g.闸门门叶的检查并做好记录;
h.闸门门叶的焊接以控制变形为主,焊接严格按照焊接工艺设
计进行焊接;
i.闸门门叶的焊后检查并做好记录;
j.闸门门叶的翻身
2.4 闸门的整体组装
2.4.1 闸门在工作平台上进行组装,闸门组装调整检查合格后,安装
定位板并焊接加固。
2.4.2 闸门面板的放线、切割
2.4.3 闸门水封底板放线、组装并焊接
2.4.4 闸门主滑块座板、反向弹性座板、悬臂式侧轮座板的放线组对
加工、水封座板的加工、主轮轴轴加工及吊耳孔加工。
2.4.5 闸门水封座板、水封压板钻孔,正反向滑块、侧轮的组装钻孔。
2.4.6 闸门整体防腐
闸门整体防腐主要分为涂漆和喷锌防护。
对闸门整体进行喷
砂处理,以满足除装表的各项技术要求。
干喷砂闸门表面处理应
达到表面第一级处理标准。
表面处理合格并经验收后进行喷锌,
喷锌后应按施工图及规范要求进行检测,验收合格后进行封闭涂
层的涂装,防腐漆的类型应根据施工图进行选择。
涂装时表面应
干燥、清洁、涂漆厚度应均匀,涂层厚度满足要求。
3 平面钢闸门制造的一般技术要求
3.1 钢板、型钢放线、切割的技术要求
3.1.1 制作零件和单个构件的制造工艺时,应充分的考虑到焊接收缩
基本尺寸
允许偏差
切割
刨边缘
≤1000
±2.0
±0.5
>1000~2000
±2.5
±1.0
>2000~3150
±2.5
±1.5
>3150
±3.0
±2.0
量,以及机械加工部位的切割余量。
3.1.2用钢板或型钢下料而成的零件,其末注公差尺寸的极限偏差
a.钢板或型钢切断面为待焊边缘时,切断面应无对焊缝质量有
不利影响的缺陷;断面粗糙度 Ra≤50μm,长度方向的直线度公差应
不大于边棱长度的 0.5/1000,且不大于 1.5mm;厚度方向的垂直度
公差:
当板厚 δ≤24mm 时,不大于 0.5mm;板厚 δ>24mm 时,
不大于 1.0mm,若局部存在着少量较深的割痕时,允许采用电焊方
法进行焊补但必须严格遵守相关焊接的规定,焊补后应磨平。
b.钢板和型钢切断面为非焊接边缘时,切断面应光滑、整齐、
无毛刺。
3.2 闸门零件、单个构件制造的技术要求
3.2.1 钢板零件的边棱之间平行度和垂直度公差的为相应尺寸差的一
半。
序号
名称
公差
备注
1
钢板、扁钢的局部平面度 t
在 1m 范围内 δ≥4:
t≤2;
δ>4~12:
t≤1.5;
δ>12:
t≤1
简图见规范
2
角钢、工字钢、槽钢的直线
度
长度的 1/1000 但不大于 5
3
角钢肢的垂直度△
△≤b/100
简图见规范
4
工字钢、槽钢翼缘的垂直度
△
△≤b/30 且△≤b/30
简图见规范
5
角钢、工字钢、槽钢扭曲 e
型钢长度
L
型钢高度 H
≤100
>100
≤2000
e≤1
e≤1.5
>2000
0.5
e= L
1000
0.75
e= L
1000
e≤2
零件形位公差
3.2.2 零件经矫正后,钢板的平面度、型钢的直线度、角钢肢的垂直
度,工字钢和槽钢翼缘的垂直和扭曲应符合下表要求:
序号
名称
极限偏差或公差
备注
1
构件宽度 b
±2
简图见规范
2
构件高度 h
3
腹板间距 c
4
翼缘板对腹板的垂直度 α
α≤b1/150,且不大于 2
简图见规范
α≤0.003b,且不大于 2
5
腹板对翼缘板中心位置的偏移 e
不大于 2
简图见规范
6
腹板的局部平面度△
每米范围内不大于 2
简图见规范
7
扭曲
长度不大于 3m 的构件,应不大
于 1,每增加 1m,递增 0.5,且
最大不大于 2
8
正面(受力面)弯曲度
构件长度的 1/1500,且不大于 4
9
侧面弯曲度
构件长度的 1/1000,且不大于 6
闸门门叶制造的允许偏差应满足合同文件闸门通用技术条件、
图纸要求外,其余平面闸门门叶组装的允许公差与偏差应符合下表
序号
项目
门叶尺寸
公差或极限偏差
备注
1
门叶厚度 b
≤1000
>1000~3000
>3000
±3
±4
±5
2
门叶外形高度 H
门叶外形宽度 B
≤5000
>5000~10000
>10000~15000
>15000~20000
>20000
±5
±8
±10
±12
±15
3
门叶宽度 B 和高度 H 的对应
边之差
≤5000
>5000~10000
>10000~15000
>15000~20000
>20000
5
8
10
12
15
4
对角线相对差 D1- D2
≤5000
>5000~10000
>10000~15000
>15000~20000
>20000
3
4
5
6
7
门叶尺寸取
门高或门宽
中尺寸较大
者
5
扭曲
≤10000
>10000
3
4
平面闸门门叶的公差或极限偏差 单位为毫米
规定:
6
门叶横向直线度 f1
B/1500,且不大于
6(凸向背水面时为
3)
通过各横梁
中心线测量
7
门叶横向直线度 f2
H/1500,且不大于 4
通过两边梁
中心线测量
8
两边梁中心距
≤10000
>10000~15000
>15000~20000
>20000
±3
±4
±5
±6
9
两边梁平行度 L1-L2
≤10000
>10000~15000
>15000~20000
>20000
3
4
5
6
10
纵向隔板错位
3
11
面板与梁组合面的局间隙
1
12
面板局部平面度
面板厚度 δ:
≤10
>10~16
>16
每米范围内不大于:
5
4
3
13
门叶底缘直线度
2
14
门叶底缘倾斜值 2C
3
15
两边梁底缘平面(或承压板)
平面度
2
16
止水座面平面度
2
17
节间止水板平面度
2
18
止水座板至支承座面的距离
±1
19
侧止水螺孔中心至门叶中心
距离
±1.5
20
顶止水螺孔中心至门叶底缘
距离
±3
21
底水封座板高度
±2
22
自动挂钩定位孔(或销)至
门叶中心距离
±2
(1)水封座板面板应机加工至 Ra12.5μm。
其它加工质量技术条
件必须施工图要求。
(2)正向支承滑道与门叶支承垫板接触面应机加工至
Ra12.5μm,其接触间隙应符合施工图的规定。
滑道与门叶组装时,
应以水封座板面为基准面进行调整,所有滑道接触面的平面度为
2mm,每段滑道至少在两端各测一点。
(3)闸门吊耳孔的纵横向中心线的距离允许偏差为±2.0mm。
其
同轴度不大于 0.5mm。
(4)侧导向制造结束后整体进行测量,控制其尺寸偏差。
(5)零部件
零部件的加工和装配按施工图样的规定执行。
装配后应在转动
部位灌注润滑油(脂),润滑油(脂)的规格应符合施工图样和技术
文件的要求。
(6)螺栓连接
螺栓的规格和材料、制孔和连接应符合施工图规定,水封螺栓、
螺母表面镀锌。
橡胶水封制孔时不允许烫孔,钻孔直径不应大于连
接螺栓的直径。
(7)闸门的所有水封压板螺栓孔应在闸门整体组装合格后,与闸
门止水座上的螺栓孔配钻。
(8)闸门在制造厂内进行整体组装。
二、弧形钢闸门
弧形闸门主要由门叶、支臂和支铰等三大部分组成。
而闸门的
门叶和支臂均为金属结构焊接组装件,如何防止制造中构件的变形,保
证制造质量,减少误差,成为制造弧门的关键性问题。
弧形闸门是水利水电工程中广泛应用的门型之一,按设置部位分
为表孔(也叫露顶)式弧形闸门和潜孔(也叫深孔高压)式弧形闸门两种。
表孔式弧门结构特点:
门顶露出上游水位以上,没有顶止水,只有侧
止水和底止水,面板曲率半径 R 一般取门高的 1.0~1.5 倍。
潜孔式
弧门结构特点:
有顶止水,顶止水与门楣接触,它与侧止水、底止水
形成封闭的“□”型止水。
面板曲率半径 R 可取门高的 1.1~1.2 倍。
但
二者均主要由门叶、支臂和支铰等三大部分组成。
1弧形闸门工艺流程
制作前准备下料单件制作(包括主横梁拼焊、隔梁拼焊、
支腿拼焊、吊耳拼焊、面板卷制铺设拼焊等)放样大组(包括门
叶放样、组装、加固、焊接、支臂放样组装、加固、焊接)门
叶、支臂矫正尾工处理门叶与支臂整体大组解体防腐。
2弧形闸门制作前准备
2.1 场地准备
弧形闸门制作场地包括零部件制作场地、门叶拼装焊接场地、
支臂拼装焊接场地和总体预组装场地。
一般零部件制作场地安排在
车间厂房内,门叶、支臂拼装焊接和总体预组装场地由弧门大小而定,
一般安排在露天场地。
2.2 搭设门叶拼焊弧形工作台
弧门制作焊接过程中,不仅存在纵向和横向的收缩变形,还存在沿
径向的收缩变形,使弧门在拼装焊接后,曲率变小,考虑这一因素的影
响,在搭设门叶拼焊弧形工作台时应把弧形工作台的曲率半径加大,加
大的曲率半径值一般取设计曲率半径的 5%~9%。
弧形工作台常采
用型钢(角钢、工字钢或槽钢)在光滑平整的钢平台上搭设成立柱式,
立柱之间(与立柱顶端平齐)横向可用角钢或稍宽长条废料连接。
3单个构件的制作
3.1 面板
面板下料时横向和纵向按设计长度(弧长)的 1%预留收缩余量外
还要四周预留裁边量。
大型弧门面板宽度由于往往超出卷板机宽度,
而在制作时分成几块,卷制成弧形用弧形样板检验弧形,满足要求后在
弧形工作台上进行拼焊。
为减少焊接变形,较厚板坡口取 1~2 mm
钝边、1/3~2/3 不等边“V”型坡口,为方便清根,1/3 坡口朝向凸面,
2/3 坡口朝向凹面。
焊接时采用手工电弧焊进行焊接,先焊凹面,凸
面待门叶整体拼焊翻身后再进行清根焊接。
10 mm 以下较薄板可不
开坡口。
3.2 边梁及隔梁
弧门门叶的弧度准确度关键可依靠边梁及隔梁腹板的弧度来控
制,因此边梁及隔梁腹板的下料必须有数控切割机来完成。
其中弧
门的放大样在电脑上利用 AUTOCAD 软件来完成,其曲率半径的放
大值与制作弧形工作台相同,在弧长方向均按设计尺寸的 1%预留焊
接收缩量并且隔梁的余量均匀分布各个隔梁中。
边(隔)梁翼缘板与腹
板焊接采用手工电弧焊和埋弧自动焊均可,拼焊完成后与门叶面板
待组。
3.3 主横梁及支腿
主横梁及支腿的制作是弧形闸门单件制作中的重点和难点。
弧
形闸门的主横梁和支腿一般均为箱型梁(少数小型弧门除外),箱型梁
的扭曲变形除了焊接影响还有内腔中的隔板形状不规则的原因。
为
保证腹板和翼缘板之间 90°的要求,隔板下料时应用数控切割机下料,
其外形尺寸控制在 0~-1.0 mm 之间且统一偏差。
支腿腹板和翼缘板
下料时按设计尺寸的 1%预留焊接收缩余量和修切余量,主横梁因有
单件制作和门叶组焊两次收缩,需按设计尺寸的 2 倍 1%预留焊接收
缩余量。
组拼顺序也是保证质量的前提,组拼时应先在下翼缘板上
划线组拼隔板,注意隔板的垂直度≤1.5 mm,然后组拼两腹板,最后
组拼上翼缘板,两腹板与隔板以及翼缘板相互垂直,对装间隙≤1.0
mm。
组对完成后加固焊接,其中腹板与后翼缘板的组合缝坡口一般
采用 2 mm 钝边不等边双面 50°坡口或者 2 mm 钝边单面“V”型 45°坡
口,埋弧自动焊焊接外侧,内侧手工电弧焊进行封底焊接。
若主横
梁无下翼缘板,腹板与面板组合缝坡口一般采用 1 mm 钝边单面“V”
型 50°坡口。
箱型梁的焊接顺序为:
先焊腹板与隔板的立焊缝,再焊
隔板与翼缘板的角焊缝,最后分段跳焊腹板与翼缘板的组合缝,焊
接人员要求为偶数且对称施焊。
焊完箱体内的焊缝,再用埋弧自动焊
焊接箱体外的组合焊缝,埋弧焊采用船形焊,并对称从梁中心向两
端退焊。
箱型梁因焊接产生变形后,宜采用机械和火焰加热相结合来
矫正,矫正合格后分别待组。
4门叶的拼焊
各种构件经检查合格后进行门叶的拼装。
在拼装前首先要根据
设计图纸在面板的内弧面上放样。
放出主横梁、水平次梁、隔梁等
的位置线,同时放样时要按 1%考虑焊接收缩余量。
放样经检查合格
后打上样冲眼做为标记,然后进行拼装。
拼装顺序为:
主横梁—水平
次梁—隔梁—两端边梁。
拼装过程中要注意各拼接缝要顶紧,不留
间隙,局部间隙不超过 0.5 mm;拼装隔梁及边梁时,面板要以隔梁
及边梁的弧度为基准,即面板内弧面要向隔梁及边梁弧边靠紧,不
准割枪修割隔梁腹板。
门叶整体拼装完后,按规范要求及设计图纸
进行检查,检查无误并对各条焊缝加固后进行施焊。
施焊时由偶数
焊工同时、同步、分段、对称、交叉、倒退施焊,分段长度以 400
mm 为宜。
除对门体有特殊要求的焊缝外,应遵循由门体中部逐一向
外的施焊顺序进行焊接,以便于焊缝应力均匀释放,减少门体的变
形量。
其焊接顺序为:
立焊缝—隔梁后翼缘板与主横梁后翼缘板对接
焊缝—隔梁与面板平角焊缝—水平次梁与面板的平角焊缝—主横梁
与面板的平角焊缝。
其中对于大型弧门立焊的焊接以每节门叶为单
位,由偶数焊工从门叶纵向中心的立焊缝开始,同步、对称、交叉、
分段、倒退焊接;主横梁、水平次梁与面板角焊缝的的焊接,同样采
取多层多道焊接,且第一层焊缝的焊角尽量偏小,以减少焊接变形,
焊接仍以门叶纵向中心为起点,由偶数焊工对称、分段、倒退焊接。
门叶内弧面方向焊缝全部焊接完成并矫正检验符合制作规范要求后,
将门叶翻身,用碳弧气刨清根后焊接外弧面面板焊缝和其它剩余焊
缝。
然后再次矫正、检验,检验合格后待与支臂总体预组装。
5支臂的拼焊
支臂分为上下两个支腿,两个支腿之间用竖杆、斜杆、连接板等
连接成刚性的整体。
支臂与主横梁连接端有前置板,用螺栓与主横
梁的后翼板连接。
支臂的另一端用后端板与铰链以螺栓连接。
前置
板与主横梁、后端板与铰链之间结合面要承受剪力,因此要求结合
紧密,必须刨削加工,螺栓孔必须配钻,以保证装配质量。
支臂的各部件单独拼装、焊接、矫正、检验合格后方可进行支
臂的组装。
首先在钢平台上放样,采用吊坠的方法先后组拼支腿、
竖杆、斜杆、加强板、检查无误后焊接、矫正修切后端端头拼对后
端板。
焊接时注意后端板的焊接变形。
6弧形闸门厂内总体预拼装
弧形闸门厂内总体预组装一般采用门叶立式组装法,即下支
腿水平放置,门叶立起。
下肢腿下放置支墩(钢结构件)和垫块(放
置于支墩上用于调整固定支臂)。
其步骤和方法为:
(1)在总组装
台上测放出控制线和控制点。
包括支铰中心线、支臂中心线、整
体中心线、面板外缘与底坎的交线等,并在各支墩及预埋底板上
测出相对高程,作出标记点。
(2)在钢平台上布置支墩,下支臂平
卧吊放在支墩上,在将支臂靠上门叶,整体组装闸门。
其中对于
大型弧门,门叶组装可两节或三节先卧式组装成整体在进行组拼。
(3)门叶拼装调整后,检查各部尺寸,保证门叶底缘水平,其钢平
台上的投影与平台上的投影控制线相吻合,支臂上下支臂在同一
铅垂面内且在平台上的投影与投影控制线相一致。
(4)组装左右两
支铰。
包括调整两支铰位置、跨距、两支铰孔的同心度和倾斜度、
仰角。
(5)检查支铰中心至面板曲率半径是否符合图纸规定、用测
量水平与拉线相结合的方法,校正两支铰的同心度和倾斜度,并
检验支臂跨度。
同时确定支腿长度和前置板、后端板尺寸并加工
支臂前置板、后端板。
(6)将门叶、支臂、支铰安装一起,并按
GB/T14173-2008 进行逐项检查;合格后在各部件连接处打上标
记或焊接定位板,然后拆除进行防腐处理。
三、结束语
制定并实施正确的工艺措施是保证制造质量的有效措施。
只有
从严控制材料质量、对施工过程中的每道工序都严格把关,才能做
出优质的产品。
只有对施工过程做出详细的记录,才会从中分析出
质量问题产生的根源,提出改进的方法,进一步完善工艺措施。