中国水利水电第七工程局有限公司水工机械厂四川彭山620860
摘要：在水利水电工程建设中，弧形闸门支臂形式一般均为两支腿直支臂或两支腿斜支臂的形式。随着大型水利水电工程的增多，弧形闸门高度的增大，也逐渐开始采用三支腿支臂或四支腿支臂形式的弧形闸门。三支腿支臂及四支腿支臂形式的弧形闸门较为少见，制作难度也较两支腿支臂形式的弧形闸门大。因此在制造过程中如何防止构件的变形，保证产品的制造质量，并排除现场安装时整体几何尺寸的误差，成为多支腿支臂弧形闸门制造的关键性问题。本文以苏丹罗塞雷斯低位泄水孔四支腿支臂形式的弧形闸门为例，详细介绍多支腿支臂弧形闸门的制作工艺和技术措施。
关键词：多支腿支臂；弧形闸门；制作工艺；技术措施
1概述
苏丹罗塞雷斯低位泄水孔共5孔，每孔设一套潜孔式弧形闸门，主要由门叶、支臂及支铰三大部分组成，如图1所示，总重约为134t。其中门叶结构部分的面板为022Cr17Ni12Mo2+Q345的复合不锈钢板，主梁的形式为纵主梁，门叶重约40.3t；左右支臂均为直支臂，且单侧支臂由四根焊接工字梁汇聚到后端板处形成四支腿的支臂，支臂重约50.4t。如图1所示。
2弧形闸门制造工艺流程
2.1门叶制造工艺流程
制作前的准备→板材及型材进厂验证→板材及型材矫正→零部件放样、数控切割下料→板材焊接边缘坡口加工→部件制作（主要包括纵主梁组焊、L型水平次梁制作、面板卷制、面板铺设及焊接、吊耳组焊、侧轮架组焊、支臂前端连接结构的组焊及机加工等）→面板内弧侧放样→门叶整体装配（主要包括L型水平次梁、主纵梁、支臂前端连接结构及其他附件与面板的装配）、检验→门叶整体焊接→门叶翻面、面板背缝清根焊接→门叶矫形→底水封、侧水封、顶水封座板装焊→吊耳装焊→矫正→水封螺栓孔配钻。
2.2支臂制造工艺流程
制作前的准备→板材及型材进厂验证→板材及型材矫正→零部件放样、数控切割下料→板材焊接边缘坡口加工→部件制作（主要包括工字梁支腿制作、斜撑花架制作、支臂总成制作等）→支臂平面整体放地样大组→工字梁支腿、斜撑花架、支臂总成按地样整体装配→焊接→支臂后端板及支腿节间连接板矫正→机加铣削后端板及支腿节间连接板的连接面→支臂后端板与支铰配钻螺栓连接孔。
2.3门叶整体大组工艺流程
大组前的准备（门叶及支臂均已制作完成、支铰外协件已回厂并验收）→根据设计图纸在大组钢平台上放弧门整体大组的地样→搭设支臂立组支撑架→支臂与活动铰采用螺栓连接在一起→根据地样立组支臂、调整并加固→弧门门叶从底节开始向上立组→弧门整体尺寸调整→验收→支臂前端板焊接→复测弧门整体几何尺寸→划支臂前端板的机加线→弧门整体拆组→机加铣削支臂前端板的连接面→弧门整体二次回组→前端板连接处的间隙检查、整体几何尺寸验收→弧门整体拆组→尾工处理及打磨→防腐→发运出厂。
3弧形闸门制作前准备
3.1制作场地准备
弧形闸门制作的场地，主要包括零部件的制作场地、门叶的组装焊接场地、支臂的组装焊接场地及弧门的整体预组装场地。其中，零部件的制作场地选择在车间内的钢板平台上进行，门叶的组装焊接选择在车间内的弧门胎架上进行，支臂的组装焊接及弧门的整体预组装场地选择在厂内的露天钢板平台上进行。
3.2门叶胎架的搭设
弧形闸门制作焊接过程中，不仅在门叶的纵向和横向存在收缩变形，而且沿门叶的径向方向还存在收缩变形，使弧门在整体组装焊接后，曲率半径变小，考虑这一因素的影响，在弧门胎架搭设过程中应将胎架的曲率半径加大，以给予门叶焊接后的收缩补偿。因苏丹罗塞雷斯低位泄水孔弧形闸门面板外径R=14500mm，根据以往制造经验确定，该弧门组装胎架的曲率半径可设定为R=14560mm。
弧门胎架搭设时，为保证面板的加固强度，在曲率半径R=14560mm的弧度方向上每隔0.8米搭设一根通长的槽钢，其槽钢顶面应保证水平，以便于后期面板的铺设、调整及加固。
4弧门主要部件的制作
4.1面板制作
（1）制作工艺流程
（3）切割与坡口加工
由于面板为24mm厚的022Cr17Ni12Mo2+Q345复合不锈钢板，因此切割时采用等离子数控切割机下料切割。面板上的焊接坡口采用12米刨边机加工，单节门叶面板的拼焊缝设1/3及2/3的双面坡口，中间留2mm的钝边，其面板凹面开2/3板厚的“U”型坡口，凸面开1/3板厚的“V”型坡口；门叶节间的面板坡口开成单面60°“V”型坡口。
（4）面板卷制
用δ=1mm的铁皮，制作成卷弧样板，其弧长约3m，以备卷板过程中检查校验面板的弧度。面板卷板时，面板两端200mm范围应先压头，用样板靠弧检查，合格后进行整板卷弧。卷制的曲率半径应与弧门胎架曲率半径一致。
（5）面板组拼
面板的组拼在弧门组焊胎架上进行。将面板分块吊上弧形胎架后，按工艺设计方案进行组拼，然后对面板整体的弦长、弦高等尺寸进行检查，并用内弧样板检查面板弧度，合格后将面板与弧形胎架连接加固牢靠。
（6）面板焊接
单节门叶面板的拼接焊缝焊接时采用手工电弧焊进行焊接，先焊凹面，完成后进行放样大组。凸面待门叶整体组装焊接翻身后再进行清根焊接。
4.2T型纵主梁制作
（1）制作工艺流程
（2）放样下料
支臂部件下料前采用微机整体放样，其中支臂工字梁的翼板及腹板按设计长度尺寸，每米预留1mm的焊接收缩余量，然后再在支臂前端加30mm的端部成型修切量。
（3）切割与坡口加工
支臂部件采用数控裁条机及数控切割机进行切割下料。工字梁腹板的焊接坡口采用16米刨边机加工，坡口形式为双面对称“J”型坡口，中间留3mm钝边。
（4）组拼及焊接
组拼时先铺设下翼缘板并调平直，在下翼缘板上划腹板组拼的定位线，然后组拼腹板，最后组拼上翼缘板，组拼完成后应保证腹板垂直于上下翼缘板。
支臂工字梁的组合焊缝采用船形埋弧自动焊焊接，所有焊缝应保证同向、同速、同工艺的焊接，以避免因焊接产生的扭曲变形。
5门叶整体拼装及焊接
5.1门叶整体拼装
各种部件制作完成，并经检查合格后进行门叶的拼装。在拼装前先根据设计图纸在面板的内弧面放出纵主梁、L型水平次梁、吊耳等的位置线，同时每米应预留1mm的焊接收缩余量（如图3所示）。放样经检查合格后打上样冲眼做为标记，然后进行各种零部件的拼装，并严格控制主横梁的相关几何尺寸，以保证门叶整体焊接后主横梁与支臂各支腿的一致性（如图4所示）。
门叶整体拼装顺序为：L型水平次梁组拼→纵主横组拼→吊耳组拼→其他附件的组拼。组拼过程中注意各拼接缝要顶紧，不留间隙，局部间隙不应超过1mm。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。
5.2门叶整体焊接
门叶整体施焊由偶数焊工同时、同步、分段、对称、倒退施焊，分段长度以500mm为宜。L型水平次梁与面板角焊缝，以及纵主梁与面板的组合焊缝的焊接，均采取多层多道焊接，且第一层焊缝的焊角尽量偏小，以减少焊接变形，并整体应遵循由门体中部逐渐向四周发展的施焊顺序进行焊接，以便于焊缝应力均匀释放，减少门体的整体变形量。
门叶整体焊接顺序为：立焊缝→L型水平次梁与面板的平角焊缝→纵主梁与面板的焊缝→其他附件的焊缝。门叶内弧面方向焊缝全部焊接完成并检验符合制作规范要求后，将门叶拆下弧门胎架并翻身，用碳弧气刨清根后焊接外弧面面板焊缝和其它剩余焊缝。最后对门叶整体矫正、检验，合格后与支臂整体预组装。
6支臂整体大组、焊接及加工
弧门左右各设置一件支臂，单件支臂主要由四个工字梁支腿及一个支臂后端总成组成，其中每两个支腿之间用竖杆、斜撑杆及连接板等连接成刚性的整体。每个支腿与纵主梁连接端设有前置板，用螺栓与纵主梁的后翼板连接。支臂总成的后端板与支铰同样采用螺栓连接。支臂前置板与纵主梁、后端板与支铰之间结合面要承受剪力，因此要求结合紧密，制造过程中必须机加铣削，结合部位的螺栓孔必须配钻，以保证装配质量。
6.1支臂整体大组
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整体大组。首先在钢平台上根据设计图纸的相关尺寸进行支臂的整体平面放样，放样后采用吊坠的方法依次组拼支臂总成及支腿，并检查无误后焊接。
6.2支腿节间连接板焊接
支腿节间连接板的焊接采用CO2气体保护半自动焊焊接，焊接前先将节间连接板点焊成一体，然后再对连接板与支腿及支臂总成的组合焊缝进行焊接。焊接时应多层多道焊，且第一层焊缝的焊角尽量偏小，以减少焊接变形。
6.3支腿节间连接板及支臂后端板机加工
待支腿节间连接板焊接完成后，对支臂总成及4根支腿按照所放地样进行复检，确认合格后对支腿节间连接板及支臂后端板进行机加铣削划线，然后拆组对节间连接面及支臂后端面进行机加铣削，并配钻支臂后端板的连接孔。
6.4支臂的二次回组
支腿及支臂总成机加铣削完成，并配钻连接孔后，按照支臂的整体放样，再依次将支臂总成、支腿、竖杆、斜撑杆及节点板等附件组拼成一体，检查验收合格后对各组装部位采用筋板连接加固焊，最后支臂整体与门叶整体预组装。
7弧门厂内整体预组装
弧形闸门厂内整体预组装采用立式组装法，即支臂下支腿水平放置于钢支墩上，门叶竖立（如图5、图6所示）。其主要步骤和工艺方案如下：
7.1在整体组装钢板平台上测放出控制线及控制点。主要包括支铰中心线、支臂中心线、门叶整体中心线、面板外缘与底坎的交线等，并在各支墩及钢板平台上测出相对高程，作出标记点。
7.2在钢平台上布置支墩，然后将支臂整体吊放于支墩上，使支臂的下支腿水平于地平面，并按测放控制线及控制点将支臂调整到位。检验支臂跨度，以及单侧支臂各支腿是否在同一铅垂面内，且在平台上的投影与测放控制线是否一致，合格后将支臂封固牢靠。最后再进行支铰与支臂的组装，以及门叶与支臂的组装。
7.3左右支臂后端支铰的组装。包括调整两支铰的跨距及仰角，两支铰轴孔的同心度和倾斜度，且保证轴孔中心线在平台上的投影与测放控制线一致。
7.4门叶整体组装调整后，检查门叶相关尺寸，保证门叶底缘水平，其投影与平台上的测放控制线应相吻合。
7.5检查支铰中心至面板的曲率半径，并对支臂支腿的长度进行修切，焊接支臂前置板。复测支铰中心至面板的曲率半径，划支臂前置板铣削加工线。
7.6弧门门叶、支臂及支铰整体拆组，对支臂支腿的前置板进行机加铣削，完成后再将弧门支臂、支铰及门叶进行二次整体回组，回组的步骤及工艺方案同上。
7.7对整体回组的弧门按设计图纸及相关标准要求进行逐项检查，合格后在各部件连接处打上定位标记及相应的编号，然后整体拆组进行防腐处理。
8结语
制定并实施正确的工艺措施是保证弧门制造质量的有效措施。此弧形闸门的制作工艺和技术措施，在苏丹罗塞雷斯低位泄水孔弧形闸门的制作过程中运用效果良好，可为多支腿支臂弧形闸门的制作提供一定的参考和借鉴作用。
参考文献：
[1]NB/T35045-2014，水电工程钢闸门制造安装及验收规范[S].
[2]李娟，赵书杰.浅谈弧形闸门的制作工艺[J].科技资讯.2012年29期
作者简介：
王国兴，（1984－），男，本科，工程师，从事水电金属结构制作及安装技术管理工作12年。