人字闸门的制造安装焊接与消应.docx

三峡永久船闸人字闸门的制造、安装、焊接与消应【摘 要】三峡电站永久船闸工程前无古人，后无来者，国内数路水电精英在此角逐。六个闸首共12套人字门以其结构尺寸、重量均居世界之最而号称“天下第一门”，它的制造、安装与焊接，更是各家金结制安队伍比武竞技的主战场。我们水电七局率先在第六闸首开始人字闸门的安装，在施工过程中大胆采用新设备、新技术、新工艺，通过精心组织、精心施工、严格过程控制，我们获得了成功的经验。本文简要介绍了门体结构制造工艺，详细记录了笔者在安装过程中的心得和体会，供同行参考。【关键词】 人字门制造 运输吊装 门体安装 焊接消应1.工程概况三峡水利枢纽永久船闸为目前世界在建的最大船闸，共设双线五级，布置在枢纽左岸坛子岭左侧，分南北线，中心线相距94米。每线船闸主体段由六个闸首分隔为五个闸室，总长1621米，每级闸室有效尺寸为280345M（长宽坎上最小水深）。每线每个闸首各布置一套人字闸门，每套人字门由2扇门叶组成。第六闸首人字门单扇结构尺寸为20.5337.5M（门宽门厚门高），单扇重达800T，吨位和尺寸均居世界之最，号称“天下第一门”。人字门是用于闸室挡水的工作阀门，以形成船闸过船时所需水位。该门的结构形式为工字型主横梁式，每扇门叶共设24根主横梁和7道纵向加劲筋（详见附图一）。厂内制造时根据运输需要将每扇门叶细分为12个大节，第六闸首人字门分节重量在57T-74T之间不等。安装单位承担的工地主体安装任务是将每套闸门的24个单元分节用科学合理的手段吊运至安装位置再拼装焊接成为2扇整体的门叶。该门的止水设计如下：底部通过橡胶与底坎上的不锈钢止水带压缩止水，门叶与闸墙、门叶与门叶之间通过设置于门叶边柱和闸墙支枕座上的不锈钢支枕垫块相互精密配合止水（支枕垫块同时兼作门叶运行时向闸墙传力的作用）。因此，人字门拼装时对两个边柱的垂直度要求特别高，三峡规范规定：人字门拼装焊接完成，其边柱（通长37.5M）的正侧向垂直度均不得大于4mm，远远高于国标对人字门边柱的垂直度要求。只有根据门叶结构特点合理制定制造、安装的焊接顺序、严格控制对装和焊接时的变形才能保证。2.门体制造门体制作阶段主要技术难点是对门体形位公差的控制和对边柱的消氢消应处理。为此，制造厂抽调精干技术人员，成立技术攻关组，对图纸进行细化、编制施工组织设计、原则工艺、实施细则工艺。2.1原则工艺：2.1.1尽可能减小总装时的焊接工作量，将焊接变形分解在各零部件的制作中去。将每节门体分解成左、右边柱和中段主体三大部件。在人字门制造焊接中，大量采用自动埋弧焊和CO2气体保护焊，零星位置才用手工焊。埋弧焊操作稳定、质量可靠、效率高；保护焊焊丝细，热量集中，线能量小，层间温控好，可有效防止焊接中常发生的随意性，可减小焊接残余应力和热变形，提高焊接质量，避免焊接隐患发生。2.1.2专门设计门体大组用的总装胎架。总装胎架的精度是控制人字门制造精度的关键。只有总装胎架的精度高，才能保证人字门的挡水面平面度、门体直线度、扭曲等各项指标得到较好的控制，因此，总装胎架的材料均经过机加工刨边，保证平面度在14M38M范围内达到1mm。2.1.3将每节门叶细分为两个边柱分段和门叶中段三大部件制造。由于人字门设计采用了边柱钢止水，对通长边柱腹板的公差要求是2mm。为了保证12节分段的整体形位公差，采用12节边柱连成整体，校正形位公差后，整体平移，与门体中段定位，全部分段就位后，再开始进行施焊，从而保证12节分段的总装形位公差控制在较理想的状态。2.1.4对边柱分段的整体消应工艺进行试验。由于边柱分段板厚较厚，需要进行整体消应处理。首先做了两对热处理试验试板进行热处理前后的对比试验，对其机械性能、应力消除、硬度比较分别做了检测，确定热处理工艺。随后，又做了两对热处理试验试板进行热处理前后的对比，并与上一组试验进行对比，检测该热处理工艺的可靠性。在第一批边柱分段进行热处理时，又做了两对热处理随炉见证试板，进行热处理实际效果的检测，通过三次试验，均反映热处理工艺切实可行，处理效果稳定、良好。2.2结构制作细化工艺：在结构部分，由于对尺寸公差、形位公差的要求都非常高。因此，制造厂专门成立了车间监造组，由工艺科副科长任监造组组长，施工工段工段长、车间主管工艺员任副组长，车间调度员、焊接工程师、下料工段长、材料员，对施工整个过程进行监造。每天下班后，车间监造组召开专门工地会，对当天出现的问题互相通气、交流，商量解决办法，制订保证措施，把发现的问题及时解决，消灭在萌芽状态。从而保证结构的尺寸公差、形位公差得到有效受控，达到规范的要求。在具体措施实施方面，主要有以下几点：2.2.1采用钢带划线：对所选用的钢卷尺进行计量，并通过勘误表对尺进行修正，以经过修正后的钢卷尺作为基准，制作划线钢带。在构件安装划线定位时，12节分段均采用同一钢带进行划线，把12节分段的安装定位线误差控制在最小，以减小分段间的形位公差。2.2.2严格控制零件尺寸：对于平直零件（如主梁腹板、翼板等），全部采用门式切割机双边同时切割，减少平直零件的侧弯；对于菱形、三角形、弧型零件，特别是装配时起定位作用的各类竖隔板，均采用数控切割机切割，从而控制零件外形尺寸。2.2.3小合拢（零件制造）：先采用钢带划定位线，控制形位公差。在焊接过程中，尽量采用CO2焊接，以减小焊接变形，并用压马、定位马辅助。定位马与小合拢胎架固定，强制不变形，压马固定构件间相对位置，使构件间不产生相对变形。焊接时采用对称焊，使构件受热均匀，减少变形。焊后进行火工矫正，达到公差后再流入下一流程，不允许超公差构件进入下一流程，产生公差累计。对于推力隔板与端板的角焊缝，采用船形胎架埋弧自动焊，焊接过程中，构件进行多次翻身，使两侧受热均匀，控制总的角变形在公差范围内。2.2.4中合拢（部件制造）：对边柱分段，采用分段焊接形式，分为上、下翼缘、端隔板、推力隔板等组件，先编制焊接顺序，再按顺序进行焊接，焊接过程中采用压马、定位马等强制措施，以及分层分道措施，以减小焊接变形。焊后采用火工校正，控制变形在公差范围内。对于主梁的装焊，将主梁腹板作为平面胎架，安装上下翼缘、纵横向加劲板，采用钢带划线以保证构件位置的一致性，焊接时采用CO2焊，并采用合理的焊接程序，避免集中受热，以减少焊接变形。焊后火工校正，将变形控制在公差范围内。门叶中段组装时，先采用钢带划出构件位置线，在主梁、竖隔板按划线安装就位后，采用固定措施将构件固定，然后按编制的焊接顺序合理施焊，以控制焊接变形。焊后火工校正，将变形控制在公差范围内。2.2.5大合拢（门体大组，单节门叶成型）：大合拢时，采用边柱分段逐节上总装胎架，拉开250mm，组成一条整根边柱后，校正其形位公差，达到公差允许范围内，整体滑移，与门体中段就位，以保证十二节分段形位公差控制在允许公差范围内。焊接过程中，编制合理的焊接顺序图，按顺序进行焊接，并采用定位马、压马等措施，强制控制焊接变形，分层分道分步施焊，使焊接变形控制在最小范围内。焊后采用火工校正，保证整体门叶的变形达到公差要求。2.2.6严格控制形位公差：主梁腹板、挡水面板采用先一次下料，然后拼焊成整体，再上门切进行二次下料的方法，保证其零件尺寸的精确性。安装主粱组件时，采用钢带化线，以确保构件安装位置，保证十二节分段的主粱安装形位公差达到规范要求。门叶两侧各十二边柱分段，在同一胎架上制作，胎架模板均进行机加工刨边，并统一采用钢带划线，以保证其整体形位公差。推力隔板组件安装时，采用统一角度样板，以保证端板直线度、倾斜度、高度及与端隔板的距离达到规范要求。边柱与门叶中段合拢时，采用两次定位法，第一次拉开250mm距离，划出中段余量；切割余量后，第二次整体将十二个边柱分段一次滑移到位，然后用角度样板和激光仪控制门体总宽、边柱直线度、倾斜度、高度。所有尺寸保证好后，将门叶刚性固定，对称、分段、小电流施焊门体中段与边柱间对接缝，焊接过程中随时监测门体几何尺寸的变化，如有变化则及时调整焊接顺序，确保施焊完毕各项几何尺寸不超差。2.3制造工作小结：由于准备充分，对门体结构制造工艺设计合理，质量保证体系健全，质量保证措施到位，六闸首人字门的各项制造质量指标，均达到三峡规范优良标准。3.运输吊装六闸首人字门运抵工地后堆放在业主指定的12小区堆放场，中间经江峡大道与六闸首公路桥相连，该桥同时是三峡左岸电厂施工时车辆运输的必经之地，车流量非常大。如何安全快速的将闸门运输吊装就位，同时又不影响公路桥的交通，是我们面临的第一个重大难题。我们在施工过程中曾考虑了如下三种方案：3.1方案选择 方案一：原六闸首底部（即五闸室底板）通过下游引航道的土建临时施工道路与江峡大道相连，考虑在底板上布置一台200T履带吊，将闸门运至底板上吊装。这种方案吊车移动次数少，比较理想。但与下游引航道的土建施工相互干扰，并且临时施工道路存在的时段也与闸门的安装工期不符，因而只能考虑在闸顶布置吊车。 方案二：200T履带吊车布置在闸顶两侧对两扇门叶分别吊装，由于履带吊车移动不便，势必延长安装工期，或者使用2台履带吊。并且闸顶地理位置特殊，如果再考虑一台吊车配合对门叶进行空中翻身，那么门叶的摆放、吊车的站位都不好布置。方案三：如果用1台400T汽车吊站位于闸顶两侧启闭机房控制层楼板位置，满足门叶吊装半径要求，再合理布置一台200T汽车吊配合400T将门叶空中翻身。汽车吊以其移动快速灵活的特点，则可以弥补方案二的不足。上述三个方案各有特点，实际施工时各家施工单位根据自身实际情况和各自的具体地形，三个方案都有采用。其中，我们和三七八联总的另外两个安装队在四五六闸首选用了方案三；葛洲坝和武警在一闸首选用了方案一，在二三闸首选用了方案二。3.2 六闸首门叶运输吊装的具体实施过程3.2.1装车六闸首人字门分节后外形尺寸为20.53.0（1.855.6）M3（门宽门厚门高），最重单节74T。我们选用200T平板拖车。该拖车车厢长度14M，装车时将门体向拉杆方向前移1M左右（以不影响车头转向为准）。这样整个门体后面悬空总长度约为45M，满足重心要求。装车吊车选用200T汽车吊，选择臂长24.9M，吊装重量为92.9T，起升最大高度为19M，满足吊装要求。但要注意以下几点：A.在堆放场内选择工作位置必须牢固可靠，地面坚实。B.吊车调整水平倾斜一般不得大于1.53度，必须按照吊车自身的规定来调整。C.工作半径应严格控制在此种状态吊车的允许范围内。每节门叶顶部主横梁处设计均布置了4个吊耳，门叶底部靠近下游侧的纵向隔板上布置了2个吊耳。根据这些吊耳的具体位置，考虑吊装角度，选用抗拉强度为170Kg/mm2破断力大于96T的43以上八股绳成四吊点起吊，选用4个35T卡环用于钢丝绳与门叶吊耳的联接。起吊时应注意以下几点：起重绳通过棱角处必须用管皮垫好。A、应均分荷重，绳长一致，重心找准，重物尽量水平。B、用25mm麻绳栓住门体两端，以人力辅助牵引，找出方位，协助具体重物放在平板车上的合适位置。C、门体首次吊起离地面100mm左右，停止提升并进行详细检查，没有问题后，再在离地1000mm高范围内升降两次，并使吊车短距离回转一次，检查无问题后方可正式吊装选用长宽高为3.50.30.2M3的方木在平板车上均布垫34处。使门体重心对正拖车纵向重心线后放置在方木上，然后在门叶两侧边前后用5分钢绳各加固两处，每处上下4道共8股绳构成内外“八”字形后绞紧。3.2.2 运输拖车行驶道路最大纵坡坡度不超过7%，最大横坡坡度不超过3%，道路横向最大局部的高低差也没有超过300mm，满足拖车的运输要求。运输时控制拖车的行驶速度为58Km/H即可。3.2.3 卸车、翻身、吊装就位型号AC-1300，最大起吊重量400T的特大型汽车吊，车体尺寸为18.495.33.98 M3（行驶时车长车高车宽），工作状态下，支腿张开尺寸为1010.462M2。由400T汽车吊起吊性能表可知：选用主臂长24.7M，工作半径12M，85%额定工况时最大吊装量为105T，满足人字门吊装半径和重量要求。此时汽车吊相应配备如下：55双连滑车组，总绳根数为10，单绳拉力13.3T；双卷筒，每个卷筒缠绳数量为480M，满足人字门吊装高度要求。为尽量使门叶卸车、翻身、吊装等工作不影响公路桥的交通，综合考虑各种因素和各自的吊装半径，决定让400T汽车吊站位如下：从公路上驶入六闸首启闭机控制楼层，停在楼层上面，头部朝迎水方向，车尾部垂直正对公路桥。卸车时200T平板拖车倒车进入启闭机房与公路桥间的指定位置，400T汽车吊吊起门体后200T平板开走，再让200T汽车吊驶入并紧靠公路桥站位。翻身时400T汽车吊悬挂门体上部主横梁上的4个吊耳，200T汽车吊悬挂门体下部纵向加劲筋上的2个吊耳，配合将门体空翻。200T汽车吊摘钩后在门体下部吊耳位置拴2根麻绳，用人力牵引控制吊装就位时门体的转动。最后由400T汽车吊完成吊装就位工作。各种车辆在此状态下的站位详见附图二400T和200T吊车翻身站位平面布置图。3.2.4 400T汽车吊启闭机房占位平台布置由于启闭机房控制层楼板已浇，地形复杂。为满足400T汽车吊的站位要求，必须在启闭机房和其下游辅助泄水廊道的两个阀门井井口架设专用钢结构支撑平台，并在启闭机房控制层楼板下面架设汽车吊的两个前腿支墩，详细布置见附图三和附图四。实际施工采取在混凝土楼板下架设钢结构吊车前腿支墩的办法，为防止楼板出现裂缝，还专门让400T汽车吊作了逐步加载的负荷试验，确认支墩及楼板均无问题后才进入正式吊装程序。3.2.5 必要的技术方面校核（1）翻身高度校核翻身时，400T汽车吊工作半径12M，选择臂长24.7M，可吊重量102T，最大起升高度21.8M。200T汽车吊工作半径7M，选择臂长24.9M，可吊重量92.9T，起升最大高度为19M。吊装钢丝绳选择43mm、6*37+1，长度28M，双股使用，钢丝绳夹角不大于60度。高度h1=14Cos30=12.12M。翻身时门体最大高度h2=5.22+32 =6M翻身门叶离地安全高度取h3=0.5M则有实际所需吊装高度H= h1+ h2+ h3=18.62M200T汽车吊起升最大高度19M，满足要求。(2)起重钢丝绳（千斤绳）校核43mm、6*37+1，抗拉强度为170Kg/mm2的单根钢丝绳总破断拉力为：p=d2bk=98316Kg根据闸门吊点布置情况，起吊钢丝绳为4点8股绳（共4根吊绳，每1根均用28M钢绳双股使用）。吊绳安全系数k=8p/（4F*1.2） （1.2为不均系数）F=1.2G/（4Cos*Cos）=25.76T （、分别为钢丝绳在门宽和门厚方向的夹角）K=898.316/（425.761.2）=6.365（5为起重千斤绳允许安全倍数）（3）汽车吊吊装最重单节门体受力校核 根据特大型汽车吊吊装重件的工作原理，吊钩的钢丝绳股数多，起升和降落速度平稳，因此我们选择汽车吊在吊装门体的正常工作状态下，动载系数取1.1倍。重量为74T的最重单节门叶在吊装时实际作用于汽车吊上的力为单节门体重量（74T）、吊车起重动力绳重量（1613Kg）、吊装千斤绳重量（883Kg）与吊车吊钩重量（2240Kg）之和再乘以动载系数（1.1），等于86609.6Kg。既小于装车时200T汽车吊的额定吊重92.9T，也小于吊装就位时400T汽车吊的额定吊重105T。3.3 吊装工作小结 我们首次将特大型汽车吊引入永久船闸工地，在人字门吊装工作中，汽车吊以其移动灵活快速，起降平稳安全，就位准确、精度高的特点，受到了监理及业主的一致好评，并被指定为三七八永船安装项目部四、五、六闸首的样板方案。但是，虽然有先进的设备，如果不根据具体地形合理布置和设计工装，不认真对各种状态下各构件和设备的受力进行科学、仔细的计算，施工过程中要作到万无一失仍然是不可能的。4.门叶安装 在人字门顶枢、底枢和枕座埋件（含枕垫块）安装完成，混凝土养生期满，复测各埋件中心高程、里程无误后即可开始门叶安装。注意：由于人字门底主梁中心高程要待门叶安装、焊接完成，背拉杆张拉结束、顶底枢同心度和门体跳动量调整之后才能确定，所以将底坎埋件安装工作放在这些工作之后进行。4.1安装准备 安装前对门叶进行清理，找出所有门叶的编号、各中心线及对位标记。成立打磨班对焊缝坡口两侧30mm范围内的杂质、油污、浮锈进行清理，直到露出金属光泽。找出底节门叶的底主梁腹板中心线，整个安装及调试过程，以此确定门体高程是否发生变化的依据。找出各节门叶两个边柱的端板中心线，整个安装及调试过程，以此确定门体垂直度的变化。用红铅油将这些安装标记明显标志后，还需重点作好以下三个方面的安装准备。 4.1.1门体底部支撑设计 门叶安装时，设计在每扇闸门全开位置12度（与水流方向夹角）的闸室底板上前期预埋有两块安装支撑板，与此对应，在底节门叶的底主梁腹板上也布置了4个支撑位置。我们在两块支撑板上特置2根箱形钢梁，并对应底主梁腹板的每个支撑位置设置1台300T油压千斤顶、1根承重梁和4块组合楔子板构成活动支点，以便在安装过程中对门体高程进行调整，详细布置见图五人字门安装支撑图。4.1.2安装角手架搭设及作业平台设计 单扇门叶总高37.5M，共11道节间拼缝。要完成这项工作，必须搭设安全可靠的角手架。根据门叶面板在上游侧的特点，本着安全节约的原则，我们在门叶与闸墙之间搭设脚手架，在门叶的下游面特制一件长21米的施工作业平台（类似于吊笼）悬挂在主梁下翼板上，施工人员可以通过在斜接柱一侧的角手架上设置的转梯方便的上下。详细布置见图六人字门安装用角手架及作业平台布置图。4.1.3安装过程中的门体加固 在闸墙上与每节门叶顶主梁腹板对应的位置前期均预埋了3块基础板，用于安装过程中门体的侧向调整和加固。为此特制门叶侧向加固用大拉紧器，详见图六。4.2安装技术要求 正式安装以前，需作好技术交底，使每一名参与安装的职工心中有数。三峡规范对人字门门叶安装技术要求详见下表：序号项目允差（mm）1门叶高度202门叶半宽5.03对角线相对差7.04端板正侧向直线度4.05门叶横向直线度4.06门叶竖向直线度4.07面板局部平面度（每米）3.08面板与梁组合局部间隙1.09顶底枢中心同轴度2.0工地镗孔后10节间错位2.04.3安装工艺及质量控制4.3.1底节门叶安装 三峡人字门的底枢蘑菇头设计采用从日本进口的自润滑轴瓦，其润滑效果可以50年不检修，但对安装时工作场地的清洁度及吊车对位和下降的精度有着严格的要求。底节门叶就位前应将闸室底部和蘑菇头清理干净，将与底节门叶相连的自润滑轴瓦清理干净并上好防尘附罩。门叶大致对位后，在离蘑菇头500mm高的地方停住，取下附罩再次对蘑菇头和轴瓦仔细清扫、检查，加注规定的润滑脂。测量顶盖和蘑菇头中心位置偏差，以人力校正并使吊车拔杆做精确平移，如此反复多次直到偏差符合要求，此时锁定吊车拔杆水平移动装置，慢慢下降，使门叶与蘑菇头组合而不受撞击。底节门叶整个吊装过程长达2个小时，并有监理和日本专家的严格监控。 门叶落在蘑菇头和4个活动支点上后，在面板与闸墙间的预埋基础板上焊接特制的拉紧器，调节拉紧器使门叶初步调整定位后松钩。再在闸门与闸墙间搭设管型角手架，施工中随门叶升高逐层搭设，在下游面悬挂好作业平台后即可开始安装。 在门轴柱、斜接柱端板中心线和下游面闸门几何中心线三处挂上铅垂线，并用水准仪观测底主梁腹板中心线的水平，对门叶进行调整。利用门叶下面的千斤顶配合拉紧器来调整底主梁腹板中心线的水平、高程和门叶两个边柱端板中心线的正侧向垂直度。调整后满足如下要求：门叶两端部垂直度偏差小于1mm，底主梁水平在斜接柱端比门轴柱端高3-5mm。 调整结束，打紧4个支点的组合楔子板。在闸室中部适当位置作一观测平台，读取底主梁腹板中心线上8个标记点的相对高程，记下初始读数，并在以后安装过程中随时测量。4.3.2中间各节门叶安装 门叶就位时检查对位板、中心线基本对齐后，使用预先烧好的压马、拉紧器初步调整上下节间的错牙和对缝间隙，并在适当位置烧好挡板，确认吊车松钩后门叶不会倾倒方可慢慢松钩。升高角手架和作业平台，焊接面板和闸墙间的拉紧器，并在门叶两端板中心和下游面中心三处悬挂铅垂线检查门叶各方向的倾斜并通过拉紧器进行调整。垂直度满足要求后开始焊缝对缝。对缝时先在外周进行边柱端板、门叶面板和下游面各翼缘的接缝对接，对好后使用挡板点焊牢固。然后进行内部隔板对缝并固定。复测各项尺寸无误后交付焊工班进行定位焊接，定位焊缝长度约100mm，采取与正式焊接相同的工艺，次序同对缝顺序。 定位焊接完成再次测量记录，开始正式焊接。焊接后复测并记录，清除压马、挡板和焊疤后吊装下节门叶。4.3.3顶节门叶安装 顶节门叶吊装、调整、对缝方法与中间各节门叶相同，只是需注意控制顶节门叶与启闭机联接的轴孔中心线的垂直度，不得大于1/2000。另外，顶节门叶与顶枢拉架相连的顶枢轴孔待整扇门叶拼装焊接完成后测量放线，由制造厂工地镗孔，以确保顶底枢中心同轴度。5.焊接消应 每套人字门共22条节间拼缝需在工地门体总装过程中进行焊接，焊缝形式以横缝为主，考虑工地施工条件决定采用手工电弧焊。同时，在制造厂要求整体消应的边柱分段在工地的对接部位不再具备整体消应条件，但仍然要求边柱推力隔板与主梁腹板组合焊缝、端板对接焊缝、纵向加劲筋与主梁下翼板对接焊缝等板厚超过36mm的部位进行局部消应。焊接和消应的质量好坏，直接关系到门体金属结构的使用寿命；过程中对门体变形控制的好坏，直接关系到安装工作的成败。如何合理安排焊接消应顺序，控制焊接变形，确保焊接质量，是摆在我们面前的又一道难关。人字门节间拼缝的具体构成详见图七。 5.1焊接工艺评定 我们首先根据设计图纸、规程规范等针对人字门的钢材型号、钢板厚度、焊接材料等制定焊接工艺评定。从众多的焊缝接头中精选出最重要、最具有代表性的8大类接头作工艺评定，内容详见下表：三峡永久船闸人字门工地焊接工艺评定内容表序号评定项目焊缝类别母材材质焊接位置坡口型 式坡口简图检验项目1面板对接缝Q345B横焊带垫板的单面单边“V”型坡口外观检查RT、UT拉伸试验弯曲试验2端隔板翼缘板对接缝Q345B横焊双面单边“V”型坡口外观检查RT、UT拉伸试验弯曲试验3主梁翼缘板对接缝DH32横焊单面单边“V”型坡口外观检查RT、UT拉伸试验弯曲试验4端板对接缝Q345D横焊带钝边的双面单边“V”型坡口宏观检查（五个断面）5背拉杆对接缝DH36立焊“Y”型坡口外观检查RT、UT拉伸试验弯曲试验6竖隔板腹板与主梁腹板连接角焊缝Q345B平角焊T接头宏观检查（五个断面）7背拉杆座板与节点板连接角焊缝Q345D/DH32倾立角焊I型搭接宏观检查（五个断面）8推力隔板与主梁腹板对接缝Q345D平角焊T型组合坡口宏观检查（五个断面） 焊接工艺评定的试板按照相关标准加工，完全模拟实际施工环境施焊，焊后进行仔细的外观和无损检查，并进行机械性能试验，实验结果全部合格。 在此基础上编制人字门焊接工艺措施和焊接操作规程，并对参与施工的每一名焊工进行详细的技术交底，使他们心中有数。5.2焊前准备和必要的管理规定 5.2.1焊接人员：根据图纸坡口对人字门焊接量作出估计，计划每一条拼缝在34天完成，按照每人每天的焊接量在57Kg配备焊工数量，共设24名焊工。对焊接人员的资质要求：、类焊缝由具有锅炉压力容器焊工合格证的全位置焊工从事，类焊缝由具备相应焊缝资质的熟练焊工从事。 5.2.2焊接设备：采用逆变电焊机ZX7-400B型共12台，1台ZX5-630型直流弧焊机和1台WC-0.9/8型空压机用于清根。设备由专人保管、维护，必须时刻处于完好状态，性能稳定可靠。 5.2.3焊接材料：人字门母材材质为Q345B、Q345D、DH32、DH36等，根据等强比原则选择E5015型焊条。外购焊条一律按照焊接材料保证制度的规定验收，在施工现场明确焊条的保管、发放制度。设电焊条保管员2名，分别负责白班和中班的电焊条保管和发放，并作调节电流、打扫卫生等辅助工作。电焊条自仓库领出后，集中在工地焊条干燥室保存并进行干燥处理。烘烤温度375，保温时间2小时后放入150恒温箱内存放，随取随用。人字门焊接必须使用规定焊条，不得私自更换焊条牌号。每名焊工一次领用焊条不得超过90根，并且必须用5Kg的焊条保温筒通上电存放，施焊时应随用随取，取用焊条后随手盖好盖子，不允许保温筒不保温和施焊时抓一大把焊条在手中等现象。保温筒内焊条放置超过4小时应重新烘烤，烘烤次数2次。建立焊条头回收制度，焊工领取焊条后由保管员作好记录，当班结束焊工必须将用剩的焊条头交回保管员处，杜绝电焊现场焊条头满地等脏乱差现象。 5.2.4消应处理实验和器材准备：焊接工艺评定的同时对门叶边柱需要局部消应的焊缝部位也作了模拟实验。采用远红外履带式电加热板对焊缝坡口两侧150mm范围内局部加热到580620，并用电热蛾偶测温仪测量温度。规范对消应处理在不同时段对温度的控制有着严格的要求，具体消应处理温度控制和时间的关系详见图八局部消应处理曲线图。实验发现：对于平板对接焊缝，采用传统的300860mm2的电加热板可以满足消应处理的升降温速度和温度，但对于推力隔板与主梁腹板组合角焊缝，由于平板式加热板不能有效地使焊缝处于加热中心，无法满足消应处理要求，必须探求新的加热板设计方式。我们与厂家合作，特制如图九所示的直角型加热板，很好的完成了人字门边柱工地焊缝的局部消应任务。5.3焊接消应程序的制定 为使门叶的焊接变形有效受控，最大限度降低焊接应力，合理安排消应处理的时间，我们针对人字门工地节间拼缝的焊缝分布特点，本着以下2个原则制定焊接消应总体程序：5.3.1先焊收缩量最大的焊缝的原则。在人字门节间拼缝中，两个边柱的端板对接缝和推力隔板与主梁腹板组合焊缝最为关键。在以后闸门运行过程中受力复杂，因而设计选用的板厚达3670mm；板厚最厚，由焊接引起的收缩应力最大；所处位置特殊，直接关系到对门叶边柱的垂直度控制。在复杂结构中，如果先焊收缩量最大的焊缝，则焊后由焊接引起的附加残余应力最小。因此决定首先焊接这两条缝。5.3.2尽量避免局部消应的附加温度应力转换为新的拘束应力。关于消应处理的时间安排，在三峡工地曾发生过争论。一种意见认为：应待整条节间拼缝焊接完成，再进行两个边柱的局部消应，这样有利于工期安排。我们认为：由于消应处理也要焊前预热，对焊接过程保温，焊后消应处理的同时也起到消氢处理的作用，如果按第一种意见，不利于保证厚板焊缝的焊接质量；并且整个节间拼焊完成后，门叶已形成整体，再去单独对边柱厚板焊缝进行局部消应处理，温度高达600，这时由于有其他焊缝的牵扯，门叶不能随温度自由变形，必然导致强大的温度应力发生转移，起不到消应效果。因此，我们制定了焊接和消应穿插进行的方案。 5.3.3焊接消应具体实施过程：第一天上20名焊工，从早上8点至当晚8点将两个边柱的端板对接缝和推力隔板与主梁腹板组合焊缝连续一次焊接完成，刚好10个焊接工位，每名焊工焊接时间6小时。第一天晚上9点至第二天早上8点共11个小时将这两处焊缝消应处理完毕。第二天上24名焊工，白班和中班将门体内部所有纵向隔板与主梁腹板的角焊缝连续施焊完毕。第三天上24名焊工，从早上8点至当晚8点分两班将面板对接缝、面板与主梁后翼贴角缝以及所有纵向隔板后翼与主梁下翼的对接缝连续施焊完毕。第三天晚上9点至第二天早上8点共11个小时将边柱部位纵向隔板后翼与主梁下翼的对接缝消应处理完毕。 5.3.4局部消应过程中门体的变化情况。第一天对边柱的端板对接缝和推力隔板与主梁腹板组合焊缝消应。加热温度在200以下时，门体变形不明显。温度升至300时，门体两端边柱部位开始膨胀上翘，把边柱部位推力隔板加劲板翼板与主梁下翼对接缝的定位缝全部拉裂，边柱部位节间间隙开始增大，而门体中部三块竖隔板的定位焊和间隙却没有变化。两端间隙随温度的上升而不断增大，当温度升至500时，间隙增大到3mm，温度从500到580区间和整个保温期间，间隙停留在3mm不再有明显变化。在降温过程中，温度降至500以下，两端间隙从3mm开始缩小，随温度的不断下降间隙也不断减小。温度降至300时，间隙基本恢复到0状态。由于此时其他焊缝尚未焊接，门体相当于一根可自由变形的杆件，有效避免了消应过程附加温度应力的产生和转移。第三天晚上对边柱部位纵向隔板后翼与主梁下翼的对接缝作消应处理，在门体的下游面加热，温度升至300时门体两端边柱部位开始往上游倾斜，边柱端板的侧向直线度随温度上升不断增大。温度升至500时，倾斜值增大到5mm，温度在500到580和整个保温期间，倾斜值无明显变化。温度降到500度时，倾斜值开始明显减小。降到300时，基本恢复到0状态。虽然这次消应以前门体已焊接成整体，但由于在下游面对门体进行单面加热，门体仍然可以自由地向上游倾斜，对于释放附加温度应力是非常有利的。消应处理的实践证明：按照门体结构特点，将消应处理按不同部位分两步进行，在加热降温过程中，门体的膨胀和收缩均处于自由状态，附加温度应力得到有效释放，不存在应力转移的问题。同时，由于我们严格控制焊接和消应的时段安排，总体工期并未受到什么影响。因此，我们制定的将焊接和消应穿插进行的方案是科学而成功的。5.4焊接过程控制在六闸首人字门的整个焊接过程中，我们都按照预先制定的焊接工艺，派专人对焊接质量实施全过程监控，取得了非常好的质量效果。5.4.1焊接工艺 焊前应对焊缝坡口及坡口两侧30mm仔细清理，使之无锈蚀、油污、水渍等污物，并且坡口应打磨出金属光泽。焊接时采用多层、多道、对称、分段、退步的焊接方法施焊，层间厚度小于6。接头错开30。各对称施焊的焊工线能量基本保持一致，且不大于40KJ/CM。层间清理仔细、彻底，注意控制层间温度230。双面焊并要求焊透的、类焊缝，一侧焊后另一侧采用碳弧气刨清根，清根后用砂轮机修磨刨槽，除去渗碳层。对主梁下翼、节点钣、端板、推力隔板的板厚30的、类焊缝，按工艺评定的预热温度75100采用电加热板温控仪进行预热，焊后覆盖石棉布缓冷。定位焊的预热温度为105130。预热宽度为焊缝中心线两侧各3倍板厚，最小不小于200mm。当30mm的、类焊缝，除第一层和盖面层外，其余各层使用风锤等锤击焊缝以减小焊接应力，防止产生裂纹。门叶节间焊缝开始施焊后要求连续进行直至焊接完成，若由于各种原因停止焊接，对要求预热的焊缝使用加热设备进行保温，由专人负责测控保温温度。严禁在非焊接区内任意引弧，引弧和收弧应在坡口内。要注意对构件死角包角焊的焊接，比如一块竖隔板两边与主梁腹板的贴角焊都已焊完，但若其两端头与主梁腹板的包角焊不焊，运行过程中，水流就会从漏焊的包角焊位置进入两条贴角焊中间，该部位又没有防腐，必然使焊缝很快发生腐蚀破坏。5.4.2焊接检验外观检查按DL/T5018-94规范表4.4.1和TGPS.J04-2000焊接施工质量检测标准进行检查，焊缝外观成型良好，符合规范要求，质量优良。内部质量检查采用超声波探伤方法，检查比例：类100%；类对接缝100%，角焊缝50%。采用标准GB11345-89和DL/T5018-94的有关条款。表面探伤采用着色渗透探伤和磁粉探伤，检查比例：类100%；类100%。焊接检测标准 (TGPS.J04表1) 单位：mm序号检测项目焊缝类别质量标准备注1裂纹各类不允许2表面夹渣（板厚）一不允许二三深0.1，长0.3且15 mm3咬边一深0.5,连续长100 mm,两侧累计长10%焊缝全长二三深14表面气孔一不允许二三1.5气孔每米范围5个,间距205焊缝余高一1225时,02.5; 25时,03二6相邻焊道余高差各类27角焊缝厚度不足各类0.78角焊缝焊脚K允差各类K12时,-12;K12时-139钢板端部转角处各类连续绕角施焊(焊脚相等)10电弧擦伤各类不允许11焊瘤各类不允许12残留飞溅各类不允许13残留焊渣各类不允许14母材或焊缝上焊疤各类不允许15焊缝边直线度各类300长度内3(在焊址处测)16漏焊各类不允许17内部质量一GB3323-87AB级GB11345-89B级二GB3323-87AB级GB11345-89B级5.4.3 焊缝返修a当外观检查或内部无损探伤发现有超标缺陷时严格按已评定合格的焊接工艺及时返修，同一部位返修次数不宜超过两次，对两次以上的返修必须经技术总负责人批准，并征得监理工程师的同意后方可进行，且将各次返修记录列入技术档案。b返修工艺采用碳弧气刨进行刨削，清除缺陷，开“U”型坡口，对返修处进行坡口修磨，用砂轮机打磨除去渗碳层使其露出金属光泽。当30mm的板必须进行75100的预热，焊后缓冷；当36mm时焊后必须进行580620消应处理。返修工艺与正式焊缝一样。5.4.4焊接过程中门体变形监测通过分析门体结构特点，以计算方式得出门体变形的中性层刚好是经过两端边柱推力隔板的连线，该中性层两侧门体上下游焊缝收缩产生的使门体变形的作用基本一致，综合考虑我们的焊接顺序，制定“不留反变形”的变形控制法。 在整个焊接过程中，我们都在门体两个边柱的端板中心部位和门体下游面几何中心部位架设百分表，派专人每隔1小时对门体的变形进行监测，发现变形基本复合预先分析的规律。六闸首2套人字门拼焊完成后，8条边柱端板中心的正侧向垂直度均控制在4mm内。5.4.5工地对大间隙焊缝的处理由于制造缺陷和运输变形等原因，导致焊缝间隙超过规范允许标准，是大型金属结构制安工程中的常见病，即使是三峡永久船闸的人字门也未能免俗。但在施工过程中，通过施工单位、监理、设计、业主和焊接质量总监Robelt先生（奥地利专家）的共同努力，经