深孔弧形工作闸门制造工艺控制措施

深孔弧形工作闸门制造工艺控制措施一、工程概述1、工程特性xx工程是一座综合利用的大型水利枢纽工程，工程以防洪、防凌、放淤为主，兼顾发电、供水和灌溉等功能。xx1#明流洞深孔弧形闸门是工程重要的泄洪闸门，闸门的结构特性见表一：2、门叶结构形式门叶结构由门体、支臂、支铰装置、支承大梁等主要部件组成。门叶宽度为7880mm，面板弧长12495mm，主梁高度2250mm：门叶是主纵梁分布，纵向分为对称两节，两节门体采用283套M30高强螺栓联接，分节结合面需整体加工。门体要求单节整体消除焊接应力热处理，弧门面板整体机加工，加工后面板厚度不得小于30mm。面板上分布有圆形观测孔（传感器装置孔）。支臂为箱形梁与工字型梁组成的珩架结构。支臂与门体和支铰为高强螺栓连接，在支臂与支铰连接面上设有10×100×2200（mm）的凸凹槽键联接。支铰装置是圆柱铰联接，轴承采用从国外进口的球面滑动自润滑轴承（关节轴承），轴承型号为GEP750PS。二、门叶制造1、门叶的工艺性分析要确保该闸门的制造质量，必须从充分理解设备设计图纸的设计意图，功能及作用入手，认真作好工艺性分析研究，找出该产品的结构技术特点和制造及加工难点、控制重点。研究在工艺和工装上采取的控制措施，保证闸门的制造质量。1）门体结构形式为主纵梁分布，由于门体为主纵梁结构，门体曲率半径及扭曲变形是控制的重点，若整体组焊成型后尺寸不合适，将难以修复和调整，可能由于变形过大而报废。2）组件焊接收缩余量、焊接顺序、焊接参数、构件零部件的尺寸精度、组装坡口质量的确定，都将直接影响到结构的变形量和整体制造精度。在焊接前要进行焊接工艺评定，依据焊接工艺评定制定可行的焊接工艺规程，并在焊接施工中认真执行。3）门体要求整体消除焊接应力，要制定门叶整体退火消除焊接应力的热处理工艺、加热过程中防止门叶整体变形工艺措施。4）门体面板要求整体加工，确定合适的面板加工余量是重点，若余量过小，将会出现弧面大面积加工不到的危险，处理起来比较困难，如若采取局部堆焊填补，会使加工质量和精度出现难以预料的风险。若余量过大则机加工工作量加大，浪费材料增加制造成本，加工周期拉长，影响交货工期。5）门体要求纵向分节，两纵梁腹板的结合面留加工余量（综合面板统筹考虑）。分节门体的扭曲变形也是重点要控制的节点之一。6）支臂与门体联结法兰板之间的联接应满足DL/T5018-94《水利水电工程钢闸门制造要求及验收规范》的要求。7）支臂与铰链联结法兰板上的凸凹槽键联接的平面度及位置度精度如何，将直接影响到铰链与支臂的位置关系及组装质量。8）铰链、铰座及支撑大梁的加工精度将直接关系到支铰装置与支撑大梁的组装精度。9）支铰装置与支承大梁的装配，定位基准要可靠，以确保铰座轴孔的同轴度精度要求。10）要根据工厂本身实际情况和机加工设备的资源存量和能力，研究制定门体整体组焊、门体整体热处理、分节门体联接面及门体面板加工工艺（考虑部分外协）和工装设计。2、主要工艺控制措施针对1#明流洞深孔弧门的结构特点及技术难点经过认真分析及多方案研究，制订相应的工艺技术措施。从下料、单构件组焊、部件组装、焊接变形、门体整体热处理，到分节纵梁联接面加工、面板加工、门体总组装等，制定相应的质量控制措施。另外，在各工序环节中充分发挥质量管理体系的作用，进行全过程质量跟踪控制。工艺控制措施在生产中可根据具体情况不断加以调整、改进和完善。主要控制措施如下：1）主要零件质量的控制⑴所有钢材先调平后下料，钢板下料采用微机数控下料，有利于应力的释放和零部件整体组焊精度的控制。拼接坡口采用机械加工。拼接焊缝采用埋弧自动焊焊接（尽量减少手工仰焊、立焊）。⑵门体面板进行微机整体放样，门叶的曲率半径、弧长及门体宽度及分节处均加放合适的焊接及热处理收缩余量和加工余量。面板采用δ=42mm的钢板，预留加工量12mm。按分节宽度组焊，按曲率半径在卷板机弯制成形。⑶主梁、边梁、纵梁、支臂等构件均单件组焊修正合格，尺寸偏差符合DL/T5018-94《水利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范》中第8.1.6和8.1.7条的规定。⑷支铰、铰座铸钢件毛胚的加工。应用高度游标尺和辅助划线工具，对支铰、铰座铸钢件毛胚进行划线，找正最适宜加工的位置。先机加工出底平面及侧边作为进一步加工的基准，然后，以已加工好的底平面和侧边作为基准校正工件，将轴孔和端面一次加工而成，确保轴孔中心与底平面及平键中心线的平行度，以及轴孔中心与端面的垂直度。2）主要部件组装质量控制⑴门体组装。门体组装在专用的弧形胎具上进行，弧形胎具设在具有足够刚性的稳固平台上，弧形胎具的曲率半径形位精度控制在≤2mm，曲率半径与加放余量后的门体面板外弧相一致。先将面板铺设在弧形胎具上（为防止面板在组焊过程中发生窜动和扭曲变形，面板外弧面与胎具之间采取定位措施）；在面板上整体放样划线（注意分节处加工余量），依次将主纵梁（分节处的两根主纵梁在门体组装前，腹板按设计图纸要求划钻283个M30高强螺栓联接孔，并在适当位置加工定位铰制螺栓孔。两根主纵梁用螺栓联为一起后，吊入组装位置。）、次梁、主横梁、顶梁、底梁等构件组装就位。按DL/T5018-94规范要求全面检测各零件相对位置，检测合格后施焊。焊接过程严格按焊接工艺评定验证的焊接工艺规程进行施焊，先进行加固焊，并采取分区同时由中心向两端、两侧分段、间隔、对称焊法进行施焊，同时加强观察测量，及时调整焊接位置和顺序，控制变形。⑵支臂组装。先在平台上放大样。支臂组装时重点控制两支臂梁之间的夹角和开口尺寸、支臂与支铰联接板端面与支臂夹角平分线的垂直度。焊接修正后在大样上精确划出支臂联接板的加工位置线和检查线，以及支臂中心线和支臂夹角平分线，作为铣镗床加工联接法兰板平面及10×100×2200（mm）凸台的基准线。⑶支铰与支承大梁组装。先将支承大梁水平放置平板上（己加工面向上），划铰座位置线，把铰座放在支承大梁上，校准位置中心线，然后用ф0.5mm的钢丝线在两铰座轴孔中调整两轴孔中心位置，使两铰座轴孔的同轴度公差控制在1mm以内，再把每个铰座的两个垂直侧边位置与支承大梁的结合处焊上定位块，装夹好后，配钻铰座与支承大梁连接孔，并进行编号。⑷支铰装置组装。支铰装置是承受门体水压力的重要受力部件，为保证装配质量，必须做充分的辅助设备和工具的技术准备和可靠的装配方案。组装前，首先对进口的关节轴承进行外观检查，逐个测量轴承的外径和内径的实际尺寸公差，并与轴承的随机技术资料技术参数进行较对，做好测量记录并编号。然后把铰链、铰座的轴孔及铰轴直径精加工到配合尺寸公差。装配时将铰链放在一块足够刚性的钢平台上，把铰链轴孔轴线置于与平台面垂直，用工装吊具将关节轴承吊起装入铰链孔中（关节轴承外径与铰链轴孔为过渡配合），装上轴承压板,拧紧压板螺钉，装上轴肩和油封，然后将铰链插入铰座中，调整铰链、铰座、轴肩环三者之间的同轴度，通过吊环螺钉将铰轴垂直吊起装入轴孔中（关节轴承内径与铰链轴为过渡配合），装上轴端挡板即可。已装配的支铰装置如图1所示：3）门体热处理工艺控制及残余应力测试⑴门体热处理（由于厂内条件所限，热处理外协加工）。将分节的门体放置在退火窑中的小车平台上固定，底平面要用垫铁垫平、垫实，工件应离开小车平面200mm以上，以使热气流能均匀交换，使工件各部件受热尽可能均匀，减少变形。具体消应力退火工艺参数见图2。最高温度580℃-600℃，保温2h。加热速度在300℃以下≤220℃/h，300℃以上50℃/h。冷却速度80℃/h，300℃以下出炉。⑵焊接残余应力测试。为了检测门体热处理后应力的释放情况，对进行热处理的门体和未进行热处理的支臂分别进行了焊接残余应力对比测试。为了有效地评价热处理消除应力效果，测点主要布置于残余应力较大、较复杂以及有代表性部位的焊缝上，具体部位如下：a.左右门叶主梁外腹板横向对接焊缝及其纵向对接焊缝的交叉处；b.左右门叶主梁后翼板与外腹板联接的组合焊缝；（与腹板对接焊缝交叉处）c.左右门叶主梁外腹板与下横梁腹板的组合焊缝；d.左右门叶主梁后翼板对接焊缝；e.左右门叶面板对接焊缝处及非焊缝处；f.左支臂内腹板对接焊缝及其纵横向焊缝交叉处；g.左支臂内腹板与下翼板联接的组合焊缝；按照上述原则，共布置了24个测点。从电力部水工金属结构质量检测中心出据的焊接残余应力《测试报告》“残余应力测试成果表”中了解证实：未进行热处理的支臂上的残余应力峰值很高，个别部位的焊接残余应力值达到了材料的屈服极限，而经过热处理的门叶上的残余应力峰值相对较低，为277.8Mpa，而且有70%的测点的最大主应力值≤200Mpa，50%的测点的最大主应力值≤150Mpa，说明热处理后消除焊接残余应力的热处理工艺参数选择适当，达到预期效果。三、门体整体组装和面板弧面机加工1、门体分节联接面及侧水封座面机加工1）加工门体分节面（在门体面板整体加工前完成）。将门体吊放至落地铣镗床加工平台，调整工件（在调整过程中，要充分兼顾各相对位置关系，最大限度保证原组装状态几何尺寸变动公差在规范要求范围内），经检测确认无误后，进行装夹加工。2）加工门体两侧及侧水封座。待门体面板整体加工完毕后，以组装状态的门叶纵向中心线为基准，划两侧加工线后，再将分节门体吊放至落地铣镗床加工平台，以己加工面为基准，己划加工线为加工控制线调整工件，经检测确认无误后，进行装夹加工。2、门体面板弧面机加工首先在钢制加工平台上放样。两根支臂分别吊装就位，铰链与支臂螺栓连接，按照放样中心线调整到位，各项位置公差均达到DL/T5018-94规范要求后，装上贯穿两铰链轴孔工艺轴，用支撑将两根支臂固定在钢制平台上；然后将两节门体分别吊装就位，两节门体用螺栓联接；调整门叶中心线与大样中心线重合，门体面板外弧曲率半径上下两侧调整均匀，整体检查合格后，将支臂与门体用螺栓联联接，以铰链轴孔的工艺轴为基准，划出面板外弧加工线及检查线；在铰链的工艺轴端（两支臂外侧）安装工装专用轴承座（轴承座内孔与工艺轴为动配合），作为加工弧面专用工装的回转中心，联接工装臂架和床身，铣削动力头沿外弧面的素线方向进行切削加工，加工后的弧面实际上是由很多个沿圆弧的切线方向的平面包络组成，相邻两平面之间的峰值不超过0.15mm；弧面加工完成后，划出弧门吊耳孔位置线，两节门叶吊耳孔利用工装整体一次镗孔而成。确保了吊耳孔的同轴度。以门体纵向中心线为基准，划出门体两侧加工线。3、检测上述措施经过实施，产品质量得到了有效的控制，检测各项主要技术指标均达到了DL/T5018-94《水利水电工程钢闸门制造要求及验收规范》和设计的要求。通过了由xx建管局、电力部水工金属结构质量检测中心、黄委会设计院，驻厂监造等多位专家组成的验收小组的出厂验收。通过上述技术及工艺措施的实施，1#明流洞深孔弧门的总体质量得到了有效控制，