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摘要：在水利工程建设过程中，钢闸门是水工建筑物的重要构件。从结构上来看，钢闸门主要由面板、主次梁、水封、支承及起吊连接等装置组成。钢闸门在设计和制备过程中，需要严格按照规范进行，否则会对水利工程的工程质量产生影响，进而影响电站的安全运行。然而，当前因某些原因，往往会导致钢闸门在制备过程中容易出现焊接变形的情形，使得闸门不能符合要求，影响使用安全和使用效果。为了保证水利工程的施工质量，提升钢闸门的使用效果，水利工程人员需要对焊接过程中影响变形的原因进行详细分析，并对影响因素进行针对性控制，从而保证焊接质量。本文针对焊接过程中的变形产生的原因和控制应对措施进行分析介绍，以期更好地保证焊接过程中的质量控制。
关键词：焊接变形；钢闸门；预防控制措施
1、焊接变形定义及变形原因
1.1、焊接变形的定义
焊接实际上是一个金属加热融化、再冷却的过程，焊接过程中引发钢闸门变形的主要表现是表面不平整，局部的变形超出设计规定范围。在钢闸门实际的焊接过程中，由于局部的受热影响，钢闸门会在温度场的条件下产生膨胀和冷却效应，然而局部受热区域的约束力较为复杂，工件很难进行自由的收缩和膨胀作用。在工件冷却中，焊接加热局部部位发生压缩变形，变形的部位又不能自由的收缩导致出现拉伸应力，在内部不均匀作用力的影响下，工件会出现外观的尺寸变形情况，产生焊接形变。焊接变形和残余应力的产生原因有：焊接过程中，因焊接高温影响，产生塑形的变化；熔化金属固化时，工件热膨胀遇冷产生收缩塑形变化。焊接过程中的焊接变形和残余应力的影响因素较多，如材料本身的性能差别（膨胀系数、屈服应力）、工件的外观形状（一般工件越复杂，越容易出现焊接变形情况）、焊接工艺等，因此对钢闸门进行质量控制的首要工作是要控制焊接过程中产生的变形量。一般情况下，焊接过程总会产生焊接变形，需要对其影响因素进行着重控制，保证变形量在规范范围内即可。
1.2、产生焊接变形的原因
1）焊接热应力变形。工件焊接过程中，金属材料受热和受冷不均匀。焊接时，加热热源为移动高温电弧。焊缝和热影响区的金属温度非常高。金属因受热而膨胀，但受到常温金属的阻碍和抑制，造成压缩和塑性变形。结构件焊接变形程度与焊接时热源输入能量成正比。2）残余应力变形。钢构件的焊接和热影响区会产生残余应力。对钢构件最直接的影响是降低构件的承载能力，增加开裂的可能性。钢构件的大部分裂纹发生在焊接区域。在焊接区域，当构件的残余应力和载荷的共同作用超过焊缝的承载能力时，焊缝处开始出现裂纹并逐渐扩展为裂纹。该部件也容易从裂纹中断裂。此时，构件的承载没有达到其极限承载力，但整个构件的失效是由焊缝断裂引起的。
2、钢闸门焊接变形的有效控制措施
2.1、控制好焊材的合理管理与选择
为了保证焊接质量，必须对焊接耗材的质量进行控制。一是对来料样品进行严格的质量检验，筛选出不符合要求的焊接耗材。另外焊接耗材的存放环境需要控制。一般情况下需要保证环境温度在5℃以上，环境湿度不超过60%，否则需要除湿。仓库管理员需要每天定期检查环境的温湿度。电极在使用前，需要按照使用说明进行干燥。干燥过程中的升温速率一般控制在150℃/小时以下，以避免过热对涂层的影响。以保证焊接接头与母体具有相同的高温蠕变性能和抗氧化性。为了保证接头的高温强度，焊缝金属需要与母体材料的铬、钼含量相同。但铬含量过高会在焊接过程中形成复杂的碳化物，影响焊接质量。因此，可以采用铌、钒等元素对铬钼钢进行渗透。这些合金产生的碳化物来不及在较短的焊接热循环中溶入固溶体，从而提高了金属的韧性和抗裂性。
此外，坡口的位置可均匀加热，保证热变形一致，实现变形控制。预热坡口时，一般采用热电偶加热方法。
当热电偶的温度达到规定要求时，需要保持几分钟，以保证槽位能够充分加热。利用红外线检测坡口表面温度，当达到规定温度值时，即可停止预热。当加热器在焊缝两侧预热时，加热宽度控制如下：从待焊焊缝边缘计算，每边的加热宽度不应小于4倍厚度。使用绳状加热器进行预热时，应尽量保持槽两侧设置的加热器线圈的绕组数一致，并保持两侧加热速度均匀。
2.2、做好焊接顺序控制
钢闸门的制造顺序是先组成部件，再组成整体。本工程对接焊接顺序为：（1）工字梁对接焊接；（2）梁、板对接焊接；（3）止水带板等配件对接焊接。
（1）对接焊的工字梁：①腹板和翼缘板两侧的直通角焊缝从梁长度的中间向两端分段（大约300ｍｍ）对称施焊，也就是说，一个部分是焊接，然后停止一段时间，在另一侧焊接一段，停止一段时间。②按焊脚高度分3层，每层需均匀清洗焊接。③焊接过程中（焊工），保证电弧找正或指向准确一致，使工字梁焊缝的角度变形和翼缘板、腹板的纵向变形与构件长度一致。
（2）梁系与面板组装对接焊接：将检验合格的工字梁按标识及工艺要求装配在固定面板上。焊接时，偶数（4名）合格的焊工按整个门对称工作对称轴的结构：①首先，先由对称中心（十字）向外侧依次对称完成纵梁和横梁对接，在空间位置，先仰焊，再立焊，再平焊。同样的焊缝也必须分层对称地焊接。②完成后的对接焊纵向和纵向梁、对称的对接焊的横梁和侧梁和门的帖子（梁和纵梁网，网横梁和纵梁翼缘板网，横梁法兰板和纵向梁凸缘板）对焊梁和板组装。焊接和面板组装时，角焊缝两侧的低凸缘板除以一个偶数（4名）合格焊工根据对称轴（交叉）整个门结构焊接执行对称从内到外，和角焊两侧的下翼缘板同样还必须焊接工字梁在三层对称。
（3）止水板等配件对接焊接：按图纸要求对整个门扇进行检查，检查修补集成网格后，再添加止水板等配件。其余焊缝均为Ⅲ型焊缝。在整体质量方面，Ⅲ类焊缝也按规范对称焊接，按工艺保证焊接变形和焊接质量。门的预埋件和门扇作为两个相对独立的整体同时操作。预埋件的焊接都是类型Ⅲ焊接，20ｍｍ钢板和Ⅰ25、［20型材及不锈钢止水板组焊接时依照门叶的梁系和面板、止水座板附件组焊接工艺执行。
2.3、合理的选择焊接设备
焊接过程是热输入过程。线性热输入越大，焊接变形越大。一般情况下，自动焊接比手工焊接加热更集中，变形更小；气体保护焊丝薄，电流密度较高，加热相对集中，热变形小；同一焊接方法的焊接变形量随焊接电流和电弧电压的增大而增大，随焊接速度的增大而增大或减小。在焊接电流、焊接速度、电弧电压三个参数中，电弧电压对焊接变形的影响比较明显。
结束语
不同的焊接方法会对焊接质量产生不同的影响，针对钢闸门焊接的特点，采用二氧化碳保护焊接更具有优势。通过对焊接变形的原因和主要类型进行分析，可以明确影响变形的主要因素，在此基础上选择合理的焊接方式、焊接前的预处理手段可以有效控制焊接产生的变形量。
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