三峡泄洪深孔检修门槽复合钢板护角的研制

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1、三峡泄洪深孔检修门槽复合钢板护角的研制摘要：三峡泄洪深孔的进水口高流速区使用闸门门槽与过水护角的组合结构，在我国尚属首次。对钢板护角制作过程中使用的复合不锈钢板材料特性、瓦片压制工艺、拼对组装、焊接工艺、部件总拼装及工艺安装情况作了全面介绍。关键词：复合钢板护角压制焊接　　三峡泄洪坝段23孔检修门槽的主轨护角及门楣安装在▽90～▽105高程间，此段门槽位于深孔前端流态最复杂的区域，以往过水面护角及门楣设计均为混凝土曲面，由于三峡电站深孔流态复杂，常规混凝土护角及门槽巳不能满足高速水流冲刷时抗磨损及抗气蚀的要求。设计单位经过大量水力模拟试验后，检修门槽主轨及门楣的过水面均采用复合不锈钢板椭圆形焊

2、接护角，其材质为OCrl3Ni5MO+Q345C，复合钢板总厚度为24mm，迎水面的不锈钢板为4mm，椭圆的长轴为11000mm，短轴为3670mm，曲面长度为2500mm。闸门的门槽与其钢衬护角组成了复合的钢闸门的门槽体系，三峡深孔泄洪检修门槽及其护角的结构详见图1所示。　　为了满足复杂水流的特殊要求，对护角提出了较严的制作要求，即椭圆表面直线度公差≤3mm，用全弧长外弧样板检查与护角表面不吻合值≤4mm，表面的扭曲值不大于3mm，组装后节间错位≤2mm。在我国的水电站钢闸门设汁中采用钢护角过水尚属首例，凋查世界各国已完成水电站高速水流的过水护角，仅发现在巴西伊泰普水电站使用过类似的椭圆形曲

3、面铸钢过水护角，但与三峡电站使用复合不锈钢板钢衬相比，其制造难度要低得多，同时核查国内外有关水工金属结构埋件中的曲面钢衬也没有制造的依据标准。我国最新的DL/501894"水利水电工程钢闸门制造安装及验收规范”中规定的具有止水要求的胸墙及钢衬制造允许公差都是适用于平面型的胸墙及钢衬，所以对于三峡电站深孔进水口椭圆形表面的制造允许公差是偏严的，在制造过程中也增加不少困难。图1三峡泄洪深孔检修门门槽结构图1椭圆护角制造方案研究　　由于复合钢板护角制造质量要求很高，又要考虑在高流速区的使用耐久性，因此制作工艺方案要考虑不锈钢表面的光洁度及焊缝金属的耐磨腐蚀性。如果采用热压成形，由于基材与复材两种材料

4、的导热率与线膨胀系数有较大差异，将会在分层处造成脱落或产生应力裂纹，对深孔进口处接近40m/s的高流速区长期安全运行是不利的。同时复合不锈钢板的表面加热后，易造成表面质量变迁并破坏原先轧制钢板时的表面光洁度，加热压制后要进行大量辅助的表面酸洗与抛光工作。此外，在热压加温过程及压制后的冷却过程中椭圆曲面的收缩率也较难控制，最终会影响椭圆曲面的外形不吻合值。复合钢板护角压制后要求的尺寸及其单元结构详见图2所示。　　葛洲坝机电建设有限公司金属结构厂根据过去制作不锈钢压力容器的施工经验，决定采用瓦片冷压成形、在胎具上整体拼焊的制作加工方法。以复合不锈钢板出厂的宽度，按最大利用率下料计算后用数控等离子切

5、割机下料，并在刨边机上加工拼接焊缝的坡口。首先在800t油压机上用胎模压制瓦片两端的弧度，再在卷板机上卷制到接近的椭圆轮廓面，最后在油压机上按瓦片上平行的素线逐段按椭圆表面形状予以压制校正。当压制的椭圆轮廓达到设计要求后用标准检查样板逐段检查其弧度，曲弧表面的局部不吻合值不大于2mm，弧曲面的扭曲值不大于1.5mm。为了防止拼焊时弧形瓦片间焊接变形及护角反复卷压后的时效应变，对护角背面的筋板与隔板下料尺寸及形位公差都有严格控制的标准：即筋板与隔板都用数控切割机下料，然后用压力机校正检查其平面度误差不大于2mm，侧弯小于3mm。隔板要直接与弧面顶紧，因此隔板实物按l：l放图2复合钢板护角构造图样

6、，每隔25mm距离求得相应的弧面座标值，然后由数控切割机编程切割，下料后的隔板与曲面护角的内弧面顶紧检查其不吻合值。如间隙超过2mm，要对隔板的弧度进行修正，直至隔板曲线与护角内弧面曲面吻合为止。将制造合格的护角，隔板及筋板三种部件在专设胎具上进行拼对。拼焊组装胎具要便于检查和施工，拼装胎具设计时应满足护角在组装和焊接时不同工位的加工要求。分段护角在拼装胎具平放位置将有关部件组装在一起，然后根据焊接位置的需要，将已拼装好的护角旋转到最佳焊接位置进行焊接，以便制成整节护角，其拼装旋转胎具的构造及作用原理详见图3。2复合钢板护角焊接　　　复合钢板护角焊接工艺选择的原则是：除了控制护角的变形外，要保

7、证复合钢板的焊接接头获得良好的焊缝质量。不锈钢复合层作为泄洪深孔的抗磨损材料，要抗击高速水流产生的气蚀磨损和水流中泥沙等硬质合金物引起的糊状磨损。复合层材料为OCrl3Ni5Mo(相当日本JIS标准的SUS630不锈钢)，其化学成份如表1所示。表1OCrl3Ni5Mo不锈钢化学成份表(%)CSiMnPSCrNiMoHv≤0.08≤1.0≤1.0≤0.035≤0.0311.5～13.54.5～6.5