CN107825077B - 一种自升自航式平台桩腿建造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自升自航式平台桩腿建造工艺，包括筒节零件制造、筒节接长、结构划线、结构装配、齿条板装焊、结构报检、内附件安装、水尺安装、转运喷砂工序。本发明的优点在于：桩腿分段为筒体结构，由多个筒节拼接装配成一分段，提高建造效率、降低建造成本；垂直加强筋、T型加强圈分别起到纵向以及横向固定加强的作用，结构管在筒体内部起到横向加强作用，保证桩腿结构的强度；通过约束齿条板的直线度、齿间距和公法线间距等主要指标来提高齿条板的建造精度，提高桩腿的支撑性与稳定性，避免焊接变形或者焊缝开裂。

Description

一种自升自航式平台桩腿建造工艺

技术领域

本发明涉及自升自航式海洋钻井平台领域，特别涉及一种自升自航式平台桩腿建造工艺。

背景技术

随着海上风电能源开发步伐的加快，风电安装设备的发展前景越来越广阔。自升自航式海洋钻井平台作为风电管桩安装使用的必需设备，也出现了供不应求的局面，自然也成为了各大装备企业争相制造的工程船之一。自升自航式海洋钻井平台工作时，通常用升降机构将平台举升到海洋面以上，使其免受海浪冲击，依靠桩腿的支撑站立在海面上进行钻井工作，完成钻探任务后，降下自升自航式平台到海面，将桩腿升降到拖航位置，即可将自升自航式平台拖航到下一个作业井位，因此，桩腿是自升自航式海洋钻井平台的关键部件之一。

桩腿是海洋平台最重要的部件之一，是平台的主要承载构件，故对其齿条板焊接的质量要求十分严格，因此在建造海洋钻井平台时，齿条板焊接及其精度控制一直占据着十分重要的地位。申请号201610013969.1公开的一种自升式风电船桩腿建造工艺，包括筒体卷制、筒体间焊接、车间预拼装、插销孔切割四个工艺步骤，该桩腿设计时要求很高强度的同时要求尽量的减轻自身重量，从而采用了 70mm 厚度的 E690 材质的高强度钢板来制作直径仅 3600mm 的圆筒，具有提高建造效率、降低建造成本的优点，但是该专利缺少齿条板装焊工艺步骤，因此桩腿的支撑性与稳定性较差，容易引起焊接变形或者焊缝开裂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高桩腿建造精度，保证桩腿的支撑性及稳定性的自升自航式平台桩腿建造工艺。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种自升自航式平台桩腿建造工艺，其创新点在于：包括筒节零件制造、筒节接长、结构划线、结构装配、齿条板装焊、结构报检、内附件安装、水尺安装、转运喷砂工序。

进一步的，所述步骤具体为：

a）筒节零件制造：包括数控下料、划线、开焊接坡口、卷制弯板、检查椭圆度、焊前定位、纵缝焊接、焊接检验、椭圆度检验、修正回圆工序；

b）筒节接长：利用组对机及滚轮架逐段接长筒节，对接时注意纵缝所处的角度位置，参考洋冲点，点焊定位后自动焊装配，筒节点焊定位时需要检测筒体高度，筒体接长后的高度公差要求控制在-1~+2mm之间；

c）结构划线：筒节接长后，从底部往上划出环形加强及平台结构线，同时加强筋FB60×300与齿条板的安装位置应同时划线，两条线刚好在筒壁正反面，结构划线完成后报检；

d）结构装配：依照划线位置装配结构，依次安装FB60×300的垂直加强筋、T型加强圈、φ219.1×8.18的结构管，防止FB60×300加强筋在安装及焊接过程中发生错位及焊接变形；

e）齿条板装焊：安装齿条板时将桩腿在滚轮架上转至一定位置垂直安装，安装时需要保证齿条板与筒体内FB60×300的垂直加强筋对正，待齿条板装配结束后，加固工装进行固定，以控制齿条在焊接过程中变形，齿条板焊接完成后，重新检测并切割顶部筒体余量，齿条板接长时在齿条板对接口的齿间距公差要求水平装配时为±1.0mm，垂直合拢装配时为±1.5mm，齿条板公法线之间的间距公差要求控制在±3.0mm之内；

f）结构报检：检查筒体的直线度，检查齿条板直线度、平面度、公法线间距；

g）内附件安装：在单个桩腿分段制作结束并检验合格后安装内部管路、舾装件等内部附件结构，内附件安装过程中注意安装尺寸；

h）水尺安装：安装锌块、水尺标志的内外附件；

i）转运喷砂：定位足够的转运支撑点，以防止运输及喷砂过程导致筒体、齿条板变形。

进一步的，所述步骤a中，筒节零件制造的步骤具体为：

1）数控下料：按数控下料图切割下料，下料后检查零件尺寸，零件上注明板厚、材质、件号、坡口、坡口型式、加工信息，其中加工信息为弯曲半径、卷制方向，对于有余料的套料图，对余料进行编号，以方便材料追踪及利用；

2）划线：按图纸要求和相应数据划出等分检验线和四根母线，即筒体0°、90°、180°、270°线，并打上洋冲标记；

3）开焊接坡口：按套料图要求开坡口，坡口方向以当前面和非当前面来区分；

4）卷制弯板：利用卷板机将板材卷制成筒体，板材纵缝位置不加放余量，卷制过程中用铁皮样板检查筒体的圆度，卷制完成后纵缝间隙保证在2〜3 mm之内，对接错位不超过板厚的十分之一或3.2mm，二者取最小值，筒体两端错皮不超过1.5 mm；

5）检查椭圆度：卷制时的椭圆度要求控制在8.0mm之内，筒体外径公差控制在+2.0-6.0mm之内，无法满足时应做校正；

6）焊前定位：圆筒的卷制、定位在卷板机上一次性完成，板对接错板≯2mm，板缝两端用至少100mm长同材质同等厚度的钢板作为引熄弧板固定，中间部分用有过焊孔的同材质马板固定，马板长度为母材厚度的10倍；

7）纵缝焊接：采用埋弧自动焊对卷制后的筒体的纵缝进行焊接，焊接材料选用WPS规定焊材，焊前先把焊道清理干净，先对筒体内侧进行焊接，再对筒体外侧碳刨清根、盖面；

8）焊接检验：焊接结束后进行交验，包括焊接检验和尺寸检验，48小时后进行焊缝探伤；

9）椭圆度检验：筒体纵缝焊接完成后，椭圆度必须再次检测，特别是焊接周围圆筒的外部；

10）修正回圆：对于焊接后椭圆度没有达到要求的应调整回圆再压制直到满足要求为止。

进一步的，所述步骤9中，椭圆度的检测方法为：一、用铁皮样板检测局部椭圆，并用石笔画好位置；二、用盒尺测量筒体的圆度，以筒体周长的四分之一或八分之一管段为基准进行测量，把量好的尺寸写在钢管上；三、制作与圆筒同径的内外样板各一个，样板宽度200mm左右，长度根据管径大小决定，样板与纵缝坡口边缘间隙由管径确定。

进一步的，所述步骤9中，样板与纵缝坡口边缘间隙与管径的关系：当管径为400mm〜700mm时，间隙为0〜2 mm；当管径为700 mm〜1000 mm时，间隙为1〜3 mm； 当管径1000 mm以上时，间隙为2〜4 mm。

进一步的，所述步骤7中，在纵缝焊接前需进行预热，预热方法采用火焰或电加热器进行，焊接过程中应控制层间温度，焊后应控制冷却速度。

进一步的，所述步骤e中，齿条板焊接时采用手工电弧焊时，由八个焊工对两条焊缝同时进行对称施焊，采用埋弧自动焊时，通过翻转对两条焊缝进行对称施焊，焊接过程中不间断进行尺寸监控。

本发明的优点在于：在本发明中，桩腿分段为筒体结构，由多个筒节拼接装配成一分段，提高建造效率、降低建造成本；垂直加强筋、T型加强圈分别起到纵向以及横向固定加强的作用，结构管在筒体内部起到横向加强作用，保证桩腿结构的强度；通过约束齿条板的直线度、齿间距和公法线间距等主要指标来提高齿条板的建造精度，提高桩腿的支撑性与稳定性，避免焊接变形或者焊缝开裂。

在纵缝焊接前需进行预热，预热方法采用火焰或电加热器进行，为了防止筒节产生裂纹和减少残余应力。

齿条板焊接时采用手工电弧焊时，由八个焊工对两条焊缝同时进行对称施焊，采用埋弧自动焊时，通过翻转对两条焊缝进行对称施焊，焊接过程中不间断进行尺寸监控，保证焊接受热均匀，焊缝成型美观，保证整体焊接质量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的步骤e中的齿条板装焊过程中的齿条公差要求示意图。

图2为本发明中对接焊缝的错边示意图。

图3为本发明中角焊缝的对正示意图。

图4为本发明中齿条座板与桩腿外板角焊缝的对正示意图。

图5为本发明中纵桁、内部支撑结构面板对正示意图。

图6为本发明中纵桁、内部支撑结构高度方向对正示意图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本发明的自升自航式平台桩腿建造工艺，通过筒节零件制造、筒节接长、结构划线、结构装配、齿条板装焊、结构报检、内附件安装、水尺安装、转运喷砂工序配合进行实现，其具体步骤如下：

一 、筒节零件制造：

第一步，数控下料：按数控下料图切割下料，下料后检查零件尺寸，零件上注明板厚、材质、件号、坡口、坡口型式、加工信息，其中加工信息为弯曲半径、卷制方向，对于有余料的套料图，对余料进行编号，以方便材料追踪及利用。

第二步，划线：按图纸要求和相应数据划出等分检验线和四根母线，即筒体0°、90°、180°、270°线，并打上洋冲标记。

第三步，开焊接坡口：按套料图要求开坡口，在开坡口时需注意坡口方向，坡口方向以当前面和非当前面来区分。

第四步，卷制弯板：利用卷板机将板材卷制成筒体，板材纵缝位置不加放余量，卷制过程中用铁皮样板检查筒体的圆度，卷制完成后纵缝间隙保证在2〜3 mm之内，对接错位不超过板厚的十分之一或3.2mm，二者取最小值，筒体两端错皮不超过1.5 mm。

第五步，检查椭圆度：卷制时的椭圆度要求控制在8.0mm之内，筒体外径（φ3300）公差控制在+2.0-6.0mm之内，无法满足时应做校正。

第六步，焊前定位：圆筒的卷制、定位在卷板机上一次性完成，板对接错板≯2mm，板缝两端用至少100mm长同材质同等厚度的钢板作为引熄弧板固定，中间部分用有过焊孔的同材质马板固定，马板长度为母材厚度的10倍。

第七步，纵缝焊接：采用埋弧自动焊对筒体的纵缝进行焊接，焊接材料选用WPS规定焊材，焊前先把焊道清理干净，先对筒体内侧进行焊接，再对筒体外侧碳刨清根、盖面，在纵缝焊接前需进行预热，预热方法采用火焰或电加热器进行，焊接过程中应控制层间温度，焊后应控制冷却速度，为了防止筒节产生裂纹和减少残余应力。

第八步，焊接检验：焊接结束后进行交验，包括焊接检验和尺寸检验，48小时后进行焊缝探伤。

第九步，椭圆度检验：筒体纵缝焊接完成后，椭圆度必须再次检测，特别是焊接周围圆筒的外部，检测方法：一、用铁皮样板检测局部椭圆，并用石笔画好位置；二、用盒尺测量筒体的圆度，以筒体周长的四分之一或八分之一管段为基准进行测量，把量好的尺寸写在钢管上；三、制作与圆筒同径的内外样板各一个，样板宽度200mm左右，长度根据管径大小决定，样板与纵缝坡口边缘间隙由管径确定，样板与纵缝坡口边缘间隙与管径的关系：当管径为 400mm〜700mm时，间隙为0〜2 mm；当管径为700 mm〜1000 mm时，间隙为1〜3 mm；当管径1000 mm以上时，间隙为2〜4mm。

第十步，修正回圆：对于焊接后椭圆度没有达到要求的应调整回圆再压制直到满足要求为止。

二、筒节接长：

筒节零件完工之后，利用组对机及滚轮架逐段接长筒节，对接时注意纵缝所处的角度位置，参考洋冲点，点焊定位后自动焊装配，由于齿条在合拢缝位置齿间距装配公差仅为±1.5mm，考虑到筒节环缝的焊接收缩，筒节点焊定位时需要检测筒体高度，筒体接长后的高度公差要求控制在-1~+2mm之间。

三、结构划线：

筒节接长后，从底部往上划出环形加强及平台结构线，同时加强筋FB60×300与齿条板的安装位置应同时划线，两条线刚好在筒壁正反面，结构划线完成后报检。

四、结构装配：

依照划线位置装配结构，依次安装FB60×300的垂直加强筋、T型加强圈、φ219.1×8.18的结构管，防止FB60×300加强筋在安装及焊接过程中发生错位及焊接变形。

五、齿条板装焊：

安装齿条板时将桩腿在滚轮架上转至一定位置垂直安装，安装时需要保证齿条板与筒体内FB60×300的垂直加强筋对正，待齿条板装配结束后，加固工装进行固定，以控制齿条在焊接过程中变形，齿条板焊接完成后，重新检测并切割顶部筒体余量，齿条板接长时在齿条板对接口的齿间距公差要求水平装配时为±1.0mm，垂直合拢装配时为±1.5mm，齿条板公法线之间的间距公差要求控制在±3.0mm之内，如图1所示。

齿条板焊接时采用手工电弧焊时，由八个焊工对两条焊缝同时进行对称施焊，采用埋弧自动焊时，通过翻转对两条焊缝进行对称施焊，焊接过程中不间断进行尺寸监控，保证焊接受热均匀，焊缝成型美观，保证整体焊接质量。

六、结构报检：

检查筒体的直线度，检查齿条板直线度、平面度、公法线间距。

七、内附件安装：

在单个桩腿分段制作结束并检验合格后安装内部管路、舾装件等内部附件结构，内附件安装过程中注意安装尺寸。

八、水尺安装：

安装锌块、水尺标志的内外附件。

九、转运喷砂：

定位足够的转运支撑点，以防止运输及喷砂过程导致筒体、齿条板变形。

在进行上述步骤进行加工的过程中，需注意的是：

1.各道工序的开始必须在上道工序测量检查合格并验收后进行；焊接时要有一定的固定措施及焊接顺序；临时吊点使用后应及时切掉并打磨、防腐；桩腿建造的技术重点和难点就是桩腿结构建造精度控制以及齿条焊接。对桩腿建造过程中的精度控制和焊接施工必须实行严格的质量控制。

2. 所有检测仪器均应具有合格证；每次测量后应提供详细的误差报告；至少在每次组装前和组装后进行一次测量，焊接后再进行一次测量，以保证焊后的测量误差满足要求。

3. 对接焊缝的错边要求

如图2所示的示意图可知，标准为：对于特殊构件和主要构件a≤0.15t，极限值为：a=3.0mm。

4.角焊缝的对正要求

如图3所示的示意图可知，标准为：要求若a≤t1/3，在板材的中性层进行测量，若a≤（5t-3t2）/6，在板材的根部进行测量，极限值为：a=3.0mm，需要注意的是，当t3小于t1时，在标准公差中应该用t3取代t1。

5.齿条座板与桩腿外板角焊缝的对正要求

如图4所示的示意图可知，标准为：要求a≤t1/3，在板材的中性层进行测量，极限值为：a=3.0mm。

6.纵桁、内部支撑结构面板对正要求

如图5所示的示意图可知，标准为：要求a≤0.04b，极限值为：a=4.0mm。

7.纵桁、内部支撑结构高度方向对正要求

如图6所示的示意图可知，标准为：要求a≤0.15t，极限值为：a=3.0mm。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种自升自航式平台桩腿建造工艺，其特征在于：包括筒节零件制造、筒节接长、结构划线、结构装配、齿条板装焊、结构报检、内附件安装、水尺安装、转运喷砂工序；步骤具体为：

a)筒节零件制造：包括数控下料、划线、开焊接坡口、卷制弯板、检查椭圆度、焊前定位、纵缝焊接、焊接检验、椭圆度检验、修正回圆工序；

b)筒节接长：利用组对机及滚轮架逐段接长筒节，对接时注意纵缝所处的角度位置，参考洋冲点，点焊定位后自动焊装配，筒节点焊定位时需要检测筒体高度，筒体接长后的高度公差要求-1～+2mm；

c)结构划线：筒节接长后，从底部往上划出环形加强及平台结构线，同时加强筋FB60×300与齿条板的安装位置应同时划线，两条线刚好在筒壁正反面，结构划线完成后报检；

d)结构装配：依照划线位置装配结构，依次安装FB60×300的垂直加强筋、T型加强圈、Ø219.1×8.18的结构管，防止FB60×300加强筋在安装及焊接过程中发生错位及焊接变形；

e)齿条板装焊：安装齿条板时将桩腿在滚轮架上转至一定位置垂直安装，安装时需要保证齿条板与筒体内FB60×300的垂直加强筋对正，待齿条板装配结束后，加固工装进行固定，以控制齿条在焊接过程中变形，齿条板焊接完成后，重新检测并切割顶部筒体余量，齿条板接长时在齿条板对接口的齿间距公差要求水平装配时为±1.0mm，垂直合拢装配时为±1.5mm，齿条板公法线之间的间距公差要求控制在±3.0mm；

f)结构报检：检查筒体的直线度，检查齿条板直线度、平面度、公法线间距；

g)内附件安装：在单个桩腿分段制作结束并检验合格后安装内部管路、舾装件等内部附件结构，内附件安装过程中注意安装尺寸；

h)水尺安装：安装锌块、水尺标志的内外附件；

i)转运喷砂：定位足够的转运支撑点，以防止运输及喷砂过程导致筒体、齿条板变形。

2.根据权利要求1所述的自升自航式平台桩腿建造工艺，其特征在于：所述步骤a中，筒节零件制造的步骤具体为：

1)数控下料：按数控下料图切割下料，下料后检查零件尺寸，零件上注明板厚、材质、件号、坡口、坡口型式、加工信息，其中加工信息为弯曲半径、卷制方向，对于有余料的套料图，对余料进行编号，以方便材料追踪及利用；

2)划线：按图纸要求和相应数据划出等分检验线和四根母线，即筒体0°、90°、180°、270°线，并打上洋冲标记；

3)开焊接坡口：按套料图要求开坡口，坡口方向以当前面和非当前面来区分；

4)卷制弯板：利用卷板机将板材卷制成筒体，板材纵缝位置不加放余量，卷制过程中用铁皮样板检查筒体的圆度，卷制完成后纵缝间隙保证在2～3mm，对接错位不超过板厚的十分之一或3.2mm，二者取最小值，筒体两端错皮不超过1.5mm；

5)检查椭圆度：卷制时的椭圆度要求控制在8.0mm之内，筒体外径公差控制在+2.0-6.0mm，无法满足时应做校正；

6)焊前定位：圆筒的卷制、定位在卷板机上一次性完成，板对接错板不大于2mm，板缝两端用至少100mm长同材质同等厚度的钢板作为引熄弧板固定，中间部分用有过焊孔的同材质马板固定，马板长度为母材厚度的10倍；

7)纵缝焊接：采用埋弧自动焊对卷制后的筒体的纵缝进行焊接，焊接材料选用WPS规定焊材，焊前先把焊道清理干净，先对筒体内侧进行焊接，再对筒体外侧碳刨清根、盖面；

8)焊接检验：焊接结束后进行交验，包括焊接检验和尺寸检验，48小时后进行焊缝探伤；

9)椭圆度检验：筒体纵缝焊接完成后，椭圆度必须再次检测，特别是焊接周围圆筒的外部；

10)修正回圆：对于焊接后椭圆度没有达到要求的应调整回圆再压制直到满足要求为止。

3.根据权利要求2所述的自升自航式平台桩腿建造工艺，其特征在于：所述步骤9中，椭圆度的检测方法为：一、用铁皮样板检测局部椭圆，并用石笔画好位置；二、用盒尺测量筒体的圆度，以筒体周长的四分之一或八分之一管段为基准进行测量，把量好的尺寸写在钢管上；三、制作与圆筒同径的内外样板各一个，样板宽度200mm左右，长度根据管径大小决定，样板与纵缝坡口边缘间隙由管径确定。

4.根据权利要求2所述的自升自航式平台桩腿建造工艺，其特征在于：所述步骤9中，样板与纵缝坡口边缘间隙与管径的关系：当管径为400mm～700mm时，间隙为0～2mm；当管径为700mm～1000mm时，间隙为1～3mm；当管径1000mm以上时，间隙为2～4mm。

5.根据权利要求2所述的自升自航式平台桩腿建造工艺，其特征在于：所述步骤7中，在纵缝焊接前需进行预热，预热方法采用火焰或电加热器进行，焊接过程中应控制层间温度，焊后应控制冷却速度。

6.根据权利要求1所述的自升自航式平台桩腿建造工艺，其特征在于：所述步骤e中，齿条板焊接时采用手工电弧焊时，由八个焊工对两条焊缝同时进行对称施焊，采用埋弧自动焊时，通过翻转对两条焊缝进行对称施焊，焊接过程中不间断进行尺寸监控。