CN114193038A

CN114193038A - 一种上管和下管的焊接方法

Info

Publication number: CN114193038A
Application number: CN202111630428.0A
Authority: CN
Inventors: 张平柱; 胡石林; 储诚节; 马建; 艾丽斯佳; 叶一鸣
Original assignee: China Institute of Atomic of Energy
Current assignee: China Institute of Atomic of Energy
Priority date: 2021-12-28
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-03-18

Abstract

本申请公开了一种上管和下管的焊接方法，所述上管包括第一管段和第二管段，所述焊接方法包括：首先将所述第一管段与所述第二管段在水平方向上焊接形成所述上管；然后将所述上管吊装至所述下管上，使所述上管与所述下管竖直对准；最后在竖直方向对所述上管和所述下管进行焊接。本申请公开的方法操作简单，能够有效减小上管与下管之间的垂直度偏差。

Description

一种上管和下管的焊接方法

技术领域

本申请涉及焊接技术领域，尤其涉及一种上管和下管的焊接方法。

背景技术

在吊装大口径长管下井时，其垂直度会因为偏差过大造成后续施工工作难度增加，以及影响下一步工艺的安装，因此，对大口径长管的垂直度控制就显得不可或缺等问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种上管和下管的焊接方法，以解决上管和下管之间的垂直度偏差大问题。

为了达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例公开了一种上管和下管的焊接方法，所述上管包括第一管段和第二管段，所述焊接方法包括：

将所述第一管段与所述第二管段在水平方向上焊接形成所述上管；

将所述上管吊装至所述下管上，使所述上管与所述下管竖直对准；

在竖直方向对所述上管和所述下管进行焊接。

进一步地，将所述第一管段与所述第二管段在水平方向上焊接形成所述上管的步骤，包括：

将所述第一管段和所述第二管段在水平方向上等高度设置，调整组队间隙；

对所述第一管段和所述第二管段进行多组对准测试；

分析多组对准数据，选择最优对准数据所在组对位置进行焊接。

进一步地，将所述第一管段和所述第二管段在水平方向上等高度设置，调整组队间隙的步骤，包括：

设置多台滚轮架，使所述滚轮架的支撑部分保持等水平高度；

将所述第一管段和所述第二管段吊装至不同的所述滚轮架上；

调整所述第一管段和所述第二管段的组队间隙满足预设要求。

进一步地，对所述第一管段和所述第二管段进行多组对准测试的步骤，包括：

在所述第一管段上安装激光准直仪；

在所述第二管段上安装接收靶；

异步转动所述第一管段和所述第二管段，获取多组对准数据。

进一步地，异步转动所述第一管段和所述第二管段，获取多组对准数据的步骤，包括：

保持所述第一管段在初始位置不动；

绕轴向旋转所述第二管段位于N个不同的均等角度，以获取N个相对所述第一管段在初始位置的对准数据，其中，N为自然数；

绕轴向旋转所述第一管段增加2π/N弧度后保持不动；

绕轴向旋转所述第二管段位于N个不同的均等角度，以获取N个相对所述第一管段在增加2π/N弧度位置的对准数据；

每绕轴向旋转所述第一管段增加一个2π/N弧度后保持不动，相对应地绕轴向旋转所述第二管段位于N个不同的均等角度，以获取多组对准数据。

进一步地，N等于4或5。

进一步地，将所述上管吊装至所述下管上，使所述上管与所述下管竖直对准的步骤，包括：

在所述上管上环周安装多个线坠；

将所述上管绕轴向旋转M个不同的均等角度，获取M组垂直度数据，其中，M为自然数；

分析M组垂直度数据，选择最优垂直度数据所在组对位置。

进一步地，M等于4或5。

进一步地，选择最优垂直度数据所在组对位置进行焊接时，采用所述线坠实时监测垂直度变化，对于垂直度偏差较大的位置进行及时纠正。

进一步地，所述第一管段和所述第二管段的焊接采用分层分段焊接。

本申请实施例公开了一种上管和下管的焊接方法，适用于大口径长管的分段焊接，通过将第一管段与第二管段在水平方向上焊接形成上管，然后将上管吊装至下管上，以使上管与下管竖直对准，最后在竖直方向对上管和下管进行焊接，通过在水平和竖直两个方向上焊接，能够有效减小上管与下管之间的垂直度偏差。

附图说明

图1为本申请实施提供的一种上管和下管的焊接方法的流程示意图；

图2为起重机吊装上管至下管的结构示意图；

图3为激光准直仪测量第一管段和第二管段的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种上管和下管的焊接方法的流程示意图。

附图标记说明

上管1；第一管段11；第二管段12；下管2；组对位置3；激光准直仪4；接收靶5；夹具6；线坠7；起重机8；吊钩81。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

下面结合附图及具体实施例对本申请再做进一步详细的说明。本申请实施例中的“第一”、“第二”等描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含地包括至少一个特征。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

由于大口径长管由多根管段组成，在吊装大口径长管下井时，为了保证大口径长管的垂直度不会因为偏差过大造成后续施工难度增加，以及影响下一步工艺安装，所以对于大口径长管的每一节管段之间的垂直度就显得不可或缺。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种上管与下管的焊接方法，请参阅图1，上管1包括第一管段11和第二管段12，焊接方法包括：

S1、将第一管段11与第二管段12在水平方向上焊接形成上管1；

S2、将上管1吊装至下管2上，使上管1与下管2竖直对准；

S3、在竖直方向对上管1和下管2进行焊接。

可以理解的是，上管1和下管2的数量不作限制，可以是两根，也可以是多根，也就是说上管1和下管2不是只有两节管，只是在安装时的操作对象为两节管而已，依照相同的方法，可以依次拼接。例如，当管道为三节时，在安装第三节管时，之前的上管1就变成上述的下管2，第三节管变成上述的上管1，一节一节安装，直至满足工程需要为止。

可以理解的是，上管1和下管2的分段管节数也不作限制，原因与上述相同。例如，上管1可以由两根12m的钢管在水平状态下焊接成一段24m的长管，然后将此24m的上管1从水平翻转至竖直状态，然后吊装至已经部分下至井内的另一根24m的下管2上，最后在竖直方向进行组对焊接工作。

可以理解的是，为适应于大口径长管的焊接，本申请采用在水平方向和竖直方向两个方向进行焊接主要考虑：一、垂直度问题，长管在水平方向上对其焊接时垂直度偏差度较小，而在竖直向下对齐进行焊接时，由于吊装的悬臂会导致上管1有轻微的摆动，增加了对接控制的难度，使得上管1与下管2对齐焊接时可能会出现垂直度偏差增大的现象；二、成本和施工难度问题，如果全部采用在水平方向上进行焊接，因为会大幅度增加将长管由水平转为竖直方向的难度，如果上管1很长，往往需要则增加吊装的高度，会极大地增加吊装成本。因此，先将第一管段11和第二管段12在水平方向上焊接，然后转为在竖直方向进行焊接。

本申请实施例先将第一管段11和第二管段12在水平方向上焊接形成上管1，然后将上管1吊装至下管2上，使上管1与下管2竖直对准，最后在竖直方向对上管1和下管2进行焊接，采用在水平向下和竖直方向两种焊接方式结合，能够有效减小上管1与下管2的垂直度偏差，操作简单，易于实现。

下面各具体实施例可能用到的工具包括起滚轮架、激光准直仪4、接收靶5、夹具6、线坠7、直角尺、起重机8和吊钩81；但本申请不限于此类工具，只要在上述实施例的焊接方法范围内，采用其他实施工具的均属于本申请的保护范围。

在一实施例中，上述S1步骤：将第一管段11与第一管段11在水平方向上焊接形成上管1，包括：

S11、将第一管段11和第二管段12在水平方向上等高设置，调整组对间隙；

S12、对第一管段11和第二管段12进行多组对准测试；

S13、分析多组对准数据，选择最优对准数据所在组对位置3进行焊接。

可以理解的是，这里所述的等高设置原因是：让第一管段11与第二管段12的端面对齐，便于调整两者端面之间的组对间隙，减小垂直度偏差。

可以理解的是，进行多组对准测试的原因是：因为长管在制造过程中会出现一些细微的缺陷等问题，本质上来说是无法确定长管之间的端面是否对准，只能去寻找第一管段11与第二管段12之间错变量最小的位置对齐。

本实施例通过将第一管段11和第二管段12在水平方向上等高设置，便于使两者端面对齐，减小端面之间错变量；采用多组对准测试，便于找到最佳组对位置3，减小第一管段11与第二管段12之间的垂直度偏差。

在一实施例中，第一管段11和第二管段12的焊接可以采用分层分段焊接，提高垂直精度。

在一实施例中，上述S11步骤：将第一管段11和第二管段12在水平方向上等高设置，调整组对间隙，包括：

S111、设置多台滚轮架，使滚轮架的支撑部分保持等水平高度；

S112、将第一管段11和第二管段12吊装至不同的滚轮架上；

S113、调整第一管段11和第一管段11的组对间隙满足预设要求。

例如，可以在现场选一块空旷的场地，根据到场的12m的第一管段11和12m的第二管段12在合适的位置呈一字型摆放四台滚轮架，滚轮架的支撑部分要保持等水平高度，然后再用起重机8分别将第一管段11和第二管段12分别放在两台滚轮架上，通过移动滚轮架调整第一管段11和第二管段12的组对间隙达到预设要求。

可以理解的是，这里的组对间隙是指第一管段11和第二管段12相互靠近的端面之间的距离。

本实施例通过多台滚轮架支撑分别支撑第一管段11和第二管段12，然后移动滚轮架调整第一管段11和第二管段12之间的组对间隙，为后续的对准测试和焊接做好准备。

在一实施例中，上述S12步骤：对第一管段11和第二管段12进行多组对准测试，包括：

S121、在第一管段11上安装激光准直仪4；

S122、在第二管段12上安装接收靶5；

S123、异步转动第一管段11和第二管段12，获取多组对准数据。

例如，激光准直仪4的型号可以选择READ15，激光准直仪4可以安装在第一管段11上远离组对间隙的一侧，接收靶5安装在第二管段12远离组对间隙的一侧，然后异步转动第一管段11和第二管段12，获取多组对准数据。

可以理解的是，异步转动第一管段11和第二管段12是指，先转动第一管段11，然后再转动第二管段12，也就是说，两者不是同时转动，具有间歇时间。例如，对第一管段11施行一个工序后，随后对第二管段12施行多个工序，循环反复，以获取多组数据。

在一实施例中，上述S123步骤：异步转动第一管段11和第二管段12，获取多组对准数据，包括：

S1231、保持第一管段11在初始位置不动；

S1232、绕轴向旋转第二管段12位于N个不同的均等角度，以获取N个相对第一管段11在初始位置的对准数据，其中，N为自然数；

S1233、绕轴向旋转第一管段11增加2π/N弧度后保持不动；

S1234、绕轴向旋转第二管段12位于N个不同的均等角度，以获取N个相对第一管段11在增加2π/N弧度位置的对准数据；

S1235、每绕轴向旋转第一管段11增加一个2π/N弧度后保持不动，相应地绕轴向旋转第二管段12位于N个不同的均等角度，以获取多组对准数据。

具体地，可以固定第一管段11在滚轮架不动，架上激光准直仪4，以此位置为初始位置记为0°，然后旋转第二管段12位于N个均等角度，N等于4或者5。例如，当N等于4时，则分别沿轴向旋转第二管段12位于4个不同的均等角度，分别为0°、90°、180°和270°，通过激光准直仪4分别测量后，记录其相对于第一管段11在初始位置的对准数据，记为(0°，0°、90°、180°、270°)；然后按照一定方向沿轴向旋转第一管段11位于90°后固定不动，再一次沿轴向旋转第二管段12位于4个不同的均等角度，通过激光准直仪4分别测量后，记录其相对于第一管段11在90°位置的对准位置，记为(90°，0°、90°、180°、270°)；然后每绕轴向旋转第一管段11增加一个90°后保持不动，相应地绕轴向旋转第二管段12位于4个不同均等角度，直至获取完对准数据(180°，0°、90°、180°、270°)以及(270°，0°、90°、180°、270°)。

可以理解的是，接收靶5的安装有两种方式，一、可以是沿轴向每旋转第二管段12一个角度后安装接收靶5，测量完成后拆除，待转到下一个角度又装上接收靶5；二、确定旋转角度个数后，一次性安装多个，例如，确定旋转4个角度后，直接在第二管段12的4个角度上分别安装一个接收靶5。

需要说明的是，弧度与角度的换算，2π为360°。

本实施例通过旋转第一管段11和第二管段12不同的角度，来获取多组数据，继而获取最佳的组对位置3，可以减小第一管段11与第二管段12端面之间的错变量，以及减小垂直度偏差。

在一实施例中，上述S2步骤：将上管1吊装至下管2上，使上管1与下管2竖直对准，包括：

S21、在上管1上环周安装多个线坠7；

S22、将上管1绕轴向旋转M个不同的均等角度，获取M组垂直度数据，其中，M为自然数；

S23、分析M组垂直度数据，选择最优垂直度数据所在组对位置3。

具体地，可以在上管1上安装夹具6，用于夹紧上管1便于吊装。夹具6环周可以安装4个线坠7，每个线坠7之间相隔90°，线坠7从夹具6外沿面垂直下放至地面或者平台面100mm处，然后记此位置为初始位置，记为0°，使用直角尺分别测量四个线坠7与上管1和下管2之间的水平距离，计算两者之间的距离差作为垂直度数据。将上管1绕轴向旋转M个不同的均等角度，M可以等于4或者5，例如，当M等于4时，将上管1绕轴向旋转4个不同的均等角度，即0°、90°、180°和270°，以获取4组垂直度数据，选择最优垂直度数据所在的组对位置3。

可以理解的是，这里的线坠7的作用有两点，一、调整上管1的垂直度，以一个线坠7为例，在竖直方向，采用直角尺分别测量上管1上相距预设高度的两点与线坠7之间的水平距离，然后根据两个距离之间的差值计算出的垂直度，然后调整起重机8的吊钩81，使得上管1处于垂直状态。二、确定上管1与下管2最佳组对位置3，待上管1垂直后，再通过直角尺分别测量线坠7与上管1和下管2之间的水平距离，计算两者距离值之间的差值，通过移动起重机8，调整上管1位置，使得上管1与下管2之间进行预对齐，然后沿轴向旋转上管1不同角度，分别测量上管1和下管2与线坠7之间的水平距离差，分析不同角度下的垂直度数据，以获取上管1与下管2最佳的组对位置3。

可以理解的是，由于下管2通过夹具6已在井口固定，安装下管2时已考虑垂直度符合预设要求，故无需进行调整，只需要考虑测量上管1的垂直度即可。

可以理解的是，夹具6的外沿面圆度必须符合要求，减少线坠7偏移引起的测量误差。

本实施例通过在上管1上安装多个线坠7，然后将上管1绕轴向旋转M个不同的均等角度，以获取M组垂直度数据，最后分析垂直度数据，选择最优垂直度数据所在的组对位置3进行焊接，能够减小在焊接时上管1与下管2的之间的错变量，进而减小上管1与下管2之间垂直度偏差的累积。

在一实施例中，选择最优垂直度数据所在组对位置3时，采用线坠7实时监测垂直度变化，对于垂直度偏差较大的位置进行及时纠正，以减小垂直度偏差的累积。

下面将对本申请实施例提供的一种上管1和下管2的焊接方法进行示例性说明，请参阅图4，包括：

S112、将第一管段11和第二管段12吊装至不同的滚轮架上；

S113、调整第一管段11和第一管段11的组对间隙满足预设要求；

S121、在第一管段11上安装激光准直仪4；

S122、在第二管段12上安装接收靶5；

S1231、保持第一管段11在初始位置不动；

S1233、绕轴向旋转第一管段11增加2π/N弧度后保持不动；

S1235、每绕轴向旋转第一管段11增加一个2π/N弧度后保持不动，相应地绕轴向旋转第二管段12位于N个不同的均等角度，以获取多组对准数据；

S13、分析多组对准数据，选择最优对准数据所在组对位置3进行焊接；

S21、在上管1上环周安装多个线坠7；

S23、分析M组垂直度数据，选择最优垂直度数据所在组对位置3；

S3、在竖直方向对上管1和下管2进行焊接。

以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种上管和下管的焊接方法，其特征在于，所述上管包括第一管段和第二管段，所述焊接方法包括：

在竖直方向对所述上管和所述下管进行焊接。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，将所述第一管段与所述第二管段在水平方向上焊接形成所述上管的步骤，包括：

对所述第一管段和所述第二管段进行多组对准测试；

3.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，将所述第一管段和所述第二管段在水平方向上等高度设置，调整组队间隙的步骤，包括：

4.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，对所述第一管段和所述第二管段进行多组对准测试的步骤，包括：

在所述第一管段上安装激光准直仪；

在所述第二管段上安装接收靶；

5.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于，异步转动所述第一管段和所述第二管段，获取多组对准数据的步骤，包括：

保持所述第一管段在初始位置不动；

绕轴向旋转所述第一管段增加2π/N弧度后保持不动；

6.根据权利要求5所述的焊接方法，其特征在于，N等于4或5。

7.根据权利要求1所述焊接方法，其特征在于，将所述上管吊装至所述下管上，使所述上管与所述下管竖直对准的步骤，包括：

在所述上管上环周安装多个线坠；

分析M组垂直度数据，选择最优垂直度数据所在组对位置。

8.根据权利要求7所述焊接方法，其特征在于，M等于4或5。

9.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，选择最优垂直度数据所在组对位置进行焊接时，采用所述线坠实时监测垂直度变化，对于垂直度偏差较大的位置进行及时纠正。

10.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述第一管段和所述第二管段的焊接采用分层分段焊接。