CN102699494A - 海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺及其专用工装 - Google Patents

海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺及其专用工装 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺及其专用工装，工艺步骤为：一次预热后通过专用工装将齿条及两侧的弦管定位并打底焊；一次焊后处理：对打底焊缝进行适当打磨，打磨后进行热磁粉探伤；二次预热：将经过打底焊的齿条、弦管置于电炉内重新预热；二次焊接：采用自动埋弧焊对重新预热后的齿条、弦管进行填充、盖面；最后热处理。通过数次预热、焊接相结合的方式，并通过合理的焊接温度、速度控制实现海洋钻井平台桩腿主旋管的制作，焊接质量、焊接变形控制以及焊后尺寸精度均满足设计要求，使得生产效率和焊接质量大大提高，为自升式钻井平台桩腿主旋管的生产提供了一种有效、实用的生产制作方式。

Description

海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺及其专用工装
技术领域
本发明涉及一种海洋钻井平台桩腿主旋管加工工艺，还涉及一种实现海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺的专用工装。
背景技术
随着海洋开发步伐的加快，海洋工程装备业的发展前景越来越广阔。在海洋工程装备产业中，钻井平台的技术水平最高，其海洋平台桩腿主旋管是自升式海洋钻井平台的关键部件，其结构如图1、2、3所示，主要包括中部的齿条1以及齿条1两侧的半圆形弦管2，弦管2与齿条1焊接固定，产品具有承受载荷大、尺寸精度要求高、焊接难度大的特点，制造困难。
目前国内传统的桩腿主旋管在制造时，弦管与齿条焊接大多数采用手工焊条电弧焊，存在焊接效率低，焊工劳动强度大、技术要求高，焊接精度难以控制，工作环境差，生产成本高等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种生产效率高、成本低且质量符合技术要求的海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺，还提供一种实现该自动焊接工艺的专用工装。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺，其创新点在于所述工艺步骤为：一次预热：将待焊接的齿条、弦管放置到电炉内预热，预热温度150-250℃，整体热透；一次焊接：通过专用工装将齿条及两侧的弦管定位，采用药芯焊丝气体保护焊进行打底焊，采用双人对称同向焊接；一次焊后处理：对打底焊缝进行适当打磨，打磨后进行热磁粉探伤，探伤合格后进入下道工序；二次预热：将经过打底焊的齿条、弦管置于电炉内重新预热，预热温度150-250℃，整体热透；二次焊接：采用自动埋弧焊对重新预热后的齿条、弦管进行填充、盖面，焊接时，采用两台埋弧焊机对称同步焊接齿条及两侧弦管之间的焊缝；热处理：焊接完成后立即进炉进行消氢热处理，加热温度230-300℃，时间120-200min。
进一步的，所述一次焊接工序中，焊接温度150-230℃，焊接速度400-460mm/min。
进一步的，所述二次焊接工序中，焊接温度150-230℃，焊接速度350-550mm/min，焊接过程中控制层间温度在150-230℃。
一种实现上述海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺的专用工装，其创新点在于：包括一对垂直方向且对称设置的夹紧板，所述夹紧板的内侧面设置有刚好可与弦管嵌合的凹弧形槽，夹紧板的上、下端分别设置有上连接板和下连接板，在上、下连接板上沿水平方向设置有两个或以上的螺栓连接孔，两夹紧板对应的上连接板之间以及对应的下连接板之间可分别通过螺栓组连接固定。
本发明的优点在于：通过数次预热、焊接相结合的方式，并通过合理的焊接温度、速度控制实现海洋钻井平台桩腿主旋管的制作，其核心参数：拱度≤2.5mm，垂直度≤2mm之间，扭曲≤0.25°，焊接质量、焊接变形控制以及焊后尺寸精度均满足设计要求，使得生产效率和焊接质量大大提高，解决了传统制作工艺劳动强度大，产品合格率低、作业环境差、焊料利用率低等问题，为自升式钻井平台桩腿主旋管的生产提供了一种有效、实用的生产制作方式。
附图说明
图1为海洋平台桩腿主旋管主视图。
图2为海洋平台桩腿主旋管俯视图。
图3为海洋平台桩腿主旋管剖视图。
图4为本发明中海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺用专用工装主视图。
图5为本发明中海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺用专用工装俯视图。
图6为图4中沿A-A线剖视图。
具体实施方式
本发明具体工艺步骤为：
a)  一次预热：将待焊接的齿条1、弦管2放置到电炉内预热，预热温度150-250℃，整体热透；
b)  一次焊接：通过专用工装将齿条1及两侧的弦管2定位，采用药芯焊丝气体保护焊进行打底焊，采用双人对称同向焊接，具体的：双人同时焊接齿条1顶部与两侧弦管2上端之间的两道焊缝，再翻转180度焊接另两道焊缝；焊接温度150-230℃，焊接速度400-460mm/min；
该步骤中，该专用工装如图4、5、6所示，包括一对垂直方向且对称设置的夹紧板3，夹紧板3的内侧面设置有刚好可与弦管2嵌合的凹弧形槽，夹紧板3的上、下端分别设置有上连接板4和下连接板5，在上连接板4、下连接板5上沿水平方向设置有两个或以上的螺栓连接孔，两夹紧板3对应的上连接板4之间通过螺栓6连接，对应的下连接板5之间通过螺栓7连接，从而由夹紧板3将齿条1和弦管2夹紧固定，实现定位；
c)  一次焊后处理：对打底焊缝进行适当打磨，打磨后进行热磁粉探伤，探伤合格后进入下道工序；
d)  二次预热：将经过打底焊的齿条、弦管置于电炉内重新预热，预热温度150-250℃，整体热透；
e)  二次焊接：采用自动埋弧焊对重新预热后的齿条、弦管进行填充、盖面，焊接时，采用两台埋弧焊机对称同步焊接齿条及两侧弦管之间的焊缝； 在二次焊接中，具体的：先由两台焊机焊接上端的两道焊缝，根据下端温度情况，上面两道焊缝在焊接一定道数后，再翻身焊接另外两条焊缝；如此循环往复，直至完成焊接，焊接过程中如出现温度低于规定的层间温度，必须重新加热。焊接温度150-230℃，焊接速度350-550mm/min，焊接过程中控制层间温度在150-230℃；
f)  热处理：焊接完成后立即进炉进行消氢热处理，加热温度230-300℃，时间120-200min。
采用上述方法进行焊接的实施例：
实施例1：焊接齿条厚度127mm，弦管壁厚38mm的桩腿主旋管。
将待焊接的齿条、弦管放置到电炉内进行一次预热，预热温度150-200℃，整体热透。然后通过专用工装将齿条及两侧的弦管定位，采用药芯焊丝气体保护焊进行打底焊，采用双人对称同向焊接，焊接温度150-230℃，焊接速度430-456mm/min。对打底焊缝进行适当打磨，打磨后进行热磁粉探伤，探伤合格后进入下道工序。齿条、弦管置于电炉内重新进行二次预热，预热温度150-200℃，整体热透。然后进行二次焊接，采用自动埋弧焊对二次预热后的齿条、弦管进行填充、盖面，焊接时，采用两台埋弧焊机对称同步焊接齿条及两侧弦管之间的焊缝，焊接温度150-230℃，焊接速度470-550mm/min，焊接过程中控制层间温度在150-230℃。焊接完成后立即进炉进行消氢热处理，加热温度230-300℃，时间120-200min。制得的桩腿主旋管经检验，其核心参数：拱度≤2.3mm，垂直度≤1mm，扭曲≤0.22°。
实施例2：焊接齿条厚度152.4mm，弦管壁厚38mm的桩腿主旋管。
将待焊接的齿条、弦管放置到电炉内进行一次预热，预热温度170-230℃，整体热透。然后通过专用工装将齿条及两侧的弦管定位，采用药芯焊丝气体保护焊进行打底焊，采用双人对称同向焊接，焊接温度150-230℃，焊接速度420-440mm/min。对打底焊缝进行适当打磨，打磨后进行热磁粉探伤，探伤合格后进入下道工序。齿条、弦管置于电炉内重新进行二次预热，预热温度170-230℃，整体热透。然后进行二次焊接，采用自动埋弧焊对二次预热后的齿条、弦管进行填充、盖面，焊接时，采用两台埋弧焊机对称同步焊接齿条及两侧弦管之间的焊缝，焊接温度150-230℃，焊接速度430-490mm/min，焊接过程中控制层间温度在150-230℃。焊接完成后立即进炉进行消氢热处理，加热温度230-300℃，时间120-200min。制得的桩腿主旋管经检验，其核心参数：拱度≤2.2mm，垂直度≤1.3mm，扭曲≤0.23°。
实施例3：焊接齿条厚度177.8mm，弦管壁厚68-93mm的桩腿主旋管。
将待焊接的齿条、弦管放置到电炉内进行一次预热，预热温度180-250℃，整体热透。然后通过专用工装将齿条及两侧的弦管定位，采用药芯焊丝气体保护焊进行打底焊，采用双人对称同向焊接，焊接温度150-230℃，焊接速度400-430mm/min。对打底焊缝进行适当打磨，打磨后进行热磁粉探伤，探伤合格后进入下道工序。齿条、弦管置于电炉内重新进行二次预热，预热温度180-250℃，整体热透。然后进行二次焊接，采用自动埋弧焊对二次预热后的齿条、弦管进行填充、盖面，焊接时，采用两台埋弧焊机对称同步焊接齿条及两侧弦管之间的焊缝，焊接温度150-230℃，焊接速度350-420mm/min，焊接过程中控制层间温度在150-230℃。焊接完成后立即进炉进行消氢热处理，加热温度230-300℃，时间120-200min。制得的桩腿主旋管经检验，其核心参数：拱度≤2.5mm，垂直度≤2mm，扭曲≤0.25°。

Claims (4)

1.一种海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺，其特征在于所述工艺步骤为：
a)  一次预热：将待焊接的齿条、弦管放置到电炉内预热，预热温度150-250℃，整体热透；
b)  一次焊接：通过专用工装将齿条及两侧的弦管定位，采用药芯焊丝气体保护焊进行打底焊，采用双人对称同向焊接；
c)  一次焊后处理：对打底焊缝进行适当打磨，打磨后进行热磁粉探伤，探伤合格后进入下道工序；
d)  二次预热：将经过打底焊的齿条、弦管置于电炉内重新预热，预热温度150-250℃，整体热透；
e)  二次焊接：采用自动埋弧焊对重新预热后的齿条、弦管进行填充、盖面，焊接时，采用两台埋弧焊机对称同步焊接齿条及两侧弦管之间的焊缝；
f)  热处理：焊接完成后立即进炉进行消氢热处理，加热温度230-300℃，时间120-200min。
2.根据权利要求1所述的海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺，其特征在于：所述一次焊接工序中，焊接温度150-230℃，焊接速度400-460mm/min。
3.根据权利要求1所述的海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺，其特征在于：所述二次焊接工序中，焊接温度150-230℃，焊接速度350-550mm/min，焊接过程中控制层间温度在150-230℃。
4.一种实现权利要求1所述海洋钻井平台桩腿主旋管整体加热自动焊接工艺的专用工装，其特征在于：包括一对垂直方向且对称设置的夹紧板，所述夹紧板的内侧面设置有刚好可与弦管嵌合的凹弧形槽，夹紧板的上、下端分别设置有上连接板和下连接板，在上、下连接板上沿水平方向设置有两个或以上的螺栓连接孔，两夹紧板对应的上连接板之间以及对应的下连接板之间可分别通过螺栓组连接固定。
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