CN102728980A - 一种八边形桩腿合拢限位定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种八边形桩腿合拢限位定位方法，包括以下步骤：通过在桩腿吊装合拢焊接前安装支座支撑桩腿，承受桩腿重量，安装导向板精确导向，支座与导向板的配合要求一致，支座完全接触支撑同时导向板完全配合，均留出达到要求的焊接焊缝宽度，使桩腿合拢达到一定的配合需求，待导向与支撑完全到位后，采用马板将桩腿上下分段焊接固定，通过测量焊缝距离进行打磨、修边、余量切除等工序，然后施焊，切割支座、导向板等定位部件。本发明具有能够保证合拢焊接过程中不变形，不错位，提高了建造精度与质量，达到焊接要求，降低成本，使得海工装备中这种大型装置的定位限位简捷精确的优点。

Description

一种八边形桩腿合拢限位定位方法

技术领域

本发明涉及海洋工程装备的制造安装技术领域，特指一种八边形桩腿合拢限位定位方法。

背景技术

海上风能发电是当今世界发展的新方向，其风电机组安装装备和技术是占领海上风电领域的核心技术。风电设备安装船是集运输、起重、升降和航行功能于一身的工程船，技术含量高、建造难度大。风电安装船有若干可升降的桩腿，工作时桩腿下降着底，船体则沿桩腿升离海面一定高度，形成作业平台进行安装；移位时船体降至水面，桩腿升起，便可航行。

桩腿是风电安装船的关键部件，其承载力担负着整船提升的重任，在设计制造中倍受重视，桩腿的性能直接影响到风电安装船作业的安全与效果。桩腿的制作在整个船体建造中极其重要，其建造精度要求非常苛刻，焊接工艺要求严格，由于桩腿超高超重，建造施工难度大，桩腿分段合拢时的准确定位及安装对于海工项目的建造质量至关重要。

丹麦的麦尔斯克石油及天然气公司申请的专利：安装海洋平台桩腿的方法和装置（专利号：ZL90100117）提出了一种海洋采油平台安装中桩腿穿过导管打入海底的方法及装置，由一根或多根斜槽组成，斜槽从桩腿套管的上端部向上倾斜伸展，上方处于桩腿自由悬吊时桩腿尖头所在位置之下。但是关于桩腿合拢安装中的准确定位和建造中如何控制焊接变形还没有阐述有效的方法。浙江海洋学院船舶与建筑工程学院申请的专利：一种机械自锁式桩腿安装架装置（申请号：201010504980.0）提供了一种机械自锁式桩腿安装架装置，由拉紧螺栓，上环箍、下环箍卡在桩腿上，形成一次摩擦自锁，再由轴向拉紧螺杆使上棘爪和下棘爪卡紧桩腿，再次形成摩擦自锁。可以实现上、下两个方向的双向、双重摩擦自锁。但是这种装置需要专门制作，工艺复杂，定位能力不足，还需要辅助定位和专用吊具支撑，强度低，适用于圆形桩腿，不能限制八边形或方形桩腿定位时的旋转自由度。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种能够保证合拢焊接过程中不变形，不错位，提高了建造精度与质量，达到焊接要求，降低成本，使得海工装备中这种大型装置的定位限位简捷精确的八边形桩腿合拢限位定位方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种八边形桩腿合拢限位定位方法，包括以下步骤：

A、制作六组用于完全接触，完全承受桩腿重量的支座，并制作四组用于精确导向安装的导向板；

B、对桩腿进行上下分段，并在桩腿的四个非工作面进行划线标记，统一安装顺序，在桩腿的四个非工作面上对导向板和支座进行预点焊，将桩腿上下分段拉拢模拟合拢，检查导向板和支座的焊接位置，位置精确后对支座和导向板实施全焊，焊接时进行实时监控；

C、根据尺寸要求进行限位安装，将桩腿的上分段吊装至下分段上方并保持平稳，通过导向板引导桩腿的上分段限位安装在下分段上，在支座完全接触后检查坐桩平稳性，测量焊缝距离，旋转自由度受控状态，限位达到要求后在最后两个安装位置上焊接马板，然后再拆卸吊钩，桩腿的上分段凭借支座站立于下分段上，凭借导向板限制旋转自由度；

D、通过测量焊缝间距，确定修边尺寸，切除余量，对焊缝的焊接坡口进行打磨，去除水渍、油污、铁锈和残渣对焊接质量有影响的杂物，然后进行烘干，确认焊缝的间距与坡口的质量达到要求；

E、对焊缝坡口进行预热处理，选用桩腿强度、韧性要求相匹配的焊接材料施焊，并在焊接过程中切除影响施焊的导向板，并在焊接后进行桩腿表面清根、打磨、碳刨以及消氢处理；

F、对焊缝进行检验和探伤；

G、对支座和马板进行切割，并用砂轮打磨光滑，对桩腿上切除支座和马板部分的内外侧进行油漆补涂。

G、对支座和马板进行切割，并用砂轮打磨光滑，对内外侧进行油漆补涂。

本发明的进一步改进在于：每组所述支座均包括上支座和下支座，上支座的底部和下支座的上部各形成一个打磨光滑的接触台，接触台在完全接触定位后可使桩腿上下分段留出焊接所需的过焊空间。

本发明的进一步改进在于：每组所述导向板均包括上导向板和下导向板，上导向板的下部为一块凸出的楔形板，下导向板的上部开有楔形凹槽，楔形板和楔形凹槽两者之间配合，用于精确导向，所述楔形板的高度尺寸小于楔形凹槽的高度尺寸，从而保证了楔形斜面配合。

本发明的进一步改进在于：四组所述导向板分别对称焊接在桩腿的四个非工作面中心，六组所述支座对称焊接在导向板两侧的八个安装位置中的其中相邻的六个安装点上。

本发明的进一步改进在于：拆除吊钩前在所述导向板两侧的八个安装位置的最后两个安装位上分别焊接两组马板，马板共四组，每组马板均留有过焊孔，每组马板的直径大于等于焊缝宽度。

本发明与现有技术相比具有的优点：具有精度高，导向快，测量简捷，成本低的优点，工艺简单实用，应用范围广，可操作性强。合拢支座可以完全承担桩腿重量，在桩腿安装到位后可直接拆钩，提高了桩腿的安装速度，也大大提高了吊装工作效率，限位装置可以控制桩腿5个方向的自由度，达到桩腿安装一次到位和精度误差小的高效率和高精度要求，彻底消除桩腿水平度、垂直度和安装位置的调节工作。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为支座的结构示意图；

图4为图3的左视图；

图5为导向板的结构示意图；

图6为图5的右视图；

图7为马板的结构示意图；

1-桩腿、2-支座、3-导向板、4-马板、5-上支座、6-下支座、7-上导向板、8-下导向板。

具体实施方式：

    为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

本发明一种八边形桩腿合拢限位定位方法具体实施方式，通过在桩腿吊装合拢焊接前安装支座支撑桩腿，承受桩腿重量，安装导向板精确导向，支座与导向板的配合要求一致，支座完全接触支撑同时导向板完全配合，均留出达到要求的焊接焊缝宽度，使桩腿合拢达到一定的配合需求。待导向与支撑完全到位后，采用马板将桩腿上下分段焊接固定，通过测量焊缝距离进行打磨、修边、余量切除等工序，然后施焊，切割支座、导向板等定位部件。该方法能够保证合拢焊接过程中不变形，不错位，提高了建造精度与质量，达到焊接要求，降低成本，使得海工装备中这种大型装置的定位限位简捷精确。

优选方式下，导向板安装4组，对称安装在八边形桩腿四个非工作面上，支座安装6组，对称安装在4组导向板两边的八个安装位置的其中六个，另外两个安装位置待配合到位后焊接4块马板固定。

本发明所采用的技术方案如下所述：

制作支座和导向板：支座六组，每组有上支座与下支座两部分，各向外伸出两块肋板，底部连接一个接触台并留有过焊空间，接触台打磨光滑，用于完全接触；导向板四组，分为上导向板与下导向板，上导向板的腹板上凸起一块楔形板，下导向板的腹板上开导向楔形凹槽，二者斜面形成配合，用于精确导向，楔形块高度尺寸略小于凹槽深度尺寸，以保证楔形斜面配合，避免干涉，斜面打磨抛光，达到表面粗糙度要求；

模拟合拢，焊接支座与导向板：对桩腿上下分段四个非工作面进行划线标记，统一安装顺序；对导向板和支座进行预点焊，导向板对称焊接在四个非工作面中心，支座对称焊接在导向板两侧八个位置其中的六个点上；将桩腿上下分段拉拢模拟合拢，检查导向板与支座焊接位置，待位置精确后对支座和导向板实施全焊，上下支座与上下导向板焊接在桩腿上的位置需现场确定，实时监控；

根据尺寸要求进行限位安装，焊接马板：将桩腿上分段吊装至下分段上方并保持平稳，通过导向板引导将上楔形快慢慢插入凹槽中，待上支座完全接触下支座后检查坐桩平稳性，测量焊缝距离，旋转自由度受控状态，限位达到要求后在最后两个安装位置上焊接四块马板，每两块分居安装位置两侧边缘，马板预留过焊孔，直径大于等于焊缝宽度；最后拆卸吊钩，桩腿上分段凭借支座站立于下分段上，凭借导向板限制旋转自由度；

修边调整，切除余量：通过测量焊缝间距，确定修边尺寸，切除余量，对焊接坡口进行打磨，去除水渍、油污、铁锈、残渣等对焊接质量有影响的杂物，进行烘干，确认焊缝间距和坡口质量达到要求；

施焊：对焊缝坡口进行预热处理，预热温度控制在150-200℃，选用与母材的强度、韧性要求匹配的焊接材料施焊，在焊接过程中切除影响施焊的导向板；焊后进行背部清根，打磨，碳刨，消氢处理；

对焊缝进行检验、探伤；

切割：采用碳刨方式切除支座与马板，用砂轮打磨光滑，对内外测进行油漆补涂。

如图1至图7示出了本发明的实施方式，桩腿合拢定位限位工艺包括制作导向板与支座，模拟合拢，焊接导向板与支座，吊装定位，焊马板，修边打磨，施焊等多个步骤，

A、制作支座2和导向板3：

a)  由图2、图3和图4所示，支座2共有六组，每组有上支座5与下支座6两部分，材料Q345B，上支座5由焊接腹板向外凸起两块肋板，向下延伸并留有过焊空间，底部连接一个接触台，下支座6由腹板向外凸起两块肋板，顶部连接一个接触台，接触台打磨光滑，用于完全接触，支座2焊接后可完全承重桩腿上分段全部重量；

b)  由图2、图5和图6所示，导向板3共有四组，分为上导向板7与下导向板8，上导向板7的腹板上向下伸出一块楔形板，下导向板8的腹板上开导向楔形凹槽，二者斜面形成配合，用于精确导向，楔形块高度尺寸略小于凹槽深度尺寸，以保证楔形斜面配合，避免干涉，斜面打磨抛光，表面粗糙度达到12.5；

B、模拟合拢，焊接支座2与导向板3：

a)  结合图2所示，对桩腿1上下分段的四个非工作面进行划线，统一按0°、90°、180°、270°标记安装顺序；

b)  对导向板3和支座2进行预点焊，按照标记，将上导向板7与下导向板8分别对称焊接在桩腿上下分段1的四个非工作面中心，上支座5与下支座6分别对称焊接在导向板3两侧八个位置其中的六个点上，空出两个相邻安装位置；

c)  将桩腿上下分段1用手拉葫芦拉拢模拟合拢，检查导向板与支座焊接位置，若上下支座与上下导向板对接位置误差过大，则微调以确定相对位置，精度误差小于2mm；

d)  待对接精确后对支座2和导向板3实施全焊，支座2与导向板3焊接在桩腿1上的位置需现场确定，实时监控，保证支座2完全接触与导向板3完全配合后统一留出焊接焊缝，焊接过程在脱胎前完成；

C、根据尺寸要求进行限位安装，焊接马板4：

a)  将桩腿1上分段通过吊装至下分段上方并保持平稳，通过导向板3引导将上楔形快慢慢插入楔形凹槽中，使上支座5完全接触下支座6后停止移动；

b)  检查坐桩平稳性，测量焊缝距离，旋转自由度受控状态；

c)  结合图7所示，限位达到要求后在空出的两个相邻安装位置上焊接四块预留了过焊孔的马板4，每两块分居安装位置两侧边缘；

d)  拆卸吊钩，使桩腿1上分段凭借支座站立于下分段上并通过马板4完全固定。

D、修边调整，切除余量：

a)  测量焊缝间距，确定修边尺寸，切除余量；

b)  对焊接坡口进行打磨，完全去除切割造成的渗碳层，直到坡口表面的硬度降到母材的正常硬度值。

c)  对坡口及坡口边缘25mm内的正反面与端面去除水渍、油污、铁锈、残渣等对焊接质量有影响的杂物，进行烘干，确认焊缝间距和坡口质量达到要求。

E、施焊：

a)  对焊缝坡口进行预热处理，预热温度控制在150-200℃，采用温控柜控制的陶瓷加热片对坡口两侧进行加热；

b)  选用与母材的强度、韧性要求匹配的焊接材料施焊，并保证焊接质量，选择手工电弧焊,采用直流反接，在焊接过程中切割影响施焊的导向板3；

c)  背部清根处理，碳刨，用砂轮机磨掉坡口表面层大约1mm厚，并使坡口光顺，不留尖角，以防止焊接时应力集中产生裂纹打磨；

d)  消氢处理，在焊缝温度不低于预热温度前立即进行消氢处理，消氢温度为200-250℃，保温时间为150min。

F、对焊缝进行检验、探伤：

G、切割：

a)  采用碳刨方式切除支座2与马板4，用砂轮打磨光滑；

对切后桩腿1连接区域内外测进行油漆补涂。

本发明所提出的桩腿合拢限位定位方法，具有精度高，导向快，测量简捷，成本低的优点，工艺简单实用，应用范围广，可操作性强。合拢支座可以完全承担桩腿重量，在桩腿安装到位后可直接拆钩，提高了桩腿的安装速度，也大大提高了吊装工作效率，限位装置可以控制桩腿5个方向的自由度，达到桩腿安装一次到位和精度误差小的高效率和高精度要求，彻底消除桩腿水平度、垂直度和安装位置的调节工作。

Claims (5)

1.一种八边形桩腿合拢限位定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、制作六组用于完全接触，完全承受桩腿重量的支座（2），并制作四组用于精确导向安装的导向板（3）；

B、对桩腿（1）进行上下分段，并在桩腿（1）的四个非工作面进行划线标记，统一安装顺序，在桩腿（1）的四个非工作面上对导向板（3）和支座（2）进行预点焊，将桩腿（1）上下分段拉拢模拟合拢，检查导向板（3）和支座（2）的焊接位置，位置精确后对支座（2）和导向板（3）实施全焊，焊接时进行实时监控；

C、根据尺寸要求进行限位安装，将桩腿（1）的上分段吊装至下分段上方并保持平稳，通过导向板（3）引导桩腿（1）的上分段限位安装在下分段上，在支座（2）完全接触后检查坐桩平稳性，测量焊缝距离，旋转自由度受控状态，限位达到要求后在最后两个安装位置上焊接马板（4），然后再拆卸吊钩，桩腿（1）的上分段凭借支座（2）站立于下分段上，凭借导向板（3）限制旋转自由度；

D、通过测量焊缝间距，确定修边尺寸，切除余量，对焊缝的焊接坡口进行打磨，去除水渍、油污、铁锈和残渣对焊接质量有影响的杂物，然后进行烘干，确认焊缝的间距与坡口的质量达到要求；

E、对焊缝坡口进行预热处理，选用桩腿（1）强度、韧性要求相匹配的焊接材料施焊，并在焊接过程中切除影响施焊的导向板（3），并在焊接后进行桩腿表面清根、打磨、碳刨以及消氢处理；

F、对焊缝进行检验和探伤；

G、对支座（2）和马板（4）进行切割，并用砂轮打磨光滑，对桩腿上切除支座和马板部分的内外侧进行油漆补涂。

2.根据权利要求1所述一种八边形桩腿合拢限位定位方法，其特征在于：每组所述支座（2）均包括上支座（5）和下支座（6），所述上支座（5）的底部和所述下支座（6）的上部各形成一个打磨光滑的接触台，所述接触台在完全接触定位后可使桩腿上下分段留出焊接所需的过焊空间。

3.根据权利要求1或2所述一种八边形桩腿合拢限位定位方法，其特征在于：每组所述导向板（3）均包括上导向板（7）和下导向板（8），所述上导向板（7）的下部为一块凸出的楔形板，所述下导向板（8）的上部开有楔形凹槽，所述楔形板和所述楔形凹槽两者之间配合，用于精确导向，所述楔形板的高度尺寸小于楔形凹槽的高度尺寸，从而保证了楔形斜面配合。

4.根据权利要求3所述一种八边形桩腿合拢限位定位方法，其特征在于：四组所述导向板（3）分别对称焊接在桩腿（1）的四个非工作面中心，六组所述支座（2）对称焊接在所述导向板（3）两侧的八个安装位置中的其中相邻的六个安装点上。

5.根据权利要求4所述一种八边形桩腿合拢限位定位方法，其特征在于：拆除吊钩前在所述导向板（3）两侧的八个安装位置的最后两个安装位上分别焊接两组马板（4），所述马板（4）共四组，每组所述马板（4）均留有过焊孔，每组所述马板（4）的直径大于等于焊缝宽度。

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