CN103273252A - 一种大型钢制圆筒的焊前整形辅具及焊接方法 - Google Patents

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本发明涉及海上过驳平台上的大型支撑筒体的成型、装配、焊接技术领域，提供了一种大型钢制圆筒的焊前整形辅具及焊接方法。所述整形模具由焊接平台、定柱、滑道、外丝杠、外弧定位块、内顶杆等构成，通过调节的刚性约束位置对圆筒外圆进行整形，采用丝杠、缝宽调整定位楔、工艺撑等来保证筒体成型精度；制定筒体焊接工艺：纵焊缝采用先点固焊，后整体焊，焊接顺序是从中部分别向两端进行间隔焊接；分段筒体间进行组焊，采用X型双面坡口焊接，对接坡口朝上，施焊时先焊圆筒内侧，翻身后对外侧焊缝碳弧气刨清根，然后对环形焊缝外侧进行焊接。本发明调整刚性约束定位块、改变焊接顺序以达到小的焊接变形，保证了焊接筒体的精度要求。

Description

一种大型钢制圆筒的焊前整形辅具及焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，尤其涉及海上过驳平台上的大型支撑筒体的成型、装配、焊接前的整形、焊接技术领域。
技术背景
支撑筒体是海上过驳平台的关键部件，该圆形钢管结构必须焊接在主甲板上面，主轴承由三列滚子，安装在筒体的顶部，因此筒体与主甲板要保证严格的垂直度和水平度。海上过驳平台的支撑筒体是由若干个筒节焊接组装成的，且筒体的直径达到2000-4000毫米，长度达到6000-15000毫米，其制造工艺复杂、需要施工人员及辅助夹具、卡具多、劳动强度大、施工工期长等问题。
目前，在这类大型钢制筒形件的制作工艺，一般在筒体纵焊缝焊接之后，需在轧圆机上对筒体进行后续整形、或采用热校形，以克服纵焊缝焊接后产生的角变形。该方法存在较大局限：其一，在筒体焊接现场不具备焊后机械校形条件的，难以保证筒体的圆度及水平度要求；其二，焊后对筒体进行大幅度的热校形会对筒体的材料的性能产生不利影响，对海上过驳平台的支撑整体强度、抗冲击、对水质、环境污染等性能均会受影响。因此，设计合理的筒体整形模具，对筒体焊前进行精确的调整，以及科学的焊接工艺是保证圆筒焊后变形小、形状精度高的重要保障。
发明内容
    本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于大型钢制筒体焊前整形模具，通过合理布置各整形机构在内、外滑道内的位置、调节丝杠伸缩量确定出各定位块的刚性约束范围，并通过调节丝杠实现焊前对圆筒外形进行整形，焊后变形量可直接观察到，采取相应措施进行校正。
本发明的技术方案是：一种大型钢制圆筒的焊接方法，包括以下步骤：
（1）在焊接平台1上以定柱2为圆心，按1：1画出筒体内、外圆周的投影基准线，作为内定杆8与外弧定位块7的安装参考线；
（2）将整形机构组均匀布置在滑道内，将内顶杆8调节至其顶部与按步骤（1）画出的筒体内圆基准线对齐，由锁紧机构将其固定在焊接平台上；再将外弧定位块7移至筒体外圆基准线附近处，确定出模具的刚性约束范围。
（3）将轧制的筒体弧段垂直吊装到焊接平台上，使筒体弧段与平台上的投影基准线对位，通过外力调整筒体圆度，在筒体圆周外加刚性约束箍，约束箍3-6道均匀布置在筒体上，通过调节外丝杠6位置以驱动外弧定位块7至步骤（A）画出的筒体外圆基准线，且预留坡口间隙0.3-2mm，同时，调节内顶杆8来实现对圆筒内壁辅助整形；
（4）沿筒体纵焊缝在筒体内、外圆周上进行点焊固定，点焊顺序是从筒体纵焊缝的中部分别向两端进行间隔焊接，并且正反交替焊接；然后对筒体纵焊缝的内坡口施焊，从纵焊缝中部分别向两端进行间隔焊接；翻身后对筒体外侧焊缝碳弧气刨清根，焊接纵焊缝外侧。
（5）焊接筒体内隔板：先在筒体内壁装配内隔板的位置弹出装配基准线，且安装时保证内隔板水平，与圆筒内壁的安装基准线对位，其平整度偏差控制为±1.2mm，内隔板外圆插入缝宽调整定位楔，保证其十字中心与圆筒同心，内隔板外圆与圆筒内壁间隙控制为0.5-2mm。内隔板装配位置确定后，进行点焊固定，每段环形焊缝采用分步间隔式焊接，再筒体另一端加稳定工艺撑，最后对各坡口实施正式焊接。
（6）筒体间的组焊：分段筒体在焊接时将纵向焊缝错开180°布置，筒体的对接端面加工双面坡口，坡口角为35-45°，留根1-2mm；将分段筒体置放在大型自动转台上，调整中心，旋转中心线偏差控制在±0.5mm，筒体与筒体间的对接环形焊缝采用自动埋弧焊焊接，焊接电流控制为400-750A，电压30-40V，焊接时自动回转台以每分钟35-75mm的线速度匀速转动。焊接时，先对筒体内侧环形焊缝进行焊接，翻身后对圆筒外侧焊缝碳弧气刨清根，然后对环形焊缝外侧进行焊接。
（7) 筒体环形和纵向对接焊缝作100%长度的超声波检测，对交接的“T”型焊缝接头作射线探伤检测，要求达到无气孔、夹渣、裂缝缺陷，然后对筒体进行火焰矫正、消除应力处理。
应用本发明所述的筒型件焊前整形模具，包括焊接平台1、定柱2、滑道、外弧整形机构、内弧整形机构组成，其特征在于所述滑道包括内弧滑道3及外弧滑道4；所述外弧整形机构由外弧定位块7、外丝杠6、外支架5构成，外支架7下部嵌套安装在外弧滑道4内，并设置了锁紧螺母可将其固定在焊接平台上，外支架7上部安装外丝杆6，外丝杠6的顶部连接外弧定位块7，朝向筒体圆心；所述外弧整形机构由内顶杆8、内支架9构成，内支架9下部嵌套安装在内弧滑道5内，并设置了锁紧螺母可将其固定在焊接平台上，内支架9上部安装内顶杆8，外丝杠6的顶部朝向筒体壁。焊接时，根据筒体尺寸及板厚确定内、外弧整形机构在各滑道内布置4-12组，根据筒体外形情况将整形丝杠机构沿滑道布置在适合位置，由锁紧螺母固定焊接平台上；通过沿筒体径向调节各内顶杆8、外弧定位块7的位置确定出模具的刚性约束范围，实现焊前对圆筒外形进行整形。
所述的一种大型钢制筒型件焊前整形模具，其特征在于所述外弧定位块7是一块一边为凹圆弧形边的板体，其为弧长20-300mm的板体。
所述的一种大型钢制筒型件焊前整形模具，其特征在于所述内弧滑道3与外弧滑道4是以定柱2为圆心。
所述的一种大型钢制筒型件焊前整形模具，其特征在于在焊接平台上沿圆周方向开设多组螺纹孔作为安装外支架7与内支架9的圆形轨道，且圆形轨迹以定柱2为圆心。
本发明的有益效果：
1. 本发明通过焊接平台上的整形模具在焊前对筒体进行精确整形，调整刚性约束定位块、改变焊接顺序以达到小的焊接变形，从未避免筒体焊后机械校形工序，既节省了工序，又保证了焊接筒体的精度要求。
本发明所提供的工艺方法，适用的壁板厚度范围大，筒体直径在2000毫米以上的筒型零件的制作，且整形模具结构简单，便于操作，应用范围广泛。
分段筒体组焊时，采用先点固焊，后实焊工艺，焊接顺序采取对称焊、间隔焊措施，使筒体变形小，焊接应力小，很好满足设计尺寸要求，提供了焊接一次合格率。
附图说明
图1  圆形槽式整形模具示意图。
图2  筒体焊接时模具工艺布置图。
图3  孔式布置的整形模具示意图。
图中：焊接平台1；定柱2；内滑道3，外滑道4；外支架5； 外丝杠6；外弧定位块7；内顶杆8，内支架9；筒体10；外支架孔11；内支架孔12。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述：参阅图1，本法提供的一种用于大型筒型件的焊前整形模具，一种大型钢制筒型件焊前整形模具，所述模具装置包括焊接平台1、定柱2、滑道、外弧整形机构、内弧整形机构组成，所述滑道包括内弧滑道3及外弧滑道4；所述外弧整形机构由外弧定位块7、外丝杠6、外支架5构成，外支架7下部嵌套安装在外弧滑道4内，并设置了锁紧螺母可将其固定在焊接平台上，外支架7上部安装外丝杆6，外丝杠6的顶部连接外弧定位块7，朝向筒体圆心；所述外弧整形机构由内顶杆8、内支架9构成，内支架9下部嵌套安装在内弧滑道5内，并设置了锁紧螺母可将其固定在焊接平台上，内支架9上部安装内顶杆8，外丝杠6的顶部朝向筒体壁。焊接时，根据筒体尺寸及板厚确定内、外弧整形机构在各滑道内布置4-12组，根据筒体外形情况将整形丝杠机构沿滑道布置在适合位置，由锁紧螺母固定焊接平台上；通过沿筒体径向调节各内顶杆8、外弧定位块7的位置确定出模具的刚性约束范围，实现焊前对圆筒外形进行整形。
应用本发明所述的筒型件焊前整形模具来制作大型钢制筒型件的焊接方法，主要包括以下步骤：
（1）在焊接平台1上以定柱2为圆心，按1：1画出筒体内、外圆周的投影基准线，作为内顶杆8与外弧定位块7的定位参考线；
（2）将各内整形机构均匀布置在内滑道3内，并调节内顶杆8使其杆顶部与按步骤（1）画出的筒体内圆基准线对齐，由锁紧机构将其固定在焊接平台1上；再将外弧定位块7移至筒体外圆基准线附近处，预留出筒体弧段在自由状态下的变形范围，确定出各刚性约束的范围。
（3）将轧制的筒体弧段垂直吊装到焊接平台1上，使筒体弧段与平台上的投影基准线对位，通过外力调整筒体圆度，在筒体圆周外加刚性约束箍，约束箍3道均匀布置在筒体上，根据筒体成形情况将外整形机构组合理布置在外滑道4，由锁紧机构固定在焊接平台上，然后调节各外丝杠6推动外弧定位块7，直至各外弧定位块与按步骤（1）画出的筒体外圆基准线对齐，在纵焊缝两侧焊上固定用胎架，且预留坡口间隙0.3-2mm。
（4）沿筒体纵焊缝在筒体内、外圆周上进行点焊固定，点焊顺序是从筒体纵焊缝的中部分别向两端进行间隔焊接，并且正反交替焊接；然后对筒体纵焊缝的内坡口施焊，从纵焊缝中部分别向两端进行间隔焊接；翻身后对筒体外侧焊缝碳弧气刨清根，对纵焊缝外侧施焊。
（5）焊接筒体内隔板：先在筒体内壁装配内隔板的位置弹出装配基准线，且安装时保证内隔板水平，与圆筒内壁的安装基准线对位，其平整度偏差控制为±1.2mm，内隔板外圆插入缝宽调整定位楔，保证其十字中心与圆筒同心，内隔板外圆与圆筒内壁间隙控制为0.5-2mm。内隔板装配位置确定后，进行点焊固定，每段环形焊缝采用分步间隔式焊接，再筒体另一端加稳定工艺撑，最后对各坡口实施正式焊接。
（6）筒体间的组焊：分段筒体在焊接时将纵向焊缝错开180°布置，筒体的对接端面加工双面坡口，坡口角为45°，留根2mm；将分段筒体置放在大型自动转台上，调整中心，旋转中心线偏差控制在±0.5mm，筒体与筒体间的对接环形焊缝采用自动埋弧焊焊接，焊接电流控制为600A，电压35V，焊接时自动回转台以每分钟45mm的线速度匀速转动。焊接时，先对筒体内侧环形焊缝进行焊接，翻身后对圆筒外侧焊缝碳弧气刨清根，然后对环形焊缝外侧进行焊接。
（7) 筒体环形和纵向对接焊缝作100%长度的超声波检测，对交接的“T”型焊缝接头作射线探伤检测，要求达到无气孔、夹渣、裂缝缺陷，然后对筒体进行火焰矫正、消除应力处理。
上述实施例具有示意性，在不脱离本实发明宗旨的情况下，还可以做很多变形，这些均属于本专利保护之列。

Claims (6)

1.一种大型钢制圆筒的焊前整形辅具，其特征在于，包括焊接平台（1）、定柱（2）、滑道、外弧整形机构、内弧整形机构；所述定柱（2）设于焊接平台（1）的中央，所述滑道包括内弧滑道（3）及外弧滑道（4），内弧滑道（3）和外弧滑道（4）为以定柱（2）为圆心的同心圆形滑道，内弧滑道（3）的外径小于焊接筒体的最小内径，外弧滑道（4）的内径大于焊接筒体的最大外径；所述外弧整形机构由外弧定位块（7）、外丝杠（6）和外支架（5）构成，外支架（5）下部嵌套安装在外弧滑道（4）内，并设置了锁紧螺母将外支架（5）固定在焊接平台上，外支架（5）上部安装外丝杆（6），外丝杠（6）的顶部连接外弧定位块（7），朝向筒体圆心；所述内弧整形机构由内顶杆（8）、内支架（9）构成，内支架（9）下部嵌套安装在内弧滑道（5）内，并设置了锁紧螺母将内支架（9）固定在焊接平台上，内支架（9）上部安装内顶杆（8），外丝杠（6）的顶部朝向筒体壁； 焊接时，根据筒体尺寸及板厚在内弧滑道（3）、外弧滑道（4）内各布置4-12组内弧整形机构、外弧整形机构，根据筒体外形情况布置整形丝杠机构的位置，由锁紧螺母固定焊接平台上；通过沿筒体径向调节各内顶杆（8）、外弧定位块（7）的位置确定出模具的刚性约束范围，焊前对圆筒外形进行整形。
2.根据权利要求1所述的一种大型钢制圆筒的焊前整形辅具，其特征在于，所述外弧定位块（7）是朝向圆心的一边为凹圆弧形边的板体，凹圆弧形边的弧长为20-300mm。
3.根据权利要求2所述的一种大型钢制圆筒的焊前整形辅具，其特征在于，在焊接平台上沿圆周方向开设螺纹孔，通过螺栓安装外支架（7）与内支架（9）的圆形轨道。
4.利用权利要求1所述一种大型钢制圆筒的焊前整形辅具的焊接方法，其特征在于，具体步骤为：
（A）在焊接平台（1）上以定柱（2）为圆心，按1：1画出筒体内、外圆周的投影基准线，作为内定杆（8）与外弧定位块（7）的安装参考线；
（B）将整形机构组均匀布置在滑道内，将内顶杆（8）调节至其顶部与按步骤（A）画出的筒体内圆基准线对齐，由锁紧机构将其固定在焊接平台上；再将外弧定位块（7）移至筒体外圆基准线附近处，确定出模具的刚性约束范围；
（C）将筒体弧段垂直吊装到焊接平台上，使筒体弧段与平台上的投影基准线对位，通过调节外丝杠（6）位置以驱动外弧定位块（7）至步骤（A）画出的筒体外圆基准线，在筒体纵焊缝两侧焊上辅助胎架进行固定，且预留坡口间隙0.3-2mm；
（D）对筒体纵焊缝进行点固焊，点焊顺序是从筒体纵焊缝的中部分别向两端进行间隔焊接，并且正反交替焊接；然后对筒体纵焊缝的内侧施焊，从纵焊顺序是中部分别向两端进行间隔焊接；翻身后对筒体外侧焊缝碳弧气刨清根，再焊外侧。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（D）后的步骤（E）为焊接筒体内隔板：先在筒体内弹出装配基准线，保证内隔板水平，其平整度偏差控制为±1.2mm范围，内隔板与筒体内壁插入缝宽调整定位楔，间隙控制为0.5-2mm，保证其十字中心与圆筒同心；内隔板装配位置确定后，进行点焊固定，每段环形焊缝采用分步间隔式焊接，再筒体另一端加稳定工艺撑，最后对各坡口实施正式焊接。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（E）后的步骤（F）为筒体的组焊：分段筒体在焊接时将纵向焊缝错开180°布置，对接端面加工X型双面坡口，坡口角为35-45°，留根1-2mm；将筒体置放在大型自动转台上，调整中心，旋转中心线偏差控制在±0.5mm；对接环形焊缝采用自动埋弧焊焊接，焊接电流控制为400-750A，电压30-40V，焊接时自动回转台以每分钟35-75mm的线速度匀速转动；焊接时，先对筒体内侧环形焊缝进行焊接，翻身后对圆筒外侧焊缝碳弧气刨清根，然后对环形焊缝外侧进行焊接。
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