CN105081526A - 桩腿无衬垫内焊方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桩腿无衬垫内焊方法和装置，简化了生产工序，能实现自动化焊接，大幅提高生产效率。其技术方案为：焊接前桩腿主弦管整体进炉预热；桩腿主弦管吊装；对桩腿齿条和半圆板进行双面药芯焊丝气保护焊内角焊；对焊缝进行清理后再对桩腿齿条和半圆板进行双面外角焊；后热缓冷，工艺结束。

Description

桩腿无衬垫内焊方法和装置

技术领域

本发明涉及海洋工程装备制造中的钻井平台桩腿的焊接工艺，尤其涉及实现钻井平台的桩腿齿条与半圆板取消钢衬垫的内焊新工艺方法。

背景技术

桩腿是海上钻井平台制造难度最大的构件，而齿条板与半圆板焊接是桩腿制造的重要环节。传统的齿条与半圆板打底焊技术还很落后，是一种采用钢衬垫的焊接制造方式。其生产效率低下，焊接采用人工焊接，焊接质量难以保证。

齿条板与半圆板带钢衬垫人工焊接方式：焊前半圆板整体进炉预热，半圆板与钢衬垫装配点焊，衬垫人工焊接，焊后缓冷，然后进行衬垫机加工，再与齿条装夹，再整体进炉，然后进行多人药芯焊丝气保护焊，人工多次翻身，后热缓冷。

以400尺钻井平台桩腿为例，分段为8米长，衬垫焊缝8条，外角打底焊缝4条，共12条缝，总共96米长焊缝。采用钢衬垫方式，焊前整体进炉预热2小时，半圆板与钢衬垫装配点焊预计4小时，衬垫焊接12小时，焊后缓冷2小时，然后进行衬垫机加工8小时，然后再与齿条装夹2小时，再整体进炉3小时，然后进行多人药芯焊丝气保护焊预计6小时，翻身2小时，后热缓冷2小时，总吊装8小时，共计52小时，其桩腿齿条与半圆板打底焊需要至少6天(不含探伤报验时间)。

传统的焊接方式需要多次行车吊装，其工序复杂，生产周期长，需要人工参与，且无法实现自动化焊接，焊接质量难以保证。传统的生产工艺和方式严重制约了桩腿制造水平，因此，亟需发展新型的半圆板与齿条板焊接工艺。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明提出一种桩腿无衬垫内焊方法和装置，简化了生产工序，能实现自动化焊接，大幅提高生产效率。

本发明的技术方案为：本发明公开了一种桩腿无衬垫内焊方法，包括：

焊接前桩腿主弦管整体进炉预热；

桩腿主弦管吊装；

对桩腿齿条和半圆板进行双面药芯焊丝气保护焊内角焊；

对焊缝进行清理后再对桩腿齿条和半圆板进行双面外角焊；

后热缓冷，工艺结束。

根据本发明的桩腿无衬垫内焊方法的一实施例，焊缝为桩腿齿条和半圆板组对成型后的内部打底焊缝。

根据本发明的桩腿无衬垫内焊方法的一实施例，在内角焊和外角焊的过程中，对桩腿进行自动翻转以完成对焊缝的焊接。

本发明还揭示了一种桩腿无衬垫内焊装置，包括：

台车；

连接臂，安装在台车上，内置焊接所需的设备，跟随台车一起运动；

机头，安装台车上，跟随台车一起运动，进行桩腿齿条和半圆板两侧焊缝的焊接；

翻转夹具，安装在台车上，驱动桩腿分段旋转，进行桩腿齿条和半圆板内部打底焊缝的焊接。

根据本发明的桩腿无衬垫内焊装置的一实施例，机头包括：

焊枪；

跟踪探针，与焊枪处于机头的同一侧，检测焊接过程中焊枪是否偏移焊缝。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提出一种新的焊接工艺—齿条与半圆板取消钢衬垫的内焊工艺，这是一种无衬垫自动化焊接方式，即焊前桩腿整体进炉预热，一次装夹，双面药芯焊丝气保护焊内角焊，自动翻身，双面外角焊，后热缓冷，其工序大大简化，且该工艺能实现自动化焊接，大幅度提高生产效率。

附图说明

图1示出了本发明的桩腿无衬垫内焊方法的较佳实施例的流程图。

图2示出了本发明的桩腿无衬垫内焊装置的较佳实施例的结构图。

图3示出了齿条与半圆板装配示意图。

图4A、4B分别示出了齿条与半圆板带钢衬垫的焊接接头示意图和不带钢衬垫的焊接接头示意图。

具体实施方式

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了本发明的桩腿无衬垫内焊方法的较佳实施例的流程。请参见图1，本实施例的内焊方法适用于桩腿分段制造。首先，焊接前桩腿主弦管整体进炉预热；然后进行桩腿主弦管吊装；接着对桩腿齿条和半圆板进行双面药芯焊丝气保护焊内角焊；继而对焊缝进行清理后再对桩腿齿条和半圆板进行双面外角焊；最后实施后热缓冷，工艺结束。这里的焊缝为桩腿齿条和半圆板组对成型后的内部打底焊缝。而在本实施例的内角焊和外角焊的过程中，对桩腿进行自动翻转以完成对焊缝的焊接。

请参见图3所示的齿条1与半圆板2的装配。图4A是传统的带钢衬垫的装配方式，其中齿条1通过钢衬垫3和半圆板2焊接，图4B是本发明的不带钢衬垫的齿条1与半圆板2的装配方式。

对于本发明的新的工艺来说，这种无衬垫的新的焊接方式中，焊前桩腿整体进炉预热2小时，一次吊装1小时，进行双面药芯焊丝气保护焊进行双面内角焊3小时，然后外焊缝进行清理1小时，再进行双面外角焊3小时，后热2小时，共计10小时，其桩腿齿条与半圆板打底焊能保证1天焊完。与背景技术中采用钢衬垫的人工焊接方式相比，本发明的这种无衬垫的自动化焊接工序大大简化了流程，提高打底焊生产效率6倍以上。

上述的这种工艺方法需要如图2所示的桩腿无衬垫内焊装置(MAG焊接系统)。如图2所示，装置包括台车6、连接臂5、机头4和翻转夹具8。连接臂5安装在台车6上，采用长连接臂，可以进入到桩腿主弦管半圆管腔内部，通过台车6的移动可以将机头4送到桩腿内部，进行狭窄空间的焊接。连接臂5将焊丝、水冷、保护气等常规焊接所需的装置均内置其中，同时保证其结构强度能够将焊枪10伸至桩腿内部，例如400英尺的桩腿分段长度为8m，设计的连接臂长度是12m。机头4安装台车6上，机头4和连接臂5跟随台车6一起运动，采用后置式推丝机构，力矩大，满足前端焊枪10的焊接需要。内焊装置对焊缝处于平焊位置的桩腿分段工件施行焊接，焊缝为半圆管与齿条组对成型后的内部打底焊缝。翻转夹具8安装在台车6上，通过翻转夹具8将桩腿分段工件旋转180°，可以完成内部4条焊缝的焊接。机头4具备跟踪功能，是采用机械跟踪(跟踪探针9，与焊枪10处于同一侧)，对焊缝进行两个方向的跟踪，使枪尖始终对准工件焊缝。而机头4采用水冷系统防护，确保在工件预热状态下正常工作。

在焊接操作中，通过台车6的移动，将机头4送至桩腿最内侧一端，然后引燃电弧，通过台车6的移动向外拉机头4。由于机头4与导丝管是对称布置，可实现齿条与半圆板两侧焊缝的焊接。

通过翻转夹具8的翻转，桩腿分段旋转180度，重复上述步骤即可实现另外两条内焊缝的打底焊接，从而完成桩腿齿条与半圆板内部四条打底焊缝的焊接。

本发明的焊接工艺方法和装备可以带来如下的技术效果：

1、提高生产效率：

与采用钢衬垫的人工焊接方式相比，无衬垫自动化焊接工序大大简化，提高打底焊生产效率6倍以上。

2、采用桩腿无衬垫内焊装置的桩腿焊接新工艺，可实现焊接自动化、制造质量稳定。

采用多枪同步自动化焊接，采用自动化焊接方式进一步保证了焊接质量，尤其提高抗腐蚀疲劳裂纹性能，保证焊缝一次合格率，避免了钢衬垫焊接质量差的问题。机器人焊接质量稳定可靠，严格按照WPS进行操作，如焊接电流电压、焊速、预热和层间温度等进行施焊，重复精度高，质量稳定，一次合格率高。焊接质量采用全过程记录和追溯，保证桩腿焊接质量可靠性。

3、这种工艺方法降低了制造成本：

可减少人工时30％(减少焊工、打磨工、装配工、行车工、机加工等)；降低焊材消耗，焊材均从国外进口，价格昂贵；降低返修焊(焊接保证一次合格率，无需返修)；降低打磨；降低耗能50％(减少一次预热和后热)。

4、此外，这种工艺方法改善施工环境，降低工人劳动强度，从而减少环保和劳保支出。

工人工种大幅度减少，工人劳动强度大幅度降低，减少人工翻身、吊装、机加工、进炉预热等工序，减少加热电能，低碳环保。减少工人劳动强度和烟尘排放。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现和使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书所提到的创新性特征的最大范围。

Claims (5)

1.一种桩腿无衬垫内焊方法，其特征在于，包括：

焊接前桩腿主弦管整体进炉预热；

桩腿主弦管吊装；

对桩腿齿条和半圆板进行双面药芯焊丝气保护焊内角焊；

对焊缝进行清理后再对桩腿齿条和半圆板进行双面外角焊；

后热缓冷，工艺结束。

2.根据权利要求1所述的桩腿无衬垫内焊方法，其特征在于，焊缝为桩腿齿条和半圆板组对成型后的内部打底焊缝。

3.根据权利要求1所述的桩腿无衬垫内焊方法，其特征在于，在内角焊和外角焊的过程中，对桩腿进行自动翻转以完成对焊缝的焊接。

4.一种桩腿无衬垫内焊装置，其特征在于，包括：

台车；

连接臂，安装在台车上，内置焊接所需的设备，跟随台车一起运动；

机头，安装台车上，跟随台车一起运动，进行桩腿齿条和半圆板两侧焊缝的焊接；

翻转夹具，安装在台车上，驱动桩腿分段旋转，进行桩腿齿条和半圆板内部打底焊缝的焊接。

5.根据权利要求4所述的桩腿无衬垫内焊装置，其特征在于，机头包括：

焊枪；

跟踪探针，与焊枪处于机头的同一侧，检测焊接过程中焊枪是否偏移焊缝。