CN108723690B - 桩腿主弦管不对称更换半弦管的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种桩腿主弦管不对称更换半弦管的工艺方法，用于对其中一半弦管上具有缺陷的分段进行替换，包括切割步骤：利用切割工具将具有缺陷的半弦管分段切除，形成一窗口；替换步骤：将新半弦管分段置于窗口处并利用工装卡装于主弦管上；焊接步骤：将新半弦管分段焊接于主弦管上；反变形步骤：实施于替换步骤之前和/或之后，以及实施于焊接步骤中，以抵消或补偿主弦管在切割步骤和焊接步骤中发生的偏离其中心轴的弯曲变形。采用本发明不对称更换半弦管的工艺方法对其进行单侧的切割焊接更换，并可有效的保证焊接质量及焊后精度公差要求，打破了常规新制主弦管替代的方法，极大程度的降低建造成本。

Description

桩腿主弦管不对称更换半弦管的工艺方法

技术领域

本发明涉及海工建造领域，特别涉及一种桩腿主弦管不对称更换半弦管的工艺方法。

背景技术

主弦管作为自升式平台的核心部件，其材料选用调质态高强度高韧性海工用钢。主弦管包括：齿条板和两半弦管，两半弦管分别设置于齿条板的两侧且对称焊接于齿条面上。主弦管的齿条与半弦管的焊接采用埋弧自动焊设备并采用两侧半弦管对称施焊的方式，以抵消焊接产生的应力，减小焊接变形的产生保证主弦管的尺寸精度。但是在实际制作工艺中，对于焊接完工的主弦管，常常出现如单侧半弦管存在缺陷的问题，由于主弦管的精度尺寸及公差要求，只能采用重新制作新的主弦管，费时费力，且造成建造成本的激增。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明在于提供一种桩腿主弦管不对称更换半弦管的工艺方法，以解决现有技术中只能重新制作造成费时费力，成本过高等问题。

针对上述技术问题，本发明提出一种桩腿主弦管不对称更换半弦管的工艺方法，该主弦管包括：齿条、设置于所述齿条两侧且对称焊接于所述齿条面上的两半弦管；该工艺方法用于对其中一半弦管上具有缺陷的分段进行替换，包括：切割步骤：利用切割工具将具有缺陷的半弦管分段切除，形成一窗口；替换步骤：将新半弦管分段置于窗口处并利用工装卡装于主弦管上；焊接步骤：将新半弦管分段焊接于主弦管上；反变形步骤：实施于所述替换步骤之前和/或之后，以及实施于所述焊接步骤中，以抵消或补偿主弦管在所述切割步骤和所述焊接步骤中发生的偏离其中心轴的弯曲变形。

在优选方案中，在所述替换步骤之前和/或之后实施所述反变形步骤中，使主弦管偏离其中心轴的变形量缩小至一预定值。

在优选方案中，所述变形量的预定值为5 mm ~10mm。

在优选方案中，在所述焊接步骤中，将新半弦管分段焊接于主弦管的同时进行所述反变形步骤。

在优选方案中，所述反变形步骤包括：对主弦管上偏离其中心轴的一个或多个变形弯曲位置进行施力。

在优选方案中，所述反变形步骤包括：对更换半弦管分段一侧的齿条面的靠近窗口纵向两侧边缘的位置，以及相对侧半弦管的对应窗口之外的靠近窗口横向两侧位置同时进行施力。

在优选方案中，所述施力主体为千斤顶。

在优选方案中，还包括：在切割步骤之前的准备步骤：对预切割的区域进行绘线标识。

在优选方案中，所述准备步骤包括：在具有缺陷的半弦管上分别绘制两纵向加工到位线和两横向加工到位线，所述纵向加工到位线和所述横向加工到位线围成所述窗口区域；其中，所述横向加工到位线平行于主弦管的轴向，且所述横向加工到位线靠近齿条。

在优选方案中，所述纵向加工到位线沿半弦管外周面绘制并位于所述半弦管的径向剖面上。

在优选方案中，在所述准备步骤中还包括：在所述窗口区域以内绘制横向火焰切割线和纵向火焰切割线；所述横向火焰切割线距所述横向加工到位线的距离至少10mm，所述纵向火焰切割线距所述纵向加工到位线的距离在3mm~5mm之间；在所述窗口区域以外的具有缺陷的半弦管上绘制检查线，所述检查线平行于所述纵向加工到位线并距所述纵向加工到位线的距离为100mm。

在优选方案中，所述切割步骤中，利用割枪分别沿所述纵向火焰切割线和横向火焰切割线进行切割；切割后，利用打磨机对切割边缘打磨，并打磨至所述纵向加工到位线和横向加工到位线以形成所述窗口。

在优选方案中，所述焊接步骤包括：先对新半弦管分段与靠近主弦管使用状态的下端的一边实施焊接，然后对新半弦管分段与靠近主弦管使用状态的上端的一边实施焊接，最后对新半弦管分段与齿条连接的两侧边实施焊接。

在优选方案中，所述对新半弦管分段与齿条连接的两侧边实施焊接包括：首先从其中一侧边的中心位置朝靠近主弦管使用状态的下端的方向进行焊接，同时从另一侧边的中心位置朝靠近主弦管使用状态的上端的方向进行焊接；然后从所述其中一侧边的中心位置朝靠近主弦管使用状态的上端的方向进行焊接，同时从所述另一侧边的中心位置朝靠近主弦管使用状态的下端的方向进行焊接；之后至少重复一次上述两焊接步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在主弦管其中一侧半弦管存在缺陷的情况下，采用本发明不对称更换半弦管的工艺方法对其进行单侧的切割焊接更换，并可有效的保证焊接质量及焊后精度公差要求，打破了常规新制主弦管替代的方法，极大程度的降低建造成本。

附图说明

图1是本实施例不对称更换半弦管的工艺方法的流程图。

图2是本实施例准备步骤中主弦管结构示意图。

图3是本实施例准备步骤中主弦管另一种状态结构示意图。

图4是本实施例切割步骤中主弦管的结构示意图。

图5是本实施例替换步骤的一种结构示意图。

图6是本实施夹具和螺栓配合结构示意图。

图7是本实施例装配步骤中焊接状态的结构示意图。

图8是本实施例焊接工序顺序示意图。

图9是本实施反变形步骤中主弦管的结构状态图。

图10是图9中另一角度的结构状态图。

附图标记说明如下：100、主弦管；2、齿条；31、第一半弦管；310、半弦管本体；311、半弦管分段；W、窗口；3111、孔；32、第二半弦管； 312、新半弦管分段； 41、横向加工到位线；42、纵向加工到位线；51、横向火焰切割线；52、纵向火焰切割线；6、检查线；7、割枪割嘴；81、切割辅助工装；82、夹具；83、螺栓；91、第一组千斤顶；92、第二组千斤顶；93、第三组千斤顶；200、胎架；a、下口；b、上口；c1、第一侧边；c2、第二侧边； o1、中心位置；o2、中心位置；11、垫板。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

参阅图1至图10，本实施例提供一种桩腿主弦管不对称更换半弦管的工艺方法。其中，该主弦管100包括：齿条2和设置于齿条2两侧且对称焊接于齿条2面上的第一半弦管31和第二半弦管32。本实施例不对称更换半弦管的工艺方法用于桩腿主弦管100的制作之后对任意单侧的具有缺陷的半弦管分段进行替换，以缺陷发生在第一半弦管31为例来说明本工艺方法。

方法实施时，主弦管100保持横向设置于胎架200（见图9和图10）上，主弦管100的轴线平行于地面且齿条2面垂直于地面，进行更换待更换的半弦管分段311的工作。

本实施例桩腿主弦管不对称更换半弦管的工艺方法包括：

准备步骤S10：对预切割的区域进行绘线标识。其中，预切割的区域为第一半弦管31上待更换的半弦管分段311区域。

切割步骤S20：利用切割工具将具有缺陷待更换的半弦管分段311切除，形成一窗口W。

替换步骤S30：将新半弦管分段312置于窗口W处并利用工装卡装于主弦管100上。

焊接步骤S40：将新半弦管分段312焊接于主弦管100上。

反变形步骤S50：实施于替换步骤S30之前和/或之后，以及实施于焊接步骤S40中，以抵消或补偿主弦管100在切割步骤S20和焊接步骤S40中发生的偏离其中心轴的弯曲变形。

本实施例中的新半弦管分段312和待更换的半弦管分段311的材质和大小相同，新半弦管分段312同等替代了待更换的半弦管分段311，使得第一半弦管31的缺陷消除。

本实施例更换半弦管的工艺方法仅在具有缺陷的半弦管上截取一分段进行更换，一方面不伤及大部分无缺陷的区域，保证了精度尺寸及公差要求，另一方面避免了因更换整条半弦管或重新制作主弦管100所带来的强大工作量，大大节省了成本。通过在替换步骤和焊接步骤中实施的反变形步骤，消除了因替换待更换的半弦管分段311所带来的弯曲变形，保证了主弦管100整体的质量和精度。

对于上述准备步骤S10至焊接步骤S40，在实际操作中存在多种实现方式，在本实施例中，其具体的步骤如下：

准备步骤S10。

参阅图1至图3，以及图5，针对第一半弦管31上的缺陷位置，对其起止位置进行绘线标识。该绘线标识包括：绘制横向加工到位线41、纵向加工到位线42、横向火焰切割线51和纵向火焰切割线52。其中，横向加工到位线41、纵向加工到位线42围成窗口W区域，并使该窗口W包围待更换的半弦管分段311。

具体地，在第一半弦管31上分别绘制两横向加工到位线41和两纵向加工到位线42，以将第一半弦管31划分为：半弦管本体310和待更换的半弦管分段311。其中，横向加工到位线41沿第一半弦管31长度方向绘出且平行于主弦管100的轴向，同时横向加工到位线41应靠近齿条2。纵向加工到位线42沿第一半弦管31周向划出，进一步地，纵向加工到位线42沿第一半弦管31外周面绘制并位于第一半弦管31的径向剖面上。

在窗口W区域（即待更换的半弦管分段311）内绘制横向火焰切割线51和纵向火焰切割线52。横向火焰切割线51距横向加工到位线41的距离至少为L1，L1=10mm；纵向火焰切割线52距纵向加工到位线42的距离为L2，L2=3mm~5mm。本实施例中设置的横向火焰切割线51距齿条2表面设有一定的距离，可以避免在切割过程中因热影响对齿条2钢板母材的损害，便于后续待更换的半弦管分段311的安装和焊接。

进一步地，在本步骤中还包括：在窗口W区域以外的半弦管本体310上绘制检查线6，检查线6沿半弦管本体310的周向绘出，检查线6平行于纵向加工到位线42并距纵向加工到位线42的距离为100mm，该检查线6为后续切割和焊接提供检查基准。

然后，使用电加热将待切割位置预热到150℃~170℃，并在待更换的半弦管分段311的中间区域开孔3111，通过开孔区域放置防火材料对切割区域的齿条母材进行保护，防止后期切割火焰伤害齿条2；同时，开孔3111区域也便于切割铁屑的清理。

需要说明的是，在实际的绘线标识操作中，纵向加工到位线42还可以是斜向绘制、曲线绘制等，其具体绘制方式按照施工现场的需求确定。

切割步骤S20。

参阅图1、图4和图5，该步骤中的切割工具包括割枪和打磨机。具体地，利用割枪割嘴7分别沿横向火焰切割线51和纵向火焰切割线52进行切割。切割后，利用打磨机将切缝表面热影响区域及余量打磨到位，即打磨至横向加工到位线41和纵向加工到位线42，以形成窗口W并将待更换的半弦管分段311去除。此外，利用打磨机打磨出符合WPS（WeldingProcess Specification焊接工艺规范）要求的坡口，并检查切缝到检查线6的距离，以确保待更换的半弦管分段311是否切割到位。

较优地，在沿纵向火焰切割线52进行切割之前，在主弦管100上设置切割辅助工装81，以辅助焊枪沿纵向火焰切割线52的切割精度。相应地，切割辅助工装81与齿条2上齿槽相啮合，以固定于主弦管100，焊枪能够以切割辅助工装81为基准沿纵向火焰切割线52进行切割。

替换步骤S30及与该步骤配合的反变形步骤S50。

参阅图1、图5至图7，以及图9和图10，利用工装将新半弦管分段312卡装于主弦管100上。在本实施例中，该工装包括夹具82与夹具82配合使用的螺栓83，相应地，夹具82将新半弦管分段312卡设于主弦管100上，并通过与螺栓83的配合将新半弦管分段312进行固定。按照WPS工艺要求，对主弦管100进行预热，并在更换新半弦管分段312的区域采用对称预热方式进行。

在实际操作中，可根据新半弦管分段312的长度来确定设置一个或多个夹具82。较优地，当设置多个夹具82时，每相邻两个夹具82之间的距离为2m，一方面确保在装配焊前的精度满足产品要求，再考虑焊接收缩量，确保产品焊后精度可以满足要求，另一方面，在焊接过程中，受应力影响易产生焊缝内部裂纹，多夹具装配可避免该焊接缺陷的产生。

在其他实施例中，卡装新半弦管分段312的工装还可以是其他结构的工装，如捆绑式结构、抵顶方式或黏贴式结构等等，此处不予限定。

由于在切割步骤S20中，切割除去待更换的半弦管分段311区域焊接应力的释放，导致该区域齿条向割除待更换半弦管分段311的一侧凸起并产生侧弯，即主弦管100发生弯曲变形。因此，在预热结束时，利用反变形步骤S50将主弦管100偏离其中心轴的变形量缩小至5 mm ~10mm的预定值。这里的变形量指，主弦管100偏离其中心轴最大位置至中心轴的距离。

需要说明是，由于在替换步骤S30之前主弦管100已经发生了中心轴的偏离，也可以在替换新半弦管分段312之前，先对主弦管100实施反变形，然后再将新半弦管分段312置于窗口W处；或者在对主弦管100实施反变形的过程中，将新半弦管分段312置于窗口W处，根据现场的具体施工条件确定。

焊接步骤S40及与该步骤配合的反变形步骤S50。

继续参阅图1、图5至图10，由于新半弦管分段312在焊接过程中有焊接应力的产生，因此在替换步骤S30中，对主弦管100的反变形调整预留一定的预定值以抵消本步骤中的焊接变形。也就是说焊接步骤S40中，将新半弦管分段312焊接于主弦管100过程中，主弦管100会朝窗口W对侧的反方向偏离变形。因此，新半弦管分段312焊接于主弦管100的同时进行反变形步骤S50，焊接和反变形工序可以交替多次进行，也可以同时进行，直至焊接完毕后主弦管100的弯曲变形消除，完成本实施例桩腿主弦管100的第一半弦管31的更换，即单侧半弦管的更换。

接下来，对本步骤中的焊接工序具体说明。

需要指出的是：在制作主弦管100时，虽然是横向放置进行，为了方便描述焊接位置及顺序，此段描述的上下方位以主弦管100使用状态时的上端和下端为基准。即定义新半弦管分段312与靠近主弦管100使用状态的上端的边缘线（即新半弦管分段312与半弦管本体310之间的对接接缝）为上口b，新半弦管分段312与靠近主弦管100使用状态的下端的边缘线（即新半弦管分段312与半弦管本体310之间的对接接缝）为下口a。

该焊接工序具体为：第一，先对下口a实施焊接，然后对上口b实施焊接；第二，焊接完成后，在下口a与第一侧边c1和第二侧边c2（平焊缝）相交的区域、上口b与第一侧边c1和第二侧边c2（平焊缝）相交的区域进行打磨，再对新半弦管分段312与齿条2连接的第一侧边c1和第二侧边c2实施焊接。第三，焊接完成后，在新半弦管分段312区域采用对称加热的方式进行焊后热处理，该焊后热处理的参数执行WPS中的焊后热处理要求。

进一步地，对新半弦管分段312与齿条2连接的第一侧边c1和第二侧边c2实施焊接的具体顺序如下：

为方便描述，定义第一侧边c1和第二侧边c2靠近窗口W中部的位置为第一侧边c1和第二侧边c2的中心位置，即中心位置o1和中心位置o2。

步骤A：从第一侧边c1的中心位置o1朝靠近主弦管100使用状态的下端的方向进行焊接，同时从第二侧边c2的中心位置o2朝靠近主弦管100使用状态的上端的方向进行焊接。

步骤B：从第一侧边c1的中心位置o1朝靠近主弦管100使用状态的上端的方向进行焊接，同时从第二侧边c2的中心位置o2朝靠近主弦管100使用状态的下端的方向进行焊接。

步骤C：按照顺序先重复步骤A，再重复步骤B，完成第一侧边c1和第二侧边c2的焊接。

需要说明的是，在步骤C中，还可以多次重复步骤A和步骤B，视具体的焊接要求来确定。同时，在具体实施中，实施步骤A和步骤B的先后顺序可以互换。

进一步地，如图7所示，下口a、上口b、第一侧边c1和第二侧边c2处设有垫板11，以提高焊接质量。

在本实施例中，涉及的反变形步骤S50是通过施力方式对主弦管100进行弯曲变形的消除。在其他实施例中，也可采用定位锁紧主弦管100的方式、工装矫正的方式等等进行反变形。

施力的主体可以是千斤顶，也可以采用悬吊重块或利用拉力机等现有其他施力主体进行施力，施力的方向最好垂直于主弦管100中轴的方向，可以对主弦管100的一个位置进行施力，也可以对主弦管100的多个位置同时进行施力。不论是对一个或多个位置进行施力，其施力点最好位于主弦管100的偏离其自身中轴的变形部位。如本实施例中，由于在窗口W区域新半弦管分段312焊接应力的释放，导致该区域齿条向割除半弦管一侧凸起产生侧弯，同时考虑焊接过程中焊接应力的产生，施力位置最好的选择是：对更换半弦管分段一侧的齿条面的靠近窗口W纵向两侧边缘的位置以及相对侧半弦管的对应窗口W之外的靠近窗口W横向两侧的位置同时进行施力。

本实施例是采用千斤顶作为施力的主体。利用三组千斤顶从齿条2两侧向对侧顶进，以实现对主弦管100进行反变形工序。具体地，该三组千斤顶包括：第一组千斤顶91、第二组千斤顶92和第三组千斤顶93。第一组千斤顶91抵顶于窗口W对应的齿条2表面想对侧进行施力，为了方便操作，第一组千斤顶91抵顶的位置靠近齿条2锯齿位置，以免与新半弦管分段312发生干涉。第二组千斤顶92和第三组千斤顶93抵顶于第二半弦管32所在的一侧，且靠近窗口W位置；其中，第二组千斤顶92和第三组千斤顶93间隔设置，且使窗口W位于第二组千斤顶92和第三组千斤顶93之间。

需要说明是，每组千斤顶的数量至少为一个，在实际操作过程中，可以根据主弦管100的变形情况放置合适数量的千斤顶，此处不予限定。

需要特别指出的是，上述准备步骤S10还可以省略。

本发明桩腿主弦管不对称更换半弦管的工艺方法，对于焊接完工的主弦管的单侧半弦管进行切割焊接更换，打破了常规采用新制主弦管的方法。同时，通过反变形步骤有效地抵消或补偿主弦管在施工过程中发生偏离其中心轴的弯曲变形，保证了焊接质量及焊后精度公差要求，极大程度的降低了建造成本。

虽然已参照以上典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种桩腿主弦管不对称更换半弦管的工艺方法，该主弦管包括：齿条、设置于所述齿条两侧且对称焊接于所述齿条面上的两半弦管；该工艺方法用于对其中一半弦管上具有缺陷的分段进行替换，其特征在于，包括：

切割步骤：利用切割工具将具有缺陷的半弦管分段切除，形成一窗口；

替换步骤：将新半弦管分段置于窗口处并利用工装卡装于主弦管上；

焊接步骤：将新半弦管分段焊接于主弦管上；

反变形步骤：实施于所述替换步骤之前和/或之后，以及实施于所述焊接步骤中，以抵消或补偿主弦管在所述切割步骤和所述焊接步骤中发生的偏离其中心轴的弯曲变形；

所述反变形步骤包括：对主弦管上偏离其中心轴的一个或多个变形弯曲位置进行施力；对更换半弦管分段一侧的齿条面的靠近窗口纵向两侧边缘的位置，以及相对侧半弦管的对应窗口之外的靠近窗口横向两侧位置同时进行施力。

2.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，在所述替换步骤之前和/或之后实施所述反变形步骤中，使主弦管偏离其中心轴的变形量缩小至一预定值。

3.如权利要求2所述的工艺方法，其特征在于，所述变形量的预定值为5mm～10mm。

4.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，在所述焊接步骤中，将新半弦管分段焊接于主弦管的同时进行所述反变形步骤。

5.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述施力主体为千斤顶。

6.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，还包括：

在切割步骤之前的准备步骤：对预切割的区域进行绘线标识。

7.如权利要求6所述的工艺方法，其特征在于，所述准备步骤包括：在具有缺陷的半弦管上分别绘制两纵向加工到位线和两横向加工到位线，所述纵向加工到位线和所述横向加工到位线围成所述窗口区域；其中，所述横向加工到位线平行于主弦管的轴向，且所述横向加工到位线靠近齿条。

8.如权利要求7所述的工艺方法，其特征在于，所述纵向加工到位线沿半弦管外周面绘制并位于所述半弦管的径向剖面上。

9.如权利要求7所述的工艺方法，其特征在于，在所述准备步骤中还包括：在所述窗口区域以内绘制横向火焰切割线和纵向火焰切割线；所述横向火焰切割线距所述横向加工到位线的距离至少10mm，所述纵向火焰切割线距所述纵向加工到位线的距离在3mm～5mm之间；在所述窗口区域以外的具有缺陷的半弦管上绘制检查线，所述检查线平行于所述纵向加工到位线并距所述纵向加工到位线的距离为100mm。

10.如权利要求9所述的工艺方法，其特征在于，所述切割步骤中，利用割枪分别沿所述纵向火焰切割线和横向火焰切割线进行切割；切割后，利用打磨机对切割边缘打磨，并打磨至所述纵向加工到位线和横向加工到位线以形成所述窗口。

11.如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，所述焊接步骤包括：先对新半弦管分段与靠近主弦管使用状态的下端的一边实施焊接，然后对新半弦管分段与靠近主弦管使用状态的上端的一边实施焊接，最后对新半弦管分段与齿条连接的两侧边实施焊接。

12.如权利要求11所述的工艺方法，其特征在于，所述对新半弦管分段与齿条连接的两侧边实施焊接包括：

首先从其中一侧边的中心位置朝靠近主弦管使用状态的下端的方向进行焊接，同时从另一侧边的中心位置朝靠近主弦管使用状态的上端的方向进行焊接；

然后从所述其中一侧边的中心位置朝靠近主弦管使用状态的上端的方向进行焊接，同时从所述另一侧边的中心位置朝靠近主弦管使用状态的下端的方向进行焊接；

之后至少重复一次上述两焊接步骤。

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