CN109590744B - 一种海上风电基础钢管桩的焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海上风电基础钢管桩的焊接工艺，包括以下流程：开设焊缝坡口、钢板对接纵缝焊接、卷管纵缝焊接、1+1单管节拼接环缝焊接、2+2节段拼接环缝焊接、法兰与单管节焊接和整桩拼接环缝焊接。进行开设焊缝坡口流程时，在钢板的对接边开设X型焊缝坡口，内焊缝坡口角度为50±5°，内焊缝坡口深度为钢板厚度的2/3，钝边为2～5mm，根部间隙为0～1mm，外焊缝坡口角度为90±5°。本发明的焊接工艺结合自动埋弧焊、气体保护焊等不同焊接方法，得到了质量优良的焊缝，满足了钢管桩的力学性能，以及抗弯曲、拉伸和冲击性能，大大减小了焊缝的纵向裂纹、横向裂纹等焊接缺陷，从而能够有效提高钢管桩的抗冲击能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上风电基础钢管桩的焊接工艺。
背景技术
目前国内海上风电工程为节约成本，往往采用较大功率的风电机组，上部风机荷载较大，并且国内沿海地区浅表层多为淤泥质软土，这类地基常不能直接作为持力层，而低压缩性持力层又很深，采用一般桩基，沉桩时须采用冲击力很大的桩锤，用常规钢筋混凝土和预应力混凝土桩，将很难以适应，为此多选用钢管桩加固地基。单桩基础是海上风电场中最广泛的一种风机基础型式，在目前欧洲已建风电场中，单桩基础所占比例达70％以上。单桩基础结构型式分为三种类型：非嵌岩单桩I型、嵌岩单桩Ⅱ型、植入型单桩嵌岩Ⅲ型。单桩桩径为φ6.7m～φ7.3m、壁厚为60mm～80mm，长度为58m～78m，单桩重量900t～1100t。这种钢管桩的制作工艺包括以下流程：管节下料、管节坡口加工、管节卷制成型、管节完工检验、桩体顶部法兰装配、管节拼接及防腐涂层涂装。在管节卷制成型流程中需要采用钢板通过卷板机卷成圆筒形管节，再对管节进行对接纵缝焊接。由于钢管桩的直径大，而单张钢板的宽度一般为3m，长度为18m，因此需要两张钢板拼接后才能卷制成单管节。在管节拼接流程中需要对相邻管节进行环缝焊接。由于制作钢管桩的钢板厚度达到80mm，厚板焊接是焊接技术中的一个难题，在厚板焊接中极易出现纵向裂纹、横向裂纹等焊接缺陷，因此选取合适的焊接工艺，确定好焊接参数至关重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种海上风电基础钢管桩的焊接工艺，它不仅能大大提高焊接效率，还能够有效提高钢管桩的抗冲击能力。
本发明的目的是这样实现的：一种海上风电基础钢管桩的焊接工艺，包括以下流程：开设焊缝坡口、钢板对接纵缝焊接、卷管纵缝焊接、1+1单管节拼接环缝焊接、2+2节段拼接环缝焊接、法兰与单管节焊接和整桩拼接环缝焊接；
进行开设焊缝坡口流程时，在钢板的对接边开设X型焊缝坡口，内焊缝坡口角度为50±5°，内焊缝坡口深度为钢板厚度的2/3，钝边为2～5mm，根部间隙为0～1mm，外焊缝坡口角度为90±5°；
所述钢板对接纵缝焊接流程包括以下步骤：
步骤一，在焊缝的起弧处和收弧处设置与焊缝坡口一样尺寸的引弧板和收弧板，引弧板和收弧板的材质和钢板的材质相同；
步骤二，用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊在对接纵缝的焊缝内手工焊一层薄底；
步骤三，先用氧-乙炔火焰对内焊缝坡口两侧2倍钢板厚度的宽度范围内进行均匀加热，并用红外线测温仪在焊缝坡口两侧位置测量温度，保证预热温度为100～150℃，再对内焊缝进行单面多层多道焊接；
进行第1焊层焊接时，焊接第1焊道，采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊，焊丝规格为Φ1.2mm，焊接电流为直流电流160～220A，焊接电压为25～31V，焊接速度为20～30cm/min；
进行第2焊层焊接时，焊接第2个焊道，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流500～520A，焊接电压为26～28V，焊接速度为28～32cm/min；
进行第3焊层焊接时，焊接第3个焊道，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流500～540A，焊接电压为27～29V，焊接速度为28～30cm/min；
进行第4焊层焊接时，焊接第4个焊道，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流580～620A，焊接电压为28～30V，焊接速度为26～32cm/min；
进行第5焊层焊接时，分成两个焊道焊接，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第6焊层焊接时，分成两个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第7焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第8焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第9焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第10焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第11焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第12焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第13焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第14焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第15焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第16焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第17焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
内焊缝焊接过程中，焊缝层间温度控制在100～250℃，焊接过程中需随时用红外线测温计检测焊缝层间温度；
步骤四，内焊缝焊接结束后，采用Φ10mm炭弧气刨碳棒对焊缝背面进行气刨清根并打磨干净；
步骤五，先用氧-乙炔火焰对外焊缝坡口两侧2倍钢板厚度的宽度范围内进行均匀加热，并用红外线测温仪在焊缝坡口两侧位置测量温度，保证预热温度为100～150℃，再对外焊缝进行单面多层多道焊接；
进行第1焊层焊接时，焊接第1个焊道，采用埋弧焊，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流500～550A，焊接电压为25～28V，焊接速度为28～30cm/min；
进行第2焊层焊接时，焊接第2个焊道，采用埋弧焊，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流520～580A，焊接电压为26～30V，焊接速度为28～30cm/min；
进行第3焊层焊接时，焊接第3个焊道，采用埋弧焊，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流580～680A，焊接电压为28～33V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第4焊层焊接时，焊接第4个焊道，采用埋弧焊，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流580～680A，焊接电压为28～33V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第5焊层焊接时，焊接第5、6个焊道，采用埋弧焊，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流580～630A，焊接电压为28～33V，焊接速度为30～35cm/min；
外焊缝焊接过程中，焊缝层间温度控制在100～250℃，焊接过程中需随时用红外线测温计检测焊缝层间温度；
步骤六，外焊缝焊接完成后要放置24小时释放和消除应力后进行UT检测；
所述卷管纵缝焊接流程包括管节卷制步骤、管节纵缝焊接步骤和管节回圆步骤；
进行管节卷制步骤时，采用数控全液压双驱动四辊卷板机将拼接好的钢板卷制成圆筒形管节，并在纵缝坡口内采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工点焊定位，每处点焊的长度为40～60mm；
进行管节纵缝焊接步骤时，将卷制完成的管节吊至滚轮架上，通过滚轮架将纵缝位置调至最低点，将埋弧焊机小车直接放在管节内参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤三进行纵缝的内焊缝焊接；内焊缝焊接完成后，通过滚轮架将纵缝转至最高点，在可移动升降式焊接操作平台上进行碳弧气刨清根和打磨；埋弧焊机放在焊接操作平台上，调节埋弧焊机小车的移动速度并参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六进行纵缝的外焊缝焊接；
进行管节回圆步骤时，在卷管机内施加一定的压力经多次卷制滚动成圆，并采用激光测距仪与样板尺配套检查，对局部尺寸超标的部位采用点线结合施压，靠近纵焊缝位置辅助于相应尺寸的楔形块加压局部卷动，直到管节的椭圆度符合要求；形成1个单管节；
进行1+1单管节拼接环缝焊接流程时，先对两个单管节吊装至100t滚轮架上进行拼接对位，接着在拼接环缝的外焊缝坡口内用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工焊一层薄底，再将埋弧焊机小车直接放置在管节内进行环缝的内焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤三，然后在可移动升降式焊接操作平台上进行环缝的外焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六，形成2节段管节；
进行2+2节段拼接环缝焊接流程时，先对两个2节段管节吊装至200t滚轮架上进行拼接对位，接着在拼接环缝的外焊缝坡口内用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工焊一层薄底，再将埋弧焊机小车直接放置在管节内进行环缝的内焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤三，然后在场外的焊接操作棚平台上进行环缝的外焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六，形成4节段管节；
进行法兰与单管节焊接流程时，先将法兰与单管节拼接，再将已拼接好的单管节与法兰放置在带可调角度的滚轮架上采用伸臂式埋弧焊机进行内焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤三，然后采用伸臂式埋弧焊机进行外环焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六，形成带法兰的管节；
进行整桩拼接环缝焊接流程时，先将所有的4节段管节和带法兰的管节在拼装平台上拼接成整桩，接着采用6轴线模块运输车将拼接完成的整桩顶升到整桩最低点高于拼装平台最高点后移出拼装平台，运输到1000t滚轮架上就位后，6轴线模块运输车降低高度使拼接完成的整桩平稳落在已调节好高低的1000t滚轮架上，再在所有的拼接环缝的外焊缝坡口内用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工焊一层薄底，然后将埋弧焊机小车直接放置在管节内进行所有的环缝的内焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤三，最后移动所述场外的焊接操作棚平台进行环缝的外焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六，形成整桩。
上述的海上风电基础钢管桩的焊接工艺，其中，进行1+1单管节拼接环缝焊接流程的所述拼接对位和进行2+2节段拼接环缝焊接流程的所述拼接对位时，两个对接的管节的纵焊缝应错开90±5°，对局部对接错位量超标的，用横向千斤顶进行微调，调整对位后进行点焊定位。
上述的海上风电基础钢管桩的焊接工艺，其中，进行法兰与单管节焊接流程的法兰与单管节拼接时包括以下步骤：
1)加工制作一个标准水平的平台；
2)将法兰放置在标准水平的平台上，焊接面朝下；用激光测平仪检测法兰的平面度和内倾角，保证其公差满足设计要求；
3)将已焊接且检测合格的管节垂直与法兰组对，再用激光测平仪检测法兰的平面度和内倾角，用经纬仪检测各个位置的垂直度，满足设计要求后采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊点焊定位；
4)拼接完成后，将上法兰和待焊接法兰对锁后再进行焊接。
上述的海上风电基础钢管桩的焊接工艺，其中，进行整桩拼接环缝焊接流程的拼接成整桩时，是在由600t滚轮架和500t管道组对机构成的所述拼装平台上进行，包括以下步骤：
1)用两台门架将一个4节段管节放置在600t滚轮架，在500t管道组对机上放置另一个4节段管节，通过600t滚轮架的水平移动和500t管道组对机的升降进行调节，两个对接的管节的纵焊缝应错开90±5°，使两个4节段管节的轴线误差在允许范围内，对局部对接有错台的，用横向千斤顶进行微调，之后对环缝进行气体保护焊打底，再沿同一转动方向按照跳开30cm焊接10cm的方式用二氧化碳气体保护焊点焊定位；
2)500t管道组对机顶升抬起拼接好的管段，再将600t滚轮架向500t管道组对机侧移动，500t管道组对机下降，使位于500t组对机上的拼接好的管段下落至600t滚轮架上，500t管道组对机向外移动进行下一个4节段管节拼接，拼接方式同上，直到拼接成整桩；
3)拼接带法兰的管节，调整带法兰的管节与整桩的直线度、法兰与整桩的垂直度和法兰面的平整度达到允许偏差后，采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊点焊定位。
本发明的海上风电基础钢管桩的焊接工艺，从钢管桩用钢板的选材、下料到制作过程中时刻对桩体的圆度、直线度等进行检测和调整以及焊缝坡口的设计，并对焊接材料焊接工艺进行了严格的控制，还结合自动埋弧焊、气体保护焊等不同焊接方法，得到了质量优良的焊缝，满足了钢管桩的力学性能，以及抗弯曲、拉伸和冲击性能，大大减小了焊缝的纵向裂纹、横向裂纹等焊接缺陷，从而能够有效提高钢管桩的抗冲击能力，保证钢管桩能顺利打入到土层中。
附图说明
图1是本发明的焊接工艺采用的焊缝坡口的结构示意图；
图2是本发明的焊接工艺采用的焊接形式的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1和图2，本发明的海上风电基础钢管桩的焊接工艺，包括以下流程：开设焊缝坡口、钢板对接纵缝焊接、卷管纵缝焊接、1+1单管节拼接环缝焊接、2+2节段拼接环缝焊接、法兰与单管节焊接和整桩拼接环缝焊接；进行开设焊缝坡口流程时，在钢板的对接边利用半自动火焰气割机开设X型焊缝坡口，内焊缝坡口角度为α＝50±5°，内焊缝坡口深度为钢板厚度d的2/3，钝边为2～5mm，根部间隙为0～1mm，外焊缝坡口角度为β＝90±5°(见图1)；
钢板对接纵缝焊接流程(采用专用工装、卡具和夹具，拼接时要预留适当的反变形)包括以下步骤：
步骤一，在焊缝的起弧处和收弧处设置与焊缝坡口筒样尺寸的引弧板和收弧板，引弧板和收弧板的材质和钢板的材质相同，焊接时应在距焊缝端部80mm以外的引弧板上起弧、熄弧；
步骤二，用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊在焊缝内手工焊一层薄底；
步骤三，先用氧-乙炔火焰对内焊缝坡口两侧2倍钢板厚度的宽度范围内进行均匀加热，并用红外线测温仪在内焊缝坡口两侧位置测量温度，保证预热温度为100～150℃，再对内焊缝进行单面多层多道焊接；
进行第1焊层焊接时，焊接第1焊道，采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊，牌号GFL-72药芯焊丝，焊丝规格为Φ1.2mm，焊接电流为直流电流160～220A，焊接电压为25～31V，焊接速度为20～30cm/min；
进行第2焊层焊接时，焊接第2个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流500～520A，焊接电压为26～28V，焊接速度为28～32cm/min；
进行第3焊层焊接时，焊接第3个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流500～540A，焊接电压为27～29V，焊接速度为28～30cm/min；
进行第4焊层焊接时，焊接第4个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流580～620A，焊接电压为28～30V，焊接速度为26～32cm/min；
进行第5焊层焊接时，焊接第5、6个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第6焊层焊接时，焊接第7、8个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第7焊层焊接时，焊接第9、10、11个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第8焊层焊接时，焊接第12、13、14个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第9焊层焊接时，焊接第15、16、17个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第10焊层焊接时，焊接第18、19、20个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第11焊层焊接时，焊接第21、22、23个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第12焊层焊接时，焊接第24、25、26个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第13焊层焊接时，焊接第27、28、29个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第14焊层焊接时，焊接第30、31、32个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第15焊层焊接时，焊接第33、34、35个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第16焊层焊接时，焊接第36、37、38个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第17焊层焊接时，焊接第39、40、41个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min(见图2)；
内焊缝焊接过程中，焊缝层间温度控制在100～250℃，焊接过程中需随时用红外线测温计检测焊缝层间温度。
步骤四，内焊缝焊接结束后，采用Φ10mm炭弧气刨碳棒对焊缝背面进行气刨清根并打磨干净；
步骤五，先用氧-乙炔火焰对外焊缝坡口两侧2倍钢板厚度的宽度范围内进行均匀加热，并用红外线测温仪在外焊缝坡口两侧位置测量温度，保证预热温度为100～150℃，再对外焊缝进行单面多层多道焊接。
进行第1焊层焊接时，焊接第1个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流500～550A，焊接电压为25～28V，焊接速度为28～30cm/min；
进行第2焊层焊接时，焊接第2个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流520～580A，焊接电压为26～30V，焊接速度为28～30cm/min；
进行第3焊层焊接时，焊接第3个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流580～680A，焊接电压为28～33V，焊接速度为28～30cm/min；
进行第4焊层焊接时，焊接第4个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流580～680A，焊接电压为28～33V，焊接速度为28～30cm/min；
进行第5焊层焊接时，焊接第5、6个焊道，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流580～630A，焊接电压为28～33V，焊接速度为30～35cm/min(见图2)；
外焊缝焊接过程中，焊缝层间温度控制在100～250℃，焊接过程中需随时用红外线测温计检测焊缝层间温度。
步骤六，外焊缝焊接完成后要放置24小时释放和消除应力后进行UT检测；
卷管纵缝焊接流程包括管节卷制步骤、管节纵缝焊接步骤和管节回圆步骤；
进行管节卷制步骤时，采用数控全液压双驱动四辊卷板机将拼接好的钢板卷制成圆筒形管节，并在纵缝坡口内采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工点焊定位，每处点焊的长度为40～60mm；
进行管节纵缝焊接步骤时，将卷制完成的管节吊至滚轮架上，通过滚轮架将纵缝位置调至最低点，将埋弧焊机小车直接放在管节内参照钢板对接纵缝焊接流程的步骤三进行纵缝的内焊缝焊接；内焊缝焊接完成后，通过滚轮架将纵缝转至最高点，在可移动升降式焊接操作平台上进行碳弧气刨清根和打磨；埋弧焊机放在焊接操作平台上，调节埋弧焊机小车的移动速度并参照钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六进行纵缝的外焊缝焊接。
进行管节回圆步骤时，在卷管机内施加一定的压力经多次卷制滚动成圆，并采用激光测距仪与样板尺配套检查，对局部尺寸超标的部位采用点线结合施压，靠近纵焊缝位置辅助于相应尺寸的楔形块加压局部卷动，直到管节的椭圆度符合要求；形成1个单管节。
进行1+1单管节拼接环缝焊接流程时，先对两个单管节吊装至100t滚轮架上进行拼接对位，两个对接的管节的纵缝应错开90±5°，对局部对接错位量超标的，用横向千斤顶进行微调，调整对位后采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊点焊定位；接着在拼接环缝的外焊缝坡口内用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工焊一层薄底，再将埋弧焊机小车直接放置在管节内进行环缝的内焊缝焊接，具体焊接步骤参照钢板对接纵缝焊接流程的步骤三，然后在可移动升降式焊接操作平台上进行环缝的外焊缝焊接，具体焊接步骤参照钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六，形成2节段管节。
进行2+2节段拼接环缝焊接流程时，先对两个2节段管节吊装至200t滚轮架上进行拼接对位，两个对接的管节的纵缝应错开90±5°，对局部对接错位量超标的，用横向千斤顶进行微调，调整对位后采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊点焊定位；接着在拼接环缝的外焊缝坡口内用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工焊一层薄底，再将埋弧焊机小车直接放置在管节内进行环缝的内焊缝焊接，具体焊接步骤参照钢板对接纵缝焊接流程的步骤三，然后在场外的焊接操作棚平台上进行环缝的外焊缝焊接，具体焊接步骤参照钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六，形成4节段管节。
进行法兰与单管节焊接流程时，先将法兰与单管节拼接，包括以下步骤：
1)加工制作一个标准水平的平台；
2)将法兰放置在标准水平的平台上，焊接面朝下；用激光测平仪检测法兰的平面度和内倾角，保证其公差满足设计要求；
3)将已焊接且检测合格的管节垂直与法兰组对，再用激光测平仪检测法兰的平面度和内倾角，用经纬仪检测各个位置的垂直度，满足设计要求后，采用二氧化碳气体保护焊点焊定位；
4)拼接完成后，为防止法兰变形，将上法兰和待焊接法兰对锁后再进行焊接；
再将已拼接好的单管节与法兰放置在带可调角度的滚轮架上采用伸臂式埋弧焊机进行内焊缝焊接，具体焊接步骤参照钢板对接纵缝焊接流程的步骤三，然后采用伸臂式埋弧焊机进行外环焊缝焊接，具体焊接步骤参照钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六，形成带法兰的管节。
进行整桩拼接环缝焊接流程时，先将所有的4节段管节和带法兰的管节在拼装平台上拼接成整桩，拼装平台由600t滚轮架和500t管道组对机构成，包括以下步骤：
1)用两台门架将一个4节段管节放置在600t滚轮架，在500t管道组对机上放置另一个4节段管节，通过600t滚轮架的水平移动和500t管道组对机的升降进行调节，两个对接的管节的纵缝应错开90±5°，使两个4节段管节的轴线误差在允许范围内，对局部对接有错台的，用横向千斤顶进行微调，之后对环缝进行气体保护焊打底，再沿同一转动方向按照跳开30cm焊接10cm的方式用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工点焊定位；
2)500t管道组对机顶升抬起拼接好的管段，再将600t滚轮架向500t管道组对机侧移动，500t管道组对机下降，使位于500t组对机上的拼接好的管段下落至600t滚轮架上，500t管道组对机向外移动进行下一个4节段管节拼接，拼接方式同上，直到拼接成整桩；
3)拼接带法兰的管节，调整带法兰的管节与整桩的直线度、法兰与整桩的垂直度和法兰面的平整度达到允许偏差后，采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工点焊定位；
接着采用6轴线模块运输车将拼接完成的整桩顶升到整桩最低点高于拼装平台最高点后移出拼装平台，运输到1000t滚轮架上就位后，6轴线模块运输车降低高度使拼接完成的整桩平稳落在已调节好高低的1000t滚轮架上，再在所有的拼接环缝的外焊缝坡口内用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工焊一层薄底，然后将埋弧焊机小车直接放置在管节内进行所有的环缝的内焊缝焊接，具体焊接步骤参照钢板对接纵缝焊接流程的步骤三，最后移动所述场外的焊接操作棚平台进行环缝的外焊缝焊接，具体焊接步骤参照钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六，形成整桩。
根据不同的钢板厚度，需要调整焊接热输入和焊接速度，因此焊缝填充层数和道数也会有所变化。单张钢板的宽度一般为2.5米、3米，我们又已采取了预热措施，则不必采用大的热输入。
在进行对于钢板对接纵缝焊接、1+1单管节拼接环缝焊接、2+2节段拼接环缝焊接和整桩拼接环缝焊接时，每条焊缝应连续焊完(人停机不停)，当因故中断焊接时，在重新焊接前，应将表面清理干净，确认无裂纹后，方可按原工艺继续施焊。
焊接环焊缝要布置几个点火焰烘烤待焊部位持续加热,以控制层间温度为100～250℃。
本发明的海上风电基础钢管桩的焊接工艺，大大减小了焊缝的纵向裂纹、横向裂纹等焊接缺陷，从而能够有效提高钢管桩的抗冲击能力，保证钢管桩能顺利打入到土层中。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (4)
1.一种海上风电基础钢管桩的焊接工艺，包括以下流程：开设焊缝坡口、钢板对接纵缝焊接、卷管纵缝焊接、1+1单管节拼接环缝焊接、2+2节段拼接环缝焊接、法兰与单管节焊接和整桩拼接环缝焊接；其特征在于，
进行开设焊缝坡口流程时，在钢板的对接边开设X型焊缝坡口，内焊缝坡口角度为50±5°，内焊缝坡口深度为钢板厚度的2/3，钝边为2～5mm，根部间隙为0～1mm，外焊缝坡口角度为90±5°；
所述钢板对接纵缝焊接流程包括以下步骤：
步骤一，在焊缝的起弧处和收弧处设置与焊缝坡口一样尺寸的引弧板和收弧板，引弧板和收弧板的材质和钢板的材质相同；
步骤二，用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊在对接纵缝的焊缝内手工焊一层薄底；
步骤三，先用氧-乙炔火焰对内焊缝坡口两侧2倍钢板厚度的宽度范围内进行均匀加热，并用红外线测温仪在焊缝坡口两侧位置测量温度，保证预热温度为100～150℃，再对内焊缝进行单面多层多道焊接；
进行第1焊层焊接时，焊接第1焊道，采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊，焊丝规格为Φ1.2mm，焊接电流为直流电流160～220A，焊接电压为25～31V，焊接速度为20～30cm/min；
进行第2焊层焊接时，焊接第2个焊道，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流500～520A，焊接电压为26～28V，焊接速度为28～32cm/min；
进行第3焊层焊接时，焊接第3个焊道，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流500～540A，焊接电压为27～29V，焊接速度为28～30cm/min；
进行第4焊层焊接时，焊接第4个焊道，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流580～620A，焊接电压为28～30V，焊接速度为26～32cm/min；
进行第5焊层焊接时，分成两个焊道焊接，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第6焊层焊接时，分成两个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第7焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第8焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第9焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第10焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第11焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用牌号H10Mn2焊丝，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第12焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第13焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第14焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第15焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第16焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第17焊层焊接时，分成三个焊道焊接，采用埋弧焊，采用焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流600～730A，焊接电压为28～34V，焊接速度为30～35cm/min；
内焊缝焊接过程中，焊缝层间温度控制在100～250℃，焊接过程中需随时用红外线测温计检测焊缝层间温度；
步骤四，内焊缝焊接结束后，采用Φ10mm炭弧气刨碳棒对焊缝背面进行气刨清根并打磨干净；
步骤五，先用氧-乙炔火焰对外焊缝坡口两侧2倍钢板厚度的宽度范围内进行均匀加热，并用红外线测温仪在焊缝坡口两侧位置测量温度，保证预热温度为100～150℃，再对外焊缝进行单面多层多道焊接；
进行第1焊层焊接时，焊接第1个焊道，采用埋弧焊，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流500～550A，焊接电压为25～28V，焊接速度为28～30cm/min；
进行第2焊层焊接时，焊接第2个焊道，采用埋弧焊，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流520～580A，焊接电压为26～30V，焊接速度为28～30cm/min；
进行第3焊层焊接时，焊接第3个焊道，采用埋弧焊，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流580～680A，焊接电压为28～33V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第4焊层焊接时，焊接第4个焊道，采用埋弧焊，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流580～680A，焊接电压为28～33V，焊接速度为30～35cm/min；
进行第5焊层焊接时，焊接第5、6个焊道，采用埋弧焊，焊材规格为Φ5mm，焊接电流为直流电流580～630A，焊接电压为28～33V，焊接速度为30～35cm/min；
外焊缝焊接过程中，焊缝层间温度控制在100～250℃，焊接过程中需随时用红外线测温计检测焊缝层间温度；
步骤六，外焊缝焊接完成后要放置24小时释放和消除应力后进行UT检测；
所述卷管纵缝焊接流程包括管节卷制步骤、管节纵缝焊接步骤和管节回圆步骤；
进行管节卷制步骤时，采用数控全液压双驱动四辊卷板机将拼接好的钢板卷制成圆筒形管节，并在纵缝坡口内采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工点焊定位，每处点焊的长度为40～60mm；
进行管节纵缝焊接步骤时，将卷制完成的管节吊至滚轮架上，通过滚轮架将纵缝位置调至最低点，将埋弧焊机小车直接放在管节内参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤三进行纵缝的内焊缝焊接；内焊缝焊接完成后，通过滚轮架将纵缝转至最高点，在可移动升降式焊接操作平台上进行碳弧气刨清根和打磨；埋弧焊机放在焊接操作平台上，调节埋弧焊机小车的移动速度并参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六进行纵缝的外焊缝焊接；
进行管节回圆步骤时，在卷管机内施加一定的压力经多次卷制滚动成圆，并采用激光测距仪与样板尺配套检查，对局部尺寸超标的部位采用点线结合施压，靠近纵焊缝位置辅助于相应尺寸的楔形块加压局部卷动，直到管节的椭圆度符合要求；形成1个单管节；
进行1+1单管节拼接环缝焊接流程时，先对两个单管节吊装至100t滚轮架上进行拼接对位，接着在拼接环缝的外焊缝坡口内用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工焊一层薄底，再将埋弧焊机小车直接放置在管节内进行环缝的内焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤三，然后在可移动升降式焊接操作平台上进行环缝的外焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六，形成2节段管节；
进行2+2节段拼接环缝焊接流程时，先对两个2节段管节吊装至200t滚轮架上进行拼接对位，接着在拼接环缝的外焊缝坡口内用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工焊一层薄底，再将埋弧焊机小车直接放置在管节内进行环缝的内焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤三，然后在场外的焊接操作棚平台上进行环缝的外焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六，形成4节段管节；
进行法兰与单管节焊接流程时，先将法兰与单管节拼接，再将已拼接好的单管节与法兰放置在带可调角度的滚轮架上采用伸臂式埋弧焊机进行内焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤三，然后采用伸臂式埋弧焊机进行外环焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六，形成带法兰的管节；
进行整桩拼接环缝焊接流程时，先将所有的4节段管节和带法兰的管节在拼装平台上拼接成整桩，接着采用6轴线模块运输车将拼接完成的整桩顶升到整桩最低点高于拼装平台最高点后移出拼装平台，运输到1000t滚轮架上就位后，6轴线模块运输车降低高度使拼接完成的整桩平稳落在已调节好高低的1000t滚轮架上，再在所有的拼接环缝的外焊缝坡口内用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊手工焊一层薄底，然后将埋弧焊机小车直接放置在管节内进行所有的环缝的内焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤三，最后移动所述场外的焊接操作棚平台进行环缝的外焊缝焊接，具体焊接步骤参照所述钢板对接纵缝焊接流程的步骤四至步骤六，形成整桩。
2.根据权利要求1所述的海上风电基础钢管桩的焊接工艺，其特征在于，进行1+1单管节拼接环缝焊接流程的所述拼接对位和进行2+2节段拼接环缝焊接流程的所述拼接对位时，两个对接的管节的纵焊缝应错开90±5°，对局部对接错位量超标的，用横向千斤顶进行微调，调整对位后进行点焊定位。
3.根据权利要求1所述的海上风电基础钢管桩的焊接工艺，其特征在于，进行法兰与单管节焊接流程的法兰与单管节拼接时包括以下步骤：
1)加工制作一个标准水平的平台；
2)将法兰放置在标准水平的平台上，焊接面朝下；用激光测平仪检测法兰的平面度和内倾角，保证其公差满足设计要求；
3)将已焊接且检测合格的管节垂直与法兰组对，再用激光测平仪检测法兰的平面度和内倾角，用经纬仪检测各个位置的垂直度，满足设计要求后采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊点焊定位；
4)拼接完成后，将上法兰和待焊接法兰对锁后再进行焊接。
4.根据权利要求1所述的海上风电基础钢管桩的焊接工艺，其特征在于，进行整桩拼接环缝焊接流程的拼接成整桩时，是在由600t滚轮架和500t管道组对机构成的所述拼装平台上进行，包括以下步骤：
1)用两台门架将一个4节段管节放置在600t滚轮架，在500t管道组对机上放置另一个4节段管节，通过600t滚轮架的水平移动和500t管道组对机的升降进行调节，两个对接的管节的纵焊缝应错开90±5°，使两个4节段管节的轴线误差在允许范围内，对局部对接有错台的，用横向千斤顶进行微调，之后对环缝进行气体保护焊打底，再沿同一转动方向按照跳开30cm焊接10cm的方式用二氧化碳气体保护焊点焊定位；
2)500t管道组对机顶升抬起拼接好的管段，再将600t滚轮架向500t管道组对机侧移动，500t管道组对机下降，使位于500t组对机上的拼接好的管段下落至600t滚轮架上，500t管道组对机向外移动进行下一个4节段管节拼接，拼接方式同上，直到拼接成整桩；
3)拼接带法兰的管节，调整带法兰的管节与整桩的直线度、法兰与整桩的垂直度和法兰面的平整度达到允许偏差后，采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊点焊定位。
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