CN110421320A - 一种绞吸式挖泥船的定位钢桩焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种绞吸式挖泥船的定位钢桩焊接工艺，钢桩由若干筒节组装而成，步骤包括：步骤1、板材下料前进行预处理；步骤2、将板材下料卷制成筒节,筒节钢板卷制前现对纵缝对接两端进行弧形压制；步骤3、筒节按焊接工艺进行焊接；步骤4、采用分段组装方案滚轮胎架上进行整体拼装对接；步骤5、钢桩制作检验合格后进行涂装工作。本发明的有益效果是：使钢桩的强度高，满足高精度定位作业的需要。

Description

一种绞吸式挖泥船的定位钢桩焊接工艺

技术领域

本发明涉及船舶疏浚设备技术领域，特别是一种绞吸式挖泥船的定位钢桩焊接工艺。

背景技术

大型绞吸挖泥船是航道疏浚和港口建设疏浚的主力船型之一，随着疏浚需求的不断加大，绞吸挖泥船正向大型化方向发展。5000kW绞刀功率绞吸式挖泥船是一种系统复杂、技术含量很高的疏浚技术装备。其中定位钢桩台车系统是大型绞吸挖泥船核心关键系统。定位钢桩台车系统主要由主桩台车装置和副桩装置两部分组成。主桩一般置于船艉或船艏中间开槽内的台车上，台车上有一组轮子可以在槽内的轨道上前后移动，靠台车上的油缸推拉船体移动；辅桩一般固定于左或右舷的尾端或首端，配合主桩实现挖泥船的移船操作，台车的初始一般位于开槽前端且主钢桩插入泥中，绞刀在横移绞车的驱动下扇形扫挖泥面，当绞刀头达到挖泥深度后需移动船位，台车的行走油缸顶推或拉船体向前移动，直到台车行走至开槽尾端，待又需移动船位时，辅桩下放至泥中，主桩升起一定高度，用行走油缸拖拉台车至开槽前端，主桩下放、辅桩升起，下一个移船周期开始。

绞吸式挖泥船一般包含2根定位钢桩，分别是主桩(又称工作桩，安装在台车上)和辅桩。挖泥船利用辅桩和工作桩实现疏浚期间的定位和进料，挖泥船以定位桩(工作桩)为固定支点做圆弧形摆动(定位桩放置在可移动钢桩台车上)。另一只桩为辅助桩，一般置于船尾右舷一侧，用于船体移动时定位。钢桩台车利用液压缸可移动4-6m的距离，推动绞吸式挖泥船向前移动。绞刀头以定位桩为中心依圆弧进行工作。大型绞吸式挖泥船定位桩的桩体是由钢板制成管型并焊接而成的，绞吸式挖泥船是目前在疏浚工程中运用较广泛的一种船舶，该船操作简单，易于控制，依靠船艉的台车使钢桩定位和前进，由两根桩交替运动，迈步向前，其定位钢桩在工作状态下受力非常的大，所以需要超高强钢来制作，而此类超高强钢的焊接具有相当难度，很容易产生裂纹。高强度钢施工不易，如施工不当，则钢桩精度不高，使其定位不精准，会影响到后期船舶施工。

发明内容

为解决现有技术的缺陷，本发明的技术方案提出的一种能提高钢桩强度的绞吸式挖泥船的定位钢桩焊接工艺，是通过如下技术方案实现的。

一种绞吸式挖泥船的定位钢桩焊接工艺，定位钢桩由若干筒节组装而成，步骤包括：

步骤1、板材下料前进行预处理；

步骤2、将板材下料卷制成筒节，筒节钢板卷制前现对纵缝对接两端进行弧形压制；

步骤3、筒节按焊接工艺进行焊接；

步骤4、采用分段组装方案滚轮胎架上进行整体拼装对接；

步骤5、钢桩制作检验合格后进行涂装工作。

进一步地，选择经预处理的高强钢板材下料，下料尺寸精度控制在≤1m m，对角线误差在1mm以下，卷管纵向焊缝为“X”坡口，中间留根2mm，管与管对接采用“v”字型式，下料注意板材正反面，考虑到板厚差位置对接应开好过渡坡口。

进一步地，筒节钢板卷制前现对纵缝对接两端进行弧形压制，压制成型后再在卷板机上卷制成型，筒节成型后直径公差及圆度公差控制在±3mm。

进一步地，筒节焊接过程中，对高强钢应做好焊前预热、焊后保温消氢处理，每段筒节焊接完毕后进行超声波探。

进一步地，将筒节吊至滚轮胎架上，并保证其与胎架模板完全贴合，对接中每两段筒节应留2mm焊接收缩余量；纵向焊缝应错开约300mm，各筒节安装后应保证同心，筒节组装理论中心采用激光经纬仪取定，误差控制0.5mm；安装完毕后按焊接工艺对筒节进行对接焊接，并做好焊前预热、焊后保温处理，焊后应进行直线度校正，直线度控制在±2mm。

进一步地，采用分段组装方案滚轮胎架上进行整体拼装对接；直线度精度控制采用每隔8米拉钢丝线加激光经纬仪配合火工校正；校正合格后将桩头、桩尾构件焊接组装。定位钢桩整体直径的圆度公差±5mm,总长度直线度≤5mm，≤1mm/1000mm。

进一步地，焊接时先焊接内侧环焊缝，将主动滚轮钢管转动线速度调为焊接速度，在钢管内焊接内侧环焊缝，在活动焊接支架上焊接外侧环焊缝。

进一步地，钢桩制作检验合格后进行涂装工作，钢桩体内部采用机械打磨方法进行局部除锈，表面清洁度为Sa2.5级，最后表面刷漆。

本发明的有益效果是：使钢桩的强度高，满足高精度定位作业的需要。

附图说明

图1是本发明的钢桩结构示意图。

图2是本发明的钢桩分段组装示意图，其中图2-1是钢桩正面视角示意图，图2-2是钢桩侧面视角示意图。

图3是本发明的定位钢桩合拢示意图。

图4是本发明中焊接时双面V型坡口形式示意图。

图5是本发明定位钢桩施工完成后的有限元模型图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一，本发明的钢桩材质采用高强度钢DH360～Q690D，本实施例以Q690D高强钢为例，结合本发明的步骤进行说明。

如图1所示，定位钢桩应用于5000KW绞刀功率绞吸式挖泥船，是其柔性钢桩定位系统的重要组成部分，钢桩直径约2.2米，长约55米；本发明涉及的一种绞吸式挖泥船的定位钢桩焊接方法，定位钢桩由若干筒节组装而成，步骤包括：

步骤1、板材下料前进行预处理；

步骤2、将板材下料卷制成筒节，筒节钢板卷制前现对纵缝对接两端进行弧形压制；

步骤3、筒节按焊接工艺进行焊接；

步骤4、采用分段组装方案滚轮胎架上进行整体拼装对接；

步骤5、钢桩制作检验合格后进行涂装工作。

步骤1中，选择经预处理的高强钢板材下料，下料尺寸精度控制在≤1m m，对角线误差在1mm以下，卷管纵向焊缝为“X”坡口，中间留根2mm，管与管对接采用“v”字型式，下料注意板材正反面，考虑到板厚差位置对接应开好过渡坡口。

如图4所示，为了减少焊接变形，及提高焊接效率，采用双面V型坡口形式。焊前将坡口两侧20～30mm范围内的水分油污等杂质清理干净，并通过打磨呈现出金属光泽，焊丝表面进行相应处理，以防有害杂质对焊接过程造成不利影响。

步骤2中，筒节钢板卷制前现对纵缝对接两端进行弧形压制，压制成型后再在卷板机上卷制成型，筒节成型后直径公差及圆度公差控制在±3mm。

弧形压制后进行校圆，使两端的弧度满足下一步施工需要，将已校圆并加强完毕的两段筒体分别吊入到滚轮架上拼接，拼接时拉出筒体中心线，保证各筒体之间弯曲度满足要求，筒体外侧平齐，定位焊，然后按照专项焊接工艺正式焊接。

步骤2中，筒节焊接过程中，对高强钢应做好焊前预热、焊后保温消氢处理，每段筒节焊接完毕后进行超声波探。

焊接时，故采用富氩气体保护焊(GMAW)打底加埋弧自动焊(SAW)填充盖面的组合焊焊接方法，减少碳弧气刨量。

步骤3中，如图2中的图2-1和图2-2所示，将筒节吊至滚轮胎架上，并保证其与胎架模板完全贴合，对接中每两段筒节应留2mm焊接收缩余量；纵向焊缝应错开约300mm，各筒节安装后应保证同心，筒节组装理论中心采用激光经纬仪取定，误差控制0.5mm；安装完毕后按焊接工艺对筒节进行对接焊接，并做好焊前预热、焊后保温处理，焊后应进行直线度校正，直线度控制在±2mm。

以Q690D高强钢为例，在焊接过程中主要易造成氢致裂纹(延时裂纹)以及焊接热影响区软化、韧性下降等问题。为了避免产生氢致裂纹，同时减小焊缝及热影响区的淬硬倾向，提高焊接接头的抗裂性，焊接前须将Q690D高强钢试板进行预热。

预热温度可以按下式进行计算：

T＝1440PW-392

PW＝PCM+H/60+h/600

式中，PW为冷裂纹敏感指数；PCM为冷裂纹敏感系数；H为氢含量；h试板的厚度。

Q690D钢材在较为苛刻的拘束条件下，选用常温焊接的表面裂纹率为63％、断面裂纹率为100％；而在预热温度80℃-150℃时，经过多次试验，表面裂纹率以及断面裂纹率均为零。因此，Q690E预热温度的选用至少在80℃以上才能预防焊接冷裂纹的发生。在此，选用预热温度为150℃进行试验。

对于Q690D超高强度钢严格按照焊接工艺的坡口角度、装配间隙进行，避免过大的装配应力产生，装配定位焊长度不小于50mm，并确保有足够的强度。

焊接时首先用GMAW进行打底焊接，然后采用SAW按照表1焊接工艺参数进行多层多道焊接至1/4T处，其后反面气刨清根打磨处理，应将渗碳层完全磨掉，并露出金属光泽，然后将反面焊接直到坡口填满，最后再焊接正面剩余部分。

表1 Q690D钢焊接工艺规范

步骤4中，采用分段组装方案滚轮胎架上进行整体拼装对接；直线度精度控制采用每隔8米拉钢丝线加激光经纬仪配合火工校正；校正合格后将桩头、

桩尾构件焊接组装。定位钢桩整体直径的圆度公差±5mm,总长度直线度≤5mm，≤1mm/1000mm。

步骤5中，如图3所示，焊接时先焊接内侧环焊缝，将主动滚轮钢管转动线速度调为焊接速度，在钢管内焊接内侧环焊缝，在活动焊接支架上焊接外侧环焊缝。环焊缝焊接严格按焊接工艺进行，对高强钢应做好焊前预热、焊后保温消氢处理。每段筒节焊接完毕后进行超声波探伤，焊后校正达到图纸的圆度和直线度要求。

Q690D高强钢在焊接以后，经200℃焊后消氢处理，保温2小时后缓冷，冷却速度不大于50℃/h，尽量减少氢致裂纹的可能。

钢桩制作检验合格后进行涂装工作，钢桩体内部采用机械打磨方法进行局部除锈，表面清洁度为Sa2.5级，最后表面刷漆。

如下表2-表4所示，制作完成后必须进行检验，检验的项目如下：

表2Q690对接焊接头力学性能——拉伸试验

表3Q690对接焊接头力学性能——冷弯试验

表4Q690对接焊接头力学性能——冲击试验

试样规格：10×10×55mm/试验温度：-20℃/缺口形式、方向：夏比V型缺口、横向

通过合理的坡口设计，及使用匹配的焊接材料，经验证的焊接参数、焊接顺序、焊前预热温度、焊后的消氢处理等完美的结合，我们得到的焊接接头机械性能完全满足规范要求，可以待应用于生产上的焊接。

如图5所示，通过钢桩的有限元结构分析，钢桩各节点的强度均符合要求。

在钢桩制作完成后，进行桩腿反力测试，测试条件是：

风：17.1m/s；

波浪：Hs＝1.7m，T＝7s；

流：3kn；

绞刀功率：5000kW；

绞刀转速：30rpm；

桩腿反力计算结果：P＝204t。

测试结果可满足5000KW绞刀功率绞吸式挖泥船的钢桩定位系统，通过该钢桩系统，在风速7级(17.1m/s)的情况下(超过7级按规定不可施工)，采用钢桩实施精准的定位，不受环境的影响。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种绞吸式挖泥船的定位钢桩焊接工艺，钢桩由若干筒节组装而成，其特征在于，步骤包括：

步骤1、板材下料前进行预处理；

步骤2、将板材下料卷制成筒节，筒节钢板卷制前现对纵缝对接两端进行弧形压制；

步骤3、筒节按焊接工艺进行焊接；

步骤4、采用分段组装方案滚轮胎架上进行整体拼装对接；

步骤5、钢桩制作检验合格后进行涂装工作。

2.根据权利要求1的定位钢桩焊接工艺，其特征在于，选择经预处理的高强钢板材下料，下料尺寸精度控制在≤1mm，对角线误差在1mm以下，卷管纵向焊缝为“X”坡口，中间留根2mm，管与管对接采用“v”字型式，下料注意板材正反面，考虑到板厚差位置对接应开好过渡坡口。

3.根据权利要求1的定位钢桩焊接工艺，其特征在于，筒节钢板卷制前现对纵缝对接两端进行弧形压制，压制成型后再在卷板机上卷制成型，筒节成型后直径公差及圆度公差控制在±3mm。

4.根据权利要求1的定位钢桩焊接工艺，其特征在于，筒节焊接过程中，对高强钢应做好焊前预热、焊后保温消氢处理，每段筒节焊接完毕后进行超声波探。

5.根据权利要求1的定位钢桩焊接工艺，其特征在于，将筒节吊至滚轮胎架上，并保证其与胎架模板完全贴合，对接中每两段筒节应留2mm焊接收缩余量；纵向焊缝应错开约300mm，各筒节安装后应保证同心，筒节组装理论中心采用激光经纬仪取定，误差控制0.5mm；安装完毕后按焊接工艺对筒节进行对接焊接，并做好焊前预热、焊后保温处理，焊后应进行直线度校正，直线度控制在±2mm。

6.根据权利要求5的定位钢桩焊接工艺，其特征在于，采用分段组装方案滚轮胎架上进行整体拼装对接；直线度精度控制采用每隔8米拉钢丝线加激光经纬仪配合火工校正；校正合格后将桩头、桩尾构件焊接组装。

7.根据权利要求5的定位钢桩焊接工艺，其特征在于，焊接时先焊接内侧环焊缝，将主动滚轮钢管转动线速度调为焊接速度，在钢管内焊接内侧环焊缝，在活动焊接支架上焊接外侧环焊缝。

8.根据权利要求1的定位钢桩焊接工艺，其特征在于，钢桩制作检验合格后进行涂装工作，钢桩体内部采用机械打磨方法进行局部除锈，表面清洁度为Sa2.5级，最后表面刷漆。

9.根据权利要求1的定位钢桩焊接工艺，其特征在于，预热时，预热温度可以按下式进行计算：

T＝1440PW-392

PW＝PCM+H/60+h/600

式中，PW为冷裂纹敏感指数；PCM为冷裂纹敏感系数；H为氢含量；h试板的厚度。