CN113020759A - 一种大型导管架基础过渡段与成品法兰连接的建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大型导管架基础过渡段与成品法兰连接的建造方法，具体内容为：法兰装焊建造采用正造法，建造时首先制作完成过渡段；S2、自然状态下与法兰安装焊接；S3、对过渡段中心筒体端口尺寸进行检查；S4、装配，安装调节工装和导向板，法兰和过渡段按等分线对应调整；S5、定位，在焊缝外侧定位焊；S5、焊前准备；S6、加热；S7、焊接，如此内外侧交替、多层多道焊，直至焊接完成；S8、焊后处理。本发明的有益效果为：本发明的成品法兰与过渡段的装焊采用正造法，在没有任何外力作用下，采用内外侧交替焊接、焊接量的调整，实现法兰自由状态下，建造过程不借用外力、焊后无矫正、无返修与过渡段一次性焊接合格。

Description

一种大型导管架基础过渡段与成品法兰连接的建造方法

技术领域

本发明涉及海工装备制造技术领域，尤其涉及一种大型导管架基础过渡段与成品法兰连接的建造方法。

背景技术

导管架作为海上结构的基础，承载着海工产品的整个结构重量，法兰作为海工产品上部结构与导管架连接的重要部件，其尺寸精度、焊接强度对项目的建造起到关键的作用。

以往导管架的成品法兰与筒体焊接时，均采用反造法，将法兰倒扣在筒体下方法兰焊接工装上，对法兰采用刚性约束。这种建造方法虽然能保证法兰精度尺寸，焊接过程中，焊缝内部存在应力，同时后期过渡段结构制作过程，需要进行构件翻身，增加工作难度，且建造周期延长，同时因后期过渡段制作，中心筒体存在构件的装焊，很难保证过渡段的焊接不影响法兰整体尺寸，存在不可控因素。

目前技术难点：

1.法兰直径达7m，高空中无法对法兰采取刚性约束，法兰装配焊接均处于自由状态，焊接变形难控制；

2.正态安装法兰，法兰与过渡段筒体对接焊缝处于高空横焊位置、厚板多层多道焊，填充量较大，不可控过程较长；

3.成品法兰为锻件，过渡段中心筒体为高强度船用结构钢，属于不同类型级别的钢材焊接；

4.焊接过程中需要加温，高温状态下，法兰整体平整度的变形无规律，法兰装焊过程中尺寸进度不可控；

5.法兰与过渡段筒体对接焊后，整体平面度1.5mm以内，法兰内倾度要求1.5mm以内，椭圆度不大于4mm，主筒体与法兰平面垂直度不大于3mm，焊后尺寸精度要求高；

6.为了保证过渡段的整体建造质量，要求焊后精度尺寸及焊缝质量一次性达到要求，不校火、不返修。

7.导管架高度过高，需要采用吊索具平台来实现安装建造，对于施工者来说存在一定的安全隐患。

高精度的建造要求、多方面的不可控因素，决定了导管架基础过渡段与法兰连接建造是导管架建造中最具有难度，最具挑战性，且最为关键步骤。

如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型导管架基础过渡段与成品法兰连接的建造方法，成品法兰与过渡段的装焊采用正造法，减少过渡段建造中的翻身，规避传统先装法兰再安装结构带来的不可控因素；建造过程不借用外力，降低刚性约束引起的焊接应力对焊缝质量的影响；在没有任何外力作用下，通过控制法兰建造过程中的装配尺寸及焊接工艺，采用内外侧交替焊接，首次实现法兰自由状态下，焊后无矫正、无返修与过渡段一次性焊接合格，提高导管架建造效率，降低成本，减少建造周期。

本发明是通过如下措施实现的：一种大型导管架基础过渡段与成品法兰连接的建造方法，包括以下内容：

步骤1：建造前过渡段整体完成，并对过渡段中心筒体端口尺寸进行检查。

步骤2：装配，安装调节工装和导向板，法兰和过渡段按等分线对应调整，保证法兰和过渡段筒体装配时的精度尺寸，法兰与过渡段坡口之间的间隙≤3mm，错边≤3mm。

步骤3：定位，在焊缝外侧定位焊，预热温度110℃，定位焊缝长度≥100mm，定位焊缝间距300mm，定位焊缝厚度8～12mm。

步骤4：焊前准备，法兰均布37个测量点，焊缝等分6大片区，6名焊工同时同方向不间断焊接，焊接方法：药芯焊丝CO2气保焊,焊材：SQJ501NiL(φ1.2mm)。

步骤5：加热，采用陶瓷电加热，加热温度≥110℃，层间最高温度230℃，加温必须确保焊缝区域整体受热均匀，内侧焊缝焊接时，在外侧整圈加热，外侧焊缝焊接时，在内侧整圈加热。

步骤6：焊接，先焊接内侧，打底两层后，松开调整工装，内侧焊接四层后，停止焊接；再次安装调节工装，对焊缝外侧根部碳刨，碳刨深度约35mm，碳刨后保证法兰有内倾余量；外侧焊接三层，过程中法兰内倾度≤0mm时，外侧焊缝停止焊接，交替至内侧焊缝焊接，如此内外侧交替、多层多道焊，直至焊接完成，焊接过程中随时检测法兰变形情况，结合精度测量实际尺寸对两侧焊缝厚度进行实时调整。

焊接参数：电流170～230A，电压21～24V，焊接速度140～220mm/min，焊接线能量1.0～2.0KJ/mm。

步骤7：焊后处理。焊接完成后，立即采用保温棉覆盖缓冷，冷却至常温后用激光平面仪进行整体测量。

与业内大型导管架法兰与过渡段焊接后需对筒体校火的建造技术相比，本发明对过渡段和法兰连接采用正造法，通过对法兰建造前装配尺寸的控制、建造过程中焊接顺序、焊接参数、焊接填充量的调整，整个建造过程中结合尺寸检测，采用内外侧交替焊接，最终国内首次实现成品法兰与过渡段一次性焊接合格，且焊后无矫正、无返修。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)、本发明成品法兰与过渡段的装焊采用正造法，减少过渡段建造中的翻身，规避传统先装法兰再安装结构带来的不可控因素；建造过程不借用外力，降低刚性约束引起的焊接应力对焊缝质量的影响；在没有任何外力作用下，通过控制法兰建造过程中的装配尺寸及焊接工艺，采用内外侧交替焊接，最终国内首次实现法兰自由状态下，焊后无矫正、无返修与过渡段一次性焊接合格，提高导管架建造效率，降低成本，减少建造周期。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明实施例的法兰与过渡段连接的整体结构示意图。

图2为本发明实施例的法兰调节工装示意图。

图3为本发明实施例的吊装前法兰与筒体划等分线的示意图。

图4为本发明实施例的精控测量点分布图。

图5为本发明实施例的焊缝等分示意图。

图6为本发明实施例的内侧焊接，外侧整圈加热示意图。

图7为本发明实施例的外侧焊接，内侧整圈加热示意图。

图8为本发明实施例的板厚方向焊接顺序示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

参见图1至图8，本实施例采用钢质空间框架式结构导管架，研究导管架法兰与过渡段连接建造技术，参见图1。

本导管架法兰型式为带颈锻造法兰，材质Q355NE-Z35，规格Φ7000*305*230mm；过渡段筒体材质EH36-Z35，规格75*2070*10878mm；法兰与过渡段筒体建造技术要求：

步骤1：过渡段建造前状态要求：

过渡段筒体的所有焊接、探伤及返修工作全部完成；

焊前过渡段筒体尺寸要求：筒体垂直度偏差需＜2mm，筒体周长与法兰周长对比偏差≤10mm，筒体上口水平偏差≤1mm，筒体椭圆度≤4mm；

步骤2：过渡段与法兰装配

法兰吊装前，将法兰调节工装和导向板焊接到筒体上，参见图2，控制法兰与过渡段的间隙,法兰螺栓孔需与底座螺栓孔相对应，确保螺柱和螺母，垫片的安装；

法兰和中心筒体装配前划出四等分线，法兰吊装到位后，将各区域等分线对应调整，周长存在偏差时，在四等分区域内进行偏差的均分调整，以保证法兰与筒体错位均匀，参见图3；

装配过程中采用法兰调节工装调整法兰整体水平、法兰与筒体中心垂直度等，装配后用激光平面仪按要求测量整体平面度，经测量和检验合格后进行定位焊接；

焊缝坡口装配尺寸要求：间隙≤3mm，错边≤3mm；

装配精度要求：椭圆度≤4mm，平整度≤1mm，法兰内倾度0～1.5mm。

步骤3：定位

在筒体外侧进行定位焊接，定位焊预热温度110℃，定位焊缝长度≥100mm，定位焊缝间距300mm，定位焊缝厚度8～12mm；

步骤4：焊前准备

法兰均布37个测量点，并做好标记，每次测量均按照标记好的测量点进行测量，参见图4；

焊缝等分6大片区，参见图5，并现场划线，每片区标注焊工、实时焊道等信息；

焊接方法：药芯焊丝CO2气保焊,焊材：SQJ501NiL(φ1.2mm)。

步骤5：加热

加热方式：陶瓷电加热方式；

温度要求：预热温度≥110℃，层间最高温度230℃；

单道焊缝的整个焊接过程(打底、焊接、碳刨)需连续进行，各个环节过程中，温度控制在110℃～230℃；

测温点应在加热面背面，加温必须确保焊缝区域整体受热均匀；

内侧焊缝焊接时，外侧整圈加热片加热，参见图6，外侧焊缝焊接时，内侧整圈加热片加热，参见图7。

步骤6：焊接

焊接参数：电流170～230A，电压21～24V，焊接速度140～220mm/min，焊接线能量1.0～2.0KJ/mm；

先焊内侧，打底焊一层后，对“椭圆度、平整度、内倾度、垂直度”精度测量一次，打底两层(焊缝厚度8～10mm)后，松开法兰固定工装，精度测量一次；

打底焊后，每焊两层精度测量一次。

内侧焊接四层，焊缝厚度28～30mm，法兰内倾度1.5～2.5mm，内侧焊缝停止焊接，对焊缝外侧根部碳刨；

背面碳刨前将调节工装再次固定好，碳刨深度约30～35mm，碳刨凹槽根部打磨成最小半径约为10mm的弧度，碳刨坡口角度≥50℃；

碳刨后，对“椭圆度、平整度、内倾度、垂直度”精度测量一次，保证法兰有内倾余量；

碳弧气刨后凹槽表面渗碳层打磨至见白，其表面打磨光滑圆顺；

对外侧焊接三层，焊接厚度15～20mm，法兰内倾度≤0mm时，外侧焊缝停止焊接，交替至内侧焊缝焊接；

整个焊缝采用内外侧交替焊接，焊接过程中随时检测法兰变形情况，结合精度测量实际尺寸对两侧焊缝厚度进行实时调整，参见图7；

焊缝采用多层多道焊，焊接过程中及时做好清渣工作，对焊缝进行锤击消除局部焊接应力，检查确认焊缝质量合格后再开始下一道焊缝的焊接；

多层多道焊的焊接过程中，各层焊缝的接头需错开30～50mm，单道焊焊缝宽度12～14mm；

焊道端部，打磨平滑过渡，无突变。

步骤7：焊后处理

焊接工作完成后，立即采用保温棉覆盖缓冷；

法兰与过渡段连接部位冷却至常温后用激光平面仪进行整体测量，测得数据如下表所示：

项目名称	数据
		法兰平整度	0～1.5mm
法兰内倾度	0～1.5mm
		法兰椭圆度	≤4mm
主筒体与法兰平面垂直度	≤3mm

记录:过程测量数据要按照要求做好记录，标明项目名称及机位号、层数、温度、测量仪器、测量时间、测量人员、检测结果等；

焊后进行无损探伤检查。

步骤8：安全

高空作业搭建双向安全通道，便于人员进出和在遇见危险时及时撤离，同时便于现场对各项要求进行巡检；

现场需配备灭火器；

焊接前检查焊接设备、电加热设备、电缆，对受损的线缆及时进行修理和更换；

现场人员劳护用品需佩戴齐全。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (3)

1.一种大型导管架基础过渡段与成品法兰连接的建造方法，其特征在于，包括以下内容：

S1、法兰装焊建造采用正造法，建造时首先制作完成过渡段，将大量焊接工作量在法兰装焊前全部完成，过渡段结构件建造完工后，过渡段结构整体松胎，将渡段结构建造过程中引起的应力进行释放；

S2、过渡段处于正态下，安装成品法兰，法兰及过渡段均不进行任何约束，完全处于自然状态下与法兰安装焊接；

S3、对过渡段中心筒体端口尺寸进行检查，筒体垂直度偏差需＜2mm，筒体与法兰周长对比偏差≤10mm，筒体上口水平偏差≤1mm，筒体椭圆度≤4mm；

S4、装配，安装调节工装和导向板，法兰和过渡段按等分线对应调整，保证法兰和过渡段筒体装配时的精度尺寸，法兰与过渡段坡口之间的间隙≤3mm，错边≤3mm；

S5、定位，在焊缝外侧定位焊，预热温度110℃，定位焊缝长度≥100mm，定位焊缝间距300mm，定位焊缝厚度8～12mm；

S5、焊前准备，法兰均布37个测量点，焊缝等分6大片区，6名焊工同时同方向不间断焊接，焊接方法：药芯焊丝CO₂气保焊,焊材：SQJ501NiL(φ1.2mm)；

S6、加热，采用陶瓷电加热，加热温度≥110℃，层间最高温度230℃，加温确保焊缝区域整体受热均匀，内侧焊缝焊接时，在外侧整圈加热，外侧焊缝焊接时，在内侧整圈加热；

S7、焊接，先焊接内侧，打底两层后，松开调整工装，内侧焊接四层后，停止焊接；再次安装调节工装，对焊缝外侧根部碳刨，碳刨深度30～35mm，碳刨后保证法兰有内倾余量；外侧焊接三层，过程中法兰内倾度≤0mm时，外侧焊缝停止焊接，交替至内侧焊缝焊接，如此内外侧交替、多层多道焊，直至焊接完成；

S8、焊后处理，焊接完成后，立即采用保温棉覆盖缓冷，冷却至常温后用激光平面仪进行整体测量。

2.根据权利要求1所述的大型导管架基础过渡段与成品法兰连接的建造方法，其特征在于，所述步骤S7中，焊接过程中随时检测法兰变形情况，结合精度测量实际尺寸对两侧焊缝厚度进行实时调整。

3.根据权利要求2所述的大型导管架基础过渡段与成品法兰连接的建造方法，其特征在于，所述步骤焊接参数：电流170～230A，电压21～24V，焊接速度140～220mm/min，焊接线能量1.0～2.0KJ/mm。

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