一种用于大直径变径段钢管桩钢板拼接施工工艺
技术领域
本发明属于钢结构制造领域,具体涉及一种用于大直径变径段钢管桩钢板拼接施工工艺。
背景技术
单桩基础在海上风电中应用比较广泛,近年来,随着风机装机容量提高,单桩直径也随之变大,直径普遍在7~9m之间,钢管桩是由管节组对而成,每个管节都是由矩形板或者弧形板通过卷板机卷圆而成。由于单桩直径大,矩形板长度超过普通标准,以直径7m为例,其长度需要21.98m,而国内大型钢厂,生产的钢板长度一般都在是14m以内,否则生产成本和运输成本都会大幅增加。因此,对于大直径钢管桩,制作厂都是用两张及以上钢板拼接使用。
目前,国内生产的大直径钢管桩通常存在一段或多段变径段。以上海新能源奉贤项目钢管桩为例,钢管桩长度72m,上口直径7m,下口直径8m,于+5m~-7m标高范围内存在一过渡段,该段的管节不是规则的圆,而是类似于圆台的形状。对于直径段的管节,其拼板是由两张矩形板焊接,施工相对较简单,按常规施工流程下料-制坡-拼板,即先坡后拼,施工中控制钢板下料精度和拼板尺寸精度,整板卷圆后,管节可以达到技术规范要求。而对于变径段管节,其管节展开后是弧形板,如果采用先坡后拼工艺,需要先切割出两张弧形板,并四周制坡,然后将两张弧形板拼接在一起,拼接时需要控制两张板的弧线在一条圆弧上。对于四边制坡的弧形板,则需要同时控制三个面在一条圆弧上,分别为上坡口面、下坡口面和钝边面(如图1所示),增加了施工难度,现场施工操作误差较大,尺寸精度控制比较困难。焊接完成后按技术要求将焊缝边缘处打磨齐平,使钢板边缘处的焊缝沿弧线圆滑过渡。而且按此工艺组织生产时,管节卷圆后会出现合拢口处间隙大,上下口面不齐平等问题,质量难以控制,影响施工进度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于大直径变径段钢管桩钢板拼接施工工艺,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种用于大直径变径段钢管桩钢板拼接施工工艺,包括以下步骤:
A)材料验收:根据加工图纸和供货清单,将用在变径段管节上的两张钢板挑选出来,按同炉批号、同材质、同尺寸分类,确保钢板和变径段管节编号一一对应,钢板长度、宽度方向都会比理论尺寸留有2公分左右的余量;
B)钢板修边:计算出修边角度,并按照计算出的角度切割钢板;
C)钢板拼接:调整钢板,使钢板修边后的一侧对齐,调整钢板并焊接拼接,使钢板的修边处吻合;由于钢板长宽方向仅有2公分的余量,因此拼板时的尺寸控制比较重要,如若控制不好,则难以切割出想要的弧形板,耽误工期质量;
D)切割制坡:钢板拼接完成后,转序至下料工位,用切割机切割成弧形板,整个弧形板线条光滑连续,切割后在钢板四边打坡口,打坡口时注意钢板的修编位置是否对称;按照提供的坡口通图开设坡口角度,误差在±1°以内
E)卷圆:将打坡口后的钢板放置卷板机上进行卷圆。
本发明的进一步改进在于,所述步骤B)修边时,若变径段为双拼板,设变径段管节上口直径为d,下口直径为D,变径母线长度为L,则单张钢板修边角度为:
(如图2-图3所示);变径段为三拼板时,管节对口拼装,相邻管节的纵焊缝间距必须错开1/8周长以上,因此,只有保证三张钢板长度比例为2:3:3,才能使三张钢板拼接卷圆后,分别占整圆的八分之二、八分之三、八分之三,转化成角度关系就是90°、135°、135°,将三张钢板标记为A板、B板、C板,且三张板的长度比为2:3:3,设变径段管节上口直径为d,下口直径为D,变径母线长度为L,则A板、B板、C板的修边角度分别为:
其中A板为中间板,需要修两条边,需要注意修边长度要与零件长度方向一致,(如图4-图6所示);然后将修边零件导入套料软件中,生产切割程序,在切割机上将钢板宽度方向按切割程序切除一个修边的角度,切割完成后可用角度尺复检角度。
本发明的进一步改进在于,所述步骤D)变径段为双拼板时,尺寸控制利用等腰三角形原理,先调整两钢板,将两块钢板的锐角对齐,记为定点O,以O为定点,依次调整钢板,使其修边处吻合,沿顶点O往两侧各5-7m处标记两点A、B,测量AB之间直线距离,与理论距离相比较,保证误差范围在±2mm之内,则说明拼接后两钢板的夹角是比较准确的,为确保精度,同时测量顶点到直线AB的垂直距离,与理论距离比较,在误差范围±2mm之内进行复验;变径段为三拼板时,尺寸控制利用等腰梯形原理,先调整三张钢板:A板、B板、C板,使此三张钢板钝角处对齐,分别记为定点O1、O2,以定点为固定轴,一次调整钢板,使其修边处吻合,实用测量工具沿顶点往两侧各5-7m处标记两点E、F,测量EF之间的直线距离,与理论距离相比较,保证误差范围在±2mm之内,为确保精度,分别测量O1、O2到直线EF的垂直距离,与理论距离相比较,保证误差范围在±2mm以内,进行复验(如图7所示)。
本发明的进一步改进在于,所述步骤B)修边时,对角度要求比较严格,由于定尺钢板留有的余量比较小,如果角度切割误差大,则会给后道拼板工序带来更严格的要求,因此施工前应多次核算修边角度值,实际施工中,修边前会先用数控火焰切割机在钢板上空跑一圈,在钢板上留下零件的印记,确保零件不会超出钢板尺寸范围外。
修边前,要注意钢板修边的位置,由于修边后的钢板需要对接,因此两张钢板的修边位置应是相反的,否则钢板需要进行翻身工作,增加工作量和风险性。
另外因为考虑成本以及运输问题,弧形钢板备料都是按能包住该零件的最小长方形,长宽方向加上余量所得,如下图所示。因此三拼板时,为保证拼接完成后钢板A能包络住其对应的零件,需要将其两侧修边,使其修边后长边方向与零件的长边方向一致(如图8所示)。
本发明的技术效果和优点:
本发明采用先拼后坡的加工工艺,提高了变径段钢板拼接质量,细化了加工工序,加工过程中钢板无需翻身,降低了工作量和风险性;钢板拼接时按照本方法所提供的几何关系测量尺寸,能够将精度严格控制在误差范围内,钢板拼完后再打坡口,能够保证对接缝处的坡口圆滑过渡,同时提高钢板卷圆后上下口的平整度,最终提高了卷板曲率的精度。
附图说明
图1为钢板截面坡口示意图;
图2为变径段关节立体图;
图3为变径段钢板修边图;
图4为A板修边图;
图5为B板修边图;
图6为C板修边图;
图7为锥端三拼板修边图;
图8为备料钢板与修边后钢板的对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1-图8示出了一种用于大直径变径段钢管桩钢板拼接施工工艺的具体实施方式,包括以下步骤:
A)材料验收:根据加工图纸和供货清单,将用在变径段管节上的两张钢板挑选出来,按同炉批号、同材质、同尺寸分类,确保钢板和变径段管节编号一一对应,钢板长度、宽度方向都会比理论尺寸留有2公分左右的余量;;
B)钢板修边:计算出修边角度,并按照计算出的角度切割钢板,并在修边处制对接坡口;若变径段为双拼板,设变径段管节上口直径为d,下口直径为D,变径母线长度为L,则单张钢板修边角度为:
(如图2-图3所示);变径段为三拼板时,管节对口拼装,相邻管节的纵焊缝间距必须错开1/8周长以上,因此,只有保证三张钢板长度比例为2:3:3,才能使三张钢板拼接卷圆后,分别占整圆的八分之二、八分之三、八分之三,转化成角度关系就是90°、135°、135°,将三张钢板标记为A板、B板、C板,且三张板的长度比为2:3:3,设变径段管节上口直径为d,下口直径为D,变径母线长度为L,则A板、B板、C板的修边角度分别为:
其中A板为中间板,需要修两条边,需要注意修边长度要与零件长度方向一致,(如图4-图6所示);然后将修边零件导入套料软件中,生产切割程序,在数控火焰切割机上将钢板宽度方向按切割程序切除修边角度,切割完成后可用直角尺复检角度。
C)钢板拼接:调整钢板,使钢板修边后的一侧对齐,调整钢板并焊接拼接,使钢板的修边处吻合;由于钢板长宽方向仅有20mm的余量,因此拼板时的尺寸控制比较重要,如若控制不好,则难以切割出想要的弧形板,耽误工期质量;
变径段为双拼板时,尺寸控制利用等腰三角形原理,先调整两钢板,将两块钢板的锐角对齐,记为定点O,以O为定点,依次调整钢板,例如:钢板尺寸为12458*3220*75mm,使其修边处吻合,用卷尺沿顶点O往两侧各6m处标记两点A、B,测量AB之间直线距离,与理论距离相比较,保证误差范围在±2mm之内,则说明拼接后两钢板的夹角是比较准确的,为确保精度,同时测量顶点到直线AB的垂直距离,与理论距离比较,在误差范围±2mm之内进行复验;变径段为三拼板时,尺寸控制利用等腰梯形原理,先调整三张钢板:A板、B板、C板,使此三张钢板钝角处对齐,分别记为定点O1、O2,以定点为固定轴,一次调整钢板,使其修边处吻合,实用测量工具沿顶点往两侧各5-7m处标记两点E、F,测量EF之间的直线距离,与理论距离相比较,保证误差范围在±2mm之内,分别测量O1、O2到直线EF的垂直距离,与理论距离相比较,保证误差范围在±2mm以内,进行复验(如图7所示)。
D)切割制坡:钢板拼接完成后,转序至下料工位,用数控火焰切割机切割成弧形板,整个弧形板线条光滑连续,切割后的钢板在四边打坡口,打坡口时注意钢板的修编位置是否对称;按照提供的坡口通图开设坡口角度,误差在±1°以内。
E)卷圆:将打坡口后的钢板放置卷板机上进行卷圆。
修边时,对角度要求比较严格,由于定尺钢板留有的余量比较小,如果角度切割误差大,则会给后道拼板工序带来更严格的要求,因此施工前应多次核算修边角度值,实际施工中,修边前会先用数控火焰切割机在钢板上空跑一圈,在钢板上留下零件的印记,确保零件不会超出钢板尺寸范围外。
修边前,要注意钢板修边的位置,由于修边后的钢板需要对接,因此两张钢板的修边位置应是相反的,否则钢板需要进行翻身工作,增加工作量和风险性。
另外因为考虑成本以及运输问题,弧形钢板备料都是按能包住该零件的最小长方形,长宽方向加上余量所得,如下图所示。因此三拼板时,为保证拼接完成后钢板A能包络住其对应的零件,需要将其两侧修边,使其修边后长边方向与零件的长边方向一致(如图8所示)。
本发明采用先拼后坡的加工工艺,提高了变径段钢板拼接质量,细化了加工工序,加工过程中钢板无需翻身,降低了工作量和风险性;钢板拼接时按照本方法所提供的几何关系测量尺寸,能够将精度严格控制在误差范围内,钢板拼完后再打坡口,能够保证对接缝处的坡口圆滑过渡,同时提高钢板卷圆后上下口的平整度,最终提高了卷板曲率的精度。
申请人又一声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的实现方法及装置结构,但本发明并不局限于上述实施方式,即不意味着本发明必须依赖上述方法及结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开的范围之内。
本发明并不限于上述实施方式,凡采用和本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有方式,均在本发明的保护范围之内。