CN113714674B - 一种钢结构tky节点的批量化焊接方法 - Google Patents

一种钢结构tky节点的批量化焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法，用于主管及其TKY节点处短节支管的焊接，包括以下步骤：步骤S100，对主管不同的TKY节点进行支管空间角度的计算与模拟；步骤S200，根据TKY节点处支管的空间角度，设计TKY节点组对工装并制作；步骤S300，进行TKY节点组对工装的精度测量与控制；步骤S400：进行TKY节点组对工装的定位及划线；步骤S500，进行TKY节点管就位与组对；步骤S600：进行TKY节点焊接；以实现TKY节点的批量化制作，并保证一次组对成型，减少测量次数和尺寸控制难度，满足大批量相同规格的TKY节点组对焊接工作的要求，实现批量化、高速化生产，提高生产效率。

Description

一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法
【技术领域】
本发明涉及导管架建造焊接技术，尤其涉及一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法。
【背景技术】
钢结构由于其具有强度高、韧性好、刚度大、占地空间少、外观优美等优点，在建筑行业、矿山机械、军事工程、海洋工程和海上风电等领域得到了广泛应用。在一些钢结构建筑物上，经常利用管状节点，尤其是TKY形式的管状节点。钢结构TKY节点为一种管相交节点，根据管的空间形态可以分为T、K、Y三种形式，该种节点结构在海洋工程领域被广泛应用，尤其是在导管架等钢结构中。其中钢结构的稳定性和安全性主要取决于TKY节点的施工精度和施工质量。而传统的钢结构在施工过程中，TKY节点的相贯口一般预留作总装阶段的现场口进行组对焊接，其焊接质量直接决定了固定式平台的安全性和使用性，这种施工方法难以实现TKY节点的批量化制作，同时施工质量受人为因素的影响较大。
目前，随着海洋石油工程、海上风电及海上新能源领域的发展，海上导管架的建设工程越来越多，传统导管架建造过程中涉及的TKY节点组对焊接工作并不多，所以大多不建造工装以辅助TKY节点组对焊接工作。但是，随着海上风电行业的不断的发展，风电导管架的数量不断增多，TKY节点成批量化需求，且结构形式趋于标准化。传统的制作方法仅适用于结构物数量唯一，不具有重复的单体项目。
因此，有必要提供一种钢结构TKY节点的批量化制作工艺，既保证了TKY节点施工质量，也能够实现TKY节点制作的标准化和批量化，以提高生产效率，降低生产成本。
【发明内容】
本发明提供一种实现TKY节点的批量化、标准化生产，能够满足大批量相同规格的TKY节点组对焊接工作的要求，提高生产效率、降低施工成本的钢结构TKY节点的批量化焊接方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法，用于主管及其TKY节点处短节支管的焊接，包括以下步骤：
步骤S100：对主管不同的TKY节点进行支管空间角度的计算与模拟，获取TKY节点的空间姿态参数；
步骤S200：根据TKY节点处支管的空间角度，设计TKY节点组对工装并制作；
步骤S201：根据所述步骤S100获取的TKY节点空间姿态参数，针对每一种TKY节点设计对应的TKY节点组对工装；
步骤S202：利用钢板和型钢完成TKY节点组对工装的制作；
步骤S300：进行TKY节点组对工装的尺寸测量与精度控制，确保工装姿态和制作精度与TKY节点相匹配；
步骤S400：进行TKY节点组对工装的定位及划线；
步骤S401：将TKY节点主管和支管吊装至组对工装上进行预组对，根据预组对结果调整和确定工装的位置；
步骤S402：根据预组对结果，在地面上划出TKY节点主管的端部定位标记；
步骤S500：进行TKY节点主管及支管就位与组对，根据所述步骤S400完成TKY节点组对工装的定位和划线后，将TKY节点主管吊装至组对工装上进行TKY节点的组对，并进行相贯线口的点焊固定，并根据现场需要进行TKY节点尺寸的复测；
步骤S600：进行TKY节点焊接，将所述步骤S500中完成组对的TKY节点主管吊装至焊接工位进行TKY节点焊接。
进一步地，所述步骤S100中，具体包括以下步骤：
步骤S101：采用三维建模软件完成主管上TKY节点的三维建模；
步骤S102：以TKY节点三维模型为基础，在软件中获取各支管的空间坐标和规格尺寸；
步骤S103：根据步骤S102中获取的参数，在三维建模软件中建立出工装与TKY节点直接接触部分的模型；
步骤S104：根据生产场地的布置和位置特点，建立出工装支撑部分的模型。
进一步地，所述TKY节点组对工装的精度中，空间倾角公差为±0.17°，工装定位位置公差为±3mm，主管组对标记位置公差为±3mm。
进一步地，所述钢结构TKY节点相贯口为双面焊。
进一步地，所述步骤S200至步骤S600中的TKY节点组对工装包括：
至少二个钢制垫墩，根据工装支撑部分的模型制作、用于主管定位及支撑主管水平放置；
支管支撑墩，根据工装与TKY节点直接接触部分的模型制作，具有承托固定支管的承托槽和对支管止推定位的止推挡板，所述承托槽与所述止推挡板相互配合的将支管以指定角度紧贴固定在主管节点的指定位置处。
进一步地，所述钢制垫墩包括“工”字形底架座和至少一对对称分布于“工”字形底架座顶端两侧、用于根据主管管径自适应的对主管承托并定位固定的弧形挡板，所述弧形挡板的弧形面紧贴所述主管外壁设置。
进一步地，所述“工”字形底架座的上下侧外围焊接有分别对顶端面和底端面支撑的直角加强筋。
进一步地，所述支管支撑墩包括承托固定支管倾斜放置的承托座架和相对支管节点另一端沿所述支管轴向反方向对支管外端端面止推定位的止推挡座，所述承托座架和所述止推挡座固定在同一底板上；
所述承托座架接近支管节点侧设置，所述止推挡座沿所述支管轴向方向位于所述承托座架外侧；
所述承托座架形成与所述支管外壁配合的弧形承托槽，所述止推挡座上倾斜设置有对支管外端端面止推用于节点处定位的止推挡板。
进一步地，所述支管支撑墩包括用于承托固定Y形支管倾斜放置的两个承托座架和相对Y形支管节点另一端对两个支管外端端面分别止推定位的两个止推挡座，每个承托座架形成与一个支管外壁配合的弧形承托槽，每个止推挡座上倾斜设置有与对应支管轴向方向垂直、对支管外端端面止推定位的止推挡板；
所述止推挡座沿一个支管轴向方向位于所述承托座架外侧；
两个承托座架和两个止推挡座分别固定在两个底板上、且相互对称设置。
进一步地，两个所述承托座架在靠近Y形支管节点处对接连接、且形成对称夹角α，对称夹角α角度范围为60°～150°。
本发明的有益效果是：
本发明针对不同标准管径的主管和支管，依托工装完成节点的制作，通过批量制作对应尺寸的钢制垫墩和支管支撑墩，在钢制垫墩对主管进行定位及支撑固定后，分别通过不同类型的支管支撑墩对T形、K形或Y形节点支管以指定角度紧贴固定在主管节点的指定位置处，实现标准化制作，便于一次焊接成型，同时提高了施工效率，降低施工成本。
而且，该焊接方法中，TKY节点可以单独进行制作，不受其他工序的完成状态限制，同时可以进行快速、精准就位组对，能够实现批量化制作，大大缩短生产周期。
同时，可以实现相贯口的双面焊接，避免传统工艺中易出现的根部缺陷问题。
总之，可以达到满足大批量相同规格的TKY节点组对焊接工作的要求，实现批量化、高速化生产，工作时能保证主管和支管的相对位置，以进行焊接工作，方便安装，且结构简单、操作便捷，能有效提高TKY节点组对焊接效率。
【附图说明】
图1是本发明的焊接流程示意图；
图2是本发明中实施例一中钢制垫墩的立体结构示意图；
图3是本发明实施例一中钢制垫墩的俯视结构示意图；
图4是本发明实施例一中支管支撑墩的立体结构示意图；
图5是本发明实施例一中支管支撑墩的俯视结构示意图；
图6是本发明实施例一中钢制垫墩和支管支撑墩与主管及支管的装配结构主视示意图；
图7是本发明实施例一中钢制垫墩和支管支撑墩与主管及支管的装配结构俯视示意图；
图8是本发明实施例一中另一结构支管支撑墩的立体结构示意图；
图9是本发明实施例一中另一结构支管支撑墩的俯视结构示意图；
图10是本发明实施例二中支管支撑墩的立体结构示意图；
图11是本发明实施例二中支管支撑墩与主管及支管的装配结构立体示意图。
【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，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法，如图1所示，用于主管及其TKY节点处短节支管的焊接，包括以下步骤：
步骤S100：对主管不同的TKY节点进行支管空间角度的计算与模拟，获取TKY节点的空间姿态参数；
步骤S101：采用三维建模软件完成主管上TKY节点的三维建模；
步骤S102：以TKY节点三维模型为基础，在软件中获取各支管的空间坐标和规格尺寸；
步骤S103：根据步骤S102中获取的参数，在三维建模软件中建立出工装与TKY节点直接接触部分的模型；
步骤S104：根据生产场地的布置和位置特点，建立出工装支撑部分的模型。
在步骤S100中，采用计算机辅助绘图的方法，用计算机来处理截面作图中需要进行计算的部分，并由程序将截面图画出。
步骤S200：根据TKY节点处支管的空间角度，设计TKY节点组对工装并制作；
步骤S201：根据所述步骤S100获取的TKY节点空间姿态参数，针对每一种TKY节点设计对应的TKY节点组对工装；
步骤S202：利用钢板和型钢完成TKY节点组对工装的制作。
步骤S300：进行TKY节点组对工装的尺寸测量与精度控制，确保工装姿态和制作精度与TKY节点相匹配。
步骤S400：进行TKY节点组对工装的定位及划线；
步骤S401：将TKY节点主管和支管吊装至组对工装上进行预组对，根据预组对结果调整和确定工装的位置；
步骤S402：根据预组对结果，在地面上划出TKY节点主管的端部定位标记。
步骤S500：进行TKY节点主管及支管就位与组对，根据所述步骤S400完成TKY节点组对工装的定位和划线后，将TKY节点主管吊装至组对工装上进行TKY节点的组对，并进行相贯线口的点焊固定。
步骤S600：进行TKY节点焊接，将所述步骤S500中完成组对的TKY节点主管吊装至焊接工位进行TKY节点焊接。
其中，TKY节点组对工装的精度中，空间倾角公差为±0.17°，工装定位位置公差为±3mm，主管组对标记位置公差为±3mm；而且，钢结构TKY节点相贯口为双面焊。
实施例一
采用上述钢结构TKY节点的批量化焊接方法，如图6和图7所示，用于主管1及其节点处焊接支管2的定位和支撑，TKY节点组对工装包括二个钢制垫墩3和支管支撑墩4，二个钢制垫墩3用于主管1定位及支撑主管1水平放置；如图2和图3所示，该钢制垫墩3包括”工”字形底架座30和两对对称分布于”工”字形底架座30顶端两侧、用于根据主管1管径自适应的对主管1承托并定位固定的弧形挡板31，该弧形挡板31的弧形面紧贴主管1外壁设置，且在”工”字形底架座30的上下侧外围焊接有分别对顶端面和底端面支撑的直角加强筋32。当然，也可以根据不同的主管1管径，设置不同尺寸大小相匹配的弧形挡板，采用弧形挡板的形状及安装位置与不同的主管1管径分别相对应。
如图4和图5所示，该支管支撑墩4包括用于承托固定Y形支管2倾斜放置的两个承托座架40和相对Y形支管2节点另一端对两个支管2外端端面分别止推定位的两个止推挡座41，每个承托座架40形成与一个支管2外壁配合的弧形承托槽400，每个止推挡座41上倾斜设置有与对应支管2轴向方向垂直、对支管2外端端面止推定位的止推挡板410，通过弧形承托槽400与止推挡板410相互配合的将每个支管2以指定角度紧贴固定在主管1节点的指定位置处。
继续如图4和图5所示，该止推挡座41沿一个支管2轴向方向位于承托座架40外侧，两个承托座架40和两个止推挡座41分别固定在两个底板42上、且相互对称设置，两个承托座架40在靠近Y形支管2节点处对接连接、且形成对称夹角α，该实施例中，对称夹角α角度为124°。当然，根据不同支管2需要，如图8和图9所示，对称夹角α角度也可以为147°。
该实施例中，该钢结构TKY节点的批量化焊接方法，包括以下步骤：
施工时，根据三维建模软件获取TKY节点的空间姿态参数，首先完成主管支墩3和支管支墩4的制造，并根据场地实际情况完成主管支墩3和支管支墩4的定位和布置；
然后，将支管2短节吊装至支管支墩4上进行快速定位就位；
待所有支管2就位完毕后，将主管1吊装就位，并保证主管1的端部与地面上的主管定位线对齐，实现最终的定位就位；
完成TKY节点各部分就位后，进行TKY节点相贯口的定位点焊，并根据现场需要可进行TKY节点尺寸的复测；
最后，将完成短节定位点焊的TKY节点吊装至焊接工位进行最终的焊接施工，直至施工完成。
该实施例可适用于主管长度和重量偏小的TKY节点，可以实现在主管接长完后再进行TKY节点的组对施工。
实施例二
如图10和图11所示，与实施例一的不同之处在于，TKY节点组对工装中，采用四个支管支撑墩4分别对主管1节点处四个支管2分别固定支撑，该支管支撑墩4包括承托固定支管2倾斜放置的承托座架40和相对支管2节点另一端沿支管2轴向反方向对支管2外端端面止推定位的止推挡座41，承托座架40和止推挡座41固定在同一底板42上；承托座架40接近支管2节点侧设置，止推挡座41沿支管2轴向方向位于承托座架40外侧；承托座架40形成与支管2外壁配合的弧形承托槽400，止推挡座41上倾斜设置有对支管2外端端面止推用于节点处定位的止推挡板410。
该实施例中，该钢结构TKY节点的批量化焊接方法，包括以下步骤：
施工时，根据三维建模软件获取TKY节点的空间姿态参数，首先完成支管支撑墩4的制造，并根据场地实际情况完成支墩的定位和布置；
然后，将支管2吊装至支管支撑墩4进行快速就位；
待所有支管2就位后，将主管1吊装就位，并保证主管1的端部与地面上的主管定位线对齐，实现最终的定位就位；
完成所有管短节就位后，进行TKY节点相贯口的定位点焊，并根据现场需要可进行TKY节点尺寸的复测；
最后，将完成短节定位点焊的TKY节点吊装至焊接工位，进行最终的焊接施工，直至施工完成。
该实施例主要适用于主管长度和重量偏大的TKY节点，可以实现先进行TKY节点批量化组对施工，然后进行接长。
以上两个实施例中，分别通过不同类型的支管支撑墩对K形或Y形节点支管以指定角度紧贴固定在主管节点的指定位置处，达到满足大批量相同规格的TKY节点组对焊接工作的要求，实现批量化、高速化生产，方便安装，且结构简单、操作便捷，能有效提高TKY节点组对焊接效率。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法，用于主管及其TKY节点处短节支管的焊接，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100：对主管不同的TKY节点进行支管空间角度的计算与模拟，获取TKY节点的空间姿态参数；
步骤S200：根据TKY节点处支管的空间角度，设计TKY节点组对工装并制作；
步骤S201：根据所述步骤S100获取的TKY节点空间姿态参数，针对每一种TKY节点设计对应的TKY节点组对工装；
步骤S202：利用钢板和型钢完成TKY节点组对工装的制作；
步骤S300：进行TKY节点组对工装的尺寸测量与精度控制，确保工装姿态和制作精度与TKY节点相匹配；
步骤S400：进行TKY节点组对工装的定位及划线；
步骤S401：将TKY节点主管和支管吊装至组对工装上进行预组对，根据预组对结果调整和确定工装的位置；
步骤S402：根据预组对结果，在地面上划出TKY节点主管的端部定位标记；
步骤S500：进行TKY节点主管及支管就位与组对，根据所述步骤S400完成TKY节点组对工装的定位和划线后，将TKY节点主管吊装至组对工装上进行TKY节点的组对，并进行相贯线口的点焊固定，并根据现场需要进行TKY节点尺寸的复测；
步骤S600：进行TKY节点焊接，将所述步骤S500中完成组对的TKY节点主管吊装至焊接工位进行TKY节点焊接。
2.根据权利要求1所述的一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法，其特征在于：所述步骤S100中，具体包括以下步骤：
步骤S101：采用三维建模软件完成主管上TKY节点的三维建模；
步骤S102：以TKY节点三维模型为基础，在软件中获取各支管的空间坐标和规格尺寸；
步骤S103：根据步骤S102中获取的参数，在三维建模软件中建立出工装与TKY节点直接接触部分的模型；
步骤S104：根据生产场地的布置和位置特点，建立出工装支撑部分的模型。
3.根据权利要求1所述的一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法，其特征在于：所述TKY节点组对工装的精度中，空间倾角公差为±0.17°，工装定位位置公差为±3mm，主管组对标记位置公差为±3mm。
4.根据权利要求1所述的一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法，其特征在于：所述钢结构TKY节点相贯口为双面焊。
5.根据权利要求1所述的一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法，其特征在于：所述步骤S200至步骤S600中的TKY节点组对工装包括：
至少二个钢制垫墩，根据工装支撑部分的模型制作、用于主管定位及支撑主管水平放置；
支管支撑墩，根据工装与TKY节点直接接触部分的模型制作，具有承托固定支管的承托槽和对支管止推定位的止推挡板，所述承托槽与所述止推挡板相互配合的将支管以指定角度紧贴固定在主管节点的指定位置处。
6.根据权利要求5所述的一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法，其特征在于：所述钢制垫墩包括“工”字形底架座和至少一对对称分布于“工”字形底架座顶端两侧、用于根据主管管径自适应的对主管承托并定位固定的弧形挡板，所述弧形挡板的弧形面紧贴所述主管外壁设置。
7.根据权利要求6所述的一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法，其特征在于：所述“工”字形底架座的上下侧外围焊接有分别对顶端面和底端面支撑的直角加强筋。
8.根据权利要求5所述的一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法，其特征在于：所述支管支撑墩包括承托固定支管倾斜放置的承托座架和相对支管节点另一端沿所述支管轴向反方向对支管外端端面止推定位的止推挡座，所述承托座架和所述止推挡座固定在同一底板上；
所述承托座架接近支管节点侧设置，所述止推挡座沿所述支管轴向方向位于所述承托座架外侧；
所述承托座架形成与所述支管外壁配合的弧形承托槽，所述止推挡座上倾斜设置有对支管外端端面止推用于节点处定位的止推挡板。
9.根据权利要求5所述的一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法，其特征在于：所述支管支撑墩包括用于承托固定Y形支管倾斜放置的两个承托座架和相对Y形支管节点另一端对两个支管外端端面分别止推定位的两个止推挡座，每个承托座架形成与一个支管外壁配合的弧形承托槽，每个止推挡座上倾斜设置有与对应支管轴向方向垂直、对支管外端端面止推定位的止推挡板；
所述止推挡座沿一个支管轴向方向位于所述承托座架外侧；
两个承托座架和两个止推挡座分别固定在两个底板上、且相互对称设置。
10.根据权利要求9所述的一种钢结构TKY节点的批量化焊接方法，其特征在于：两个所述承托座架在靠近Y形支管节点处对接连接、且形成对称夹角α，对称夹角α角度范围为60°～150°。
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