CN115139022B - 一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，具体步骤包括，S1、预制多个连接块；S2、在半圆板的两侧端内外侧分别进行开坡口处理；S3、将两个连接块分别与半圆板的两侧端进行嵌合连接，第一倾斜面与第三倾斜面形成V型外焊接流道，第二倾斜面与第四倾斜面形成V型内焊接流道；S4、单独将连接块按照齿条板上的标记进行焊接；S5、通过挤压机构将齿条板两侧的两半圆板与齿条板夹紧实现进一步限位；S6、在对应的半圆板与连接块连接处的V型外焊接流道与V型内焊接流道处进行焊接。本发明具有如下优点：保证齿条板与半圆板焊接过程中焊接温度的一致性，有效平衡并释放焊接应力，保证桩腿的制造精度以及结构强度。

Description

一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺

技术领域：

本发明属于钻井平台领域，具体涉及一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺。

背景技术：

桩腿是自升式海洋钻井平台的关键构件，焊接质量直接影响海洋钢结构的安全稳定性，桩腿齿条板与半圆板的焊接属于高强度钢大厚板焊接，焊接难度大，焊接效率低下。桩腿的结构包括齿条板以及置于齿条板两侧的半圆板，加工时，将两半圆板通过焊接的方式固定在齿条板两侧，为保证半圆板与齿条板焊接过程中的稳定性，无需工人手动扶着，则通常需要在半圆板与齿条板之间通过卡箍结构的卡环15将两者进行固定，如图6所示，然而卡环15遮挡了齿条板与半圆板之间的部分焊缝，因此，在对齿条板与半圆板进行焊接过程中，齿条板与半圆板之间的整条焊缝无法得到均匀的焊接温度，由于焊接温度梯度存在差异，焊接应力高，出现焊接裂纹，影响桩腿的制造精度以及结构强度、韧性等性能。

发明内容：

本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，保证齿条板与半圆板焊接过程中焊接温度的一致性，有效平衡并释放焊接应力，保证桩腿的制造精度以及结构强度。

发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，具体步骤包括，

S1、预制多个连接块，连接块的长轴方向与齿条板、半圆板的长轴方向一致；

S2、在半圆板的两侧端内外侧分别进行开坡口处理，使半圆板的外侧端形成第一倾斜面，半圆板的内侧端形成第二倾斜面；

S3、将两个连接块分别与半圆板的两侧端进行嵌合连接，连接块上具有与第一倾斜面呈轴对称的第三倾斜面，连接块上具有与第二倾斜面呈轴对称的第四倾斜面，第一倾斜面与第三倾斜面形成V型外焊接流道，第二倾斜面与第四倾斜面形成V型内焊接流道，将嵌合有连接块的半圆板放置在齿条板侧端面的预安装位置，通过水平检测机构对半圆板的位置进行水平度调节，并在齿条板上作出与连接块相贴合的标记；

S4、将连接块与半圆板进行分离，单独将连接块按照齿条板上的标记进行焊接，使两个连接块固定设置在齿条板的侧端面上；

S5、将半圆板的两端与两个对应的连接块进行初步限位，使半圆板限位在齿条板的侧端面上，并通过挤压机构将齿条板两侧的两半圆板与齿条板夹紧实现进一步限位；

S6、在对应的半圆板与连接块连接处的V型外焊接流道与V型内焊接流道处进行焊接，对焊接后的焊缝处进行打磨光滑。

本发明的进一步改进在于：步骤S1中，在预制连接块时，在连接块靠近半圆板的端面上切割一条卡槽，卡槽的延伸方向与连接块的延伸方向一致。

本发明的进一步改进在于：步骤S5中，具体步骤包括：

S501、在半圆板的两端分别焊接与卡槽相配合的凸筋，凸筋的延伸方向与半圆板的延伸方向一致；

S502、将齿条板竖向固定在支撑座上，半圆板两端的凸筋嵌设在对应的两个连接块的卡槽内，使两个半圆板分别置于齿条板的两侧端，从而实现半圆板与齿条板的轴向限位；

S503、在齿条板的首尾两端位置分别定位挤压机构，挤压机构将齿条板两侧的半圆板进行整体相向挤压，从而实现半圆板与齿条板的径向限位，挤压机构与半圆板的接触位置位于半圆板外侧端面的轴向中心线上。

本发明的进一步改进在于：挤压机构包括架设在齿条板首尾端下方的U型座上，U型座的两端分别置于两半圆板的外侧，且U型座的两端向着对应的半圆板垂直延伸有电动推杆，电动推杆靠近半圆板的一端具有挤压块。

本发明的进一步改进在于：挤压块靠近半圆板的端面为与半圆板相配合的圆弧凹面。

本发明的进一步改进在于：凸筋与卡槽之间具有间隙。

本发明的进一步改进在于：步骤S6的具体步骤包括：

S601、在V型外焊接流道的一端向另一端进行焊接，按从左往右的顺序循环焊接3-4次；

S602、在V型内焊接流道的一端向另一端进行焊接，按从左往右的顺序循环焊接6-8次；

S603、最后在V型外焊接流道的一端向另一端进行焊接，按从左往右的顺序循环焊接3-4次。

本发明的进一步改进在于：焊接电流为260-280A，焊接电压为30-34V，所述焊接速度为250-260mm/min。

本发明的进一步改进在于：在向V型内焊接流道、V型外焊接流道内进行焊接时，焊枪朝向半圆板与连接块的连接处位置。

本发明的进一步改进在于：V型外焊接流道的夹角为90-120℃，V型内焊接流道的夹角为60-90℃。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明在齿条板与半圆板之间设置连接块，在焊接前，先定位连接块在齿条板上的位置并在齿条板上做上标记，然后在连接块上切割卡槽，在半圆板的两端焊接凸筋，将切割有卡槽的连接块焊接在齿条板上，再将半圆板的两端与连接块相互嵌合实现初步限位，通过挤压机构将半圆板顶紧在齿条板的侧端，改变传统通过卡环将齿条板与半圆板进行限位固定后再进行焊接的形式，使得半圆板与齿条板之间的部分焊缝不被遮挡，保证整个焊缝在焊接过程中的焊接温度的一致性，相对降低焊接应力，保证焊接质量。

2、本发明在齿条板与半圆板之间增设连接块还具有如下技术效果：一、传统的齿条板与半圆板之间的坡口的V型状结构或K型状结构，焊接时焊接应力集中在齿条板表面以及半圆板的端面，焊接应力集中，并无法得到释放，采用特殊结构形式的连接块，使连接块与齿条板、半圆板之间形成V型外焊接流道以及V型内焊接流道，焊接时焊接应力在连接块与半圆板连接处的内外侧以及上下侧分别得到平衡，避免应力集中在齿条板以及半圆板上而影响齿条板与半圆板上，减少齿条板与半圆板的累积应力，避免焊接裂纹等焊接质量缺陷；二、连接块上的卡槽与半圆板上的凸筋相互嵌合，且卡槽与凸筋之间具有间隙，在对连接块与半圆板进行焊接过程中，卡槽与凸筋之间的间隙对焊接时产生的内部热应力快速进行释放，避免焊接质量缺陷。

3、在半圆板与连接块进行焊接前，先对连接块上进行切割卡槽，在切割卡槽过程中，在连接块上施加一定拉伸应力，使焊缝及附近产生拉伸塑形变形，与焊接时焊缝及其附近产生的焊接收缩塑形变形相互抵消部分，达到松弛释放应力的目的。

附图说明：

图1为本发明中连接块、齿条板与半圆板的连接示意图。

图2为本发明中挤压机构与半圆板的连接示意图。

图3为本发明中焊接完成后的桩腿的结构示意图。

图4为本发明中焊接应力的分布示意图。

图5为传统半圆板与齿条板焊接过程中焊接应力的分布示意图。

图6为背景技术中卡环将半圆板、齿条板进行卡箍固定的结构示意图。

图中标号：

1-连接块、2-齿条板、3-半圆板、4-第一倾斜面、5-第二倾斜面、6-第三倾斜面、7-第四倾斜面、8-V型外焊接流道、9-V型内焊接流道、10-卡槽、11-凸筋、12-挤压机构；

121-U型座、122-电动推杆、123-挤压块、124-圆弧凹面。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语指示方位或位置关系，如为基于附图所示的方位或位置关系，仅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结构或单元必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有 “连接”“设有”“具有”等术语应作广义去理解，例如可以是固定连接，可以是拆卸式连接，或一体式连接，可以说机械连接，也可以是直接相连，可以通过中间媒介相连，对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的基本含义。

一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，具体步骤包括，

S1、预制多个连接块1，连接块1的长轴方向与齿条板2、半圆板3的长轴方向一致；

S2、在半圆板3的两侧端内外侧分别进行开坡口处理，使半圆板3的外侧端形成第一倾斜面4，半圆板3的内侧端形成第二倾斜面5；

S3、如图1所示，将两个连接块1分别与半圆板3的两侧端进行嵌合连接，连接块1上具有与第一倾斜面4呈轴对称的第三倾斜面6，连接块1上具有与第二倾斜面5呈轴对称的第四倾斜面7，第一倾斜面4与第三倾斜面6形成V型外焊接流道8，第二倾斜面5与第四倾斜面7形成V型内焊接流道9，将嵌合有连接块1的半圆板3放置在齿条板2侧端面的预安装位置，通过水平检测机构对半圆板3的位置进行水平度调节，并在齿条板2上作出与连接块1相贴合的标记；

S4、将连接块1与半圆板3进行分离，单独将连接块1按照齿条板2上的标记进行焊接，使两个连接块1固定设置在齿条板2的侧端面上；

S5、将半圆板3的两端与两个对应的连接块1进行初步限位，使半圆板3限位在齿条板2的侧端面上，并通过挤压机构12将齿条板2两侧的两半圆板3与齿条板2夹紧实现进一步限位；

S6、在对应的半圆板3与连接块1连接处的V型外焊接流道8与V型内焊接流道9处进行焊接，对焊接后的焊缝处进行打磨光滑，如图3所示，齿条板2与半圆板3焊接完成后的结构示意图。

本发明在齿条板2与半圆板3之间设置连接块1，在焊接前，先定位连接块1在齿条板2上的位置并在齿条板2上做上标记，然后在连接块1上切割卡槽10，在半圆板3的两端焊接凸筋11，将切割有卡槽10的连接块1焊接在齿条板2上，再将半圆板3的两端与连接块1相互嵌合实现初步限位，通过挤压机构12将半圆板3顶紧在齿条板2的侧端，改变传统通过卡环将齿条板2与半圆板3进行限位固定后再进行焊接的形式，使得半圆板3与齿条板2之间的部分焊缝不被遮挡，保证整个焊缝在焊接过程中的焊接温度的一致性，相对降低焊接应力，保证焊接质量。

其中，步骤S3中水平检测机构只要能够实现对半圆板3的两端与齿条板2连接处的水平度检测即可，这里可考虑选择水平仪，为了使得水品议能够对检测数值进行实时反馈，这里可以进一步优选为电子水平仪，当然，本领域技术人员能够实现的方式或是结构的设置再次均可以使用。

进一步的，步骤S1中，在预制连接块时，在连接块1靠近半圆板3的端面上切割一条卡槽10，卡槽10的延伸方向与连接块1的延伸方向一致。

进一步的，步骤S5中，具体步骤包括：

S501、在半圆板3的两端分别焊接与卡槽10相配合的凸筋11，凸筋11的延伸方向与半圆板3的延伸方向一致；

S502、将齿条板2竖向固定在支撑座上，半圆板3两端的凸筋11嵌设在对应的两个连接块1的卡槽10内，使两个半圆板3分别置于齿条板2的两侧端，从而实现半圆板3与齿条板2的轴向限位；

S503、在齿条板2的首尾两端位置分别定位挤压机构12，挤压机构12将齿条板2两侧的半圆板3进行整体相向挤压，从而实现半圆板3与齿条板2的径向限位，挤压机构12与半圆板3的接触位置位于半圆板3外侧端面的轴向中心线上。

进一步的，如图2所示，挤压机构12包括架设在齿条板2首尾端下方的U型座121上，U型座121的两端分别置于两半圆板3的外侧，且U型座121的两端向着对应的半圆板3垂直延伸有电动推杆122，电动推杆122靠近半圆板3的一端具有挤压块123。

进一步的，挤压块123靠近半圆板3的端面为与半圆板3相配合的圆弧凹面124。

在本申请中，挤压机构12在电动推杆122的顶升作用下，对嵌合后的齿条板2与半圆板3进行进一步限位固定，保证齿条板2与半圆板3的连接稳定性，无需传统卡环结构对齿条板2与半圆板3的限位固定，有效扩大了焊缝空间，从而保证整个焊缝的焊接整体性。

进一步的，凸筋11与卡槽10之间具有间隙。

本发明在齿条板2与半圆板3之间增设连接块1还具有如下技术效果：一、传统的齿条板2与半圆板3之间的坡口的V型状结构或K型状结构，焊接时焊接应力集中在齿条板2表面以及半圆板3的端面，焊接应力集中，并无法得到释放，采用特殊结构形式的连接块1，使连接块1与齿条板2、半圆板3之间形成V型外焊接流道8以及V型内焊接流道9，焊接时焊接应力在连接块1与半圆板3连接处的内外侧以及上下侧分别得到平衡，避免应力集中在齿条板2以及半圆板3上而影响齿条板2与半圆板3上，减少齿条板2与半圆板3的累积应力，避免焊接裂纹等焊接质量缺陷；二、连接块1上的卡槽10与半圆板3上的凸筋11相互嵌合，且卡槽10与凸筋11之间具有间隙，在对连接块1与半圆板进3行焊接过程中，卡槽10与凸筋11之间的间隙对焊接时产生的内部热应力快速进行释放，避免焊接质量缺陷。

图4示出了本申请中焊接应力的分布，而图5示出了传统焊接应力的分布，图4中的焊接应力在半圆板3以及连接块1连接处的内外侧以及上下侧得到有效平衡分散，而图5中的焊接应力则集中在齿条板2与半圆板3的连接处，焊接稳定性无法得到保证的同时，焊接应力集中在齿条板2与半圆板3的连接处外侧位置。

在半圆板3与连接块1进行焊接前，先对连接块1上进行切割卡槽10，在切割卡槽10过程中，在连接块1上施加一定拉伸应力，使焊缝及附近产生拉伸塑形变形，与焊接时焊缝及其附近产生的焊接收缩塑形变形相互抵消部分，达到松弛释放应力的目的。

进一步的，步骤S6的具体步骤包括：

S601、在V型外焊接流道8的一端向另一端进行焊接，按从左往右的顺序循环焊接3-4次；

S602、在V型内焊接流道9的一端向另一端进行焊接，按从左往右的顺序循环焊接6-8次；

S603、最后在V型外焊接流道8的一端向另一端进行焊接，按从左往右的顺序循环焊接3-4次。

在本申请中，为保证焊接质量以及平衡焊接应力，焊接电流为260-280A，焊接电压为30-34V，焊接速度为250-260mm/min，且，在向V型内焊接流道、V型外焊接流道内进行焊接时，焊枪朝向半圆板与连接块的连接处位置，V型外焊接流道的夹角为90-120℃，V型内焊接流道的夹角为60-90℃。

本发明中未全部公开的内容为本领域技术人员公知的现有常识，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，其特征在于：具体步骤包括，

S1、预制多个连接块，所述连接块的长轴方向与齿条板、半圆板的长轴方向一致；

S2、在半圆板的两侧端内外侧分别进行开坡口处理，使半圆板的外侧端形成第一倾斜面，半圆板的内侧端形成第二倾斜面；

S3、将两个连接块分别与半圆板的两侧端进行嵌合连接，所述连接块上具有与第一倾斜面呈轴对称的第三倾斜面，所述连接块上具有与第二倾斜面呈轴对称的第四倾斜面，所述第一倾斜面与第三倾斜面形成V型外焊接流道，所述第二倾斜面与第四倾斜面形成V型内焊接流道，将嵌合有连接块的半圆板放置在齿条板侧端面的预安装位置，通过水平检测机构对半圆板的位置进行水平度调节，并在齿条板上作出与连接块相贴合的标记；

S4、将连接块与半圆板进行分离，单独将连接块按照齿条板上的标记进行焊接，使两个连接块固定设置在齿条板的侧端面上；

S5、将半圆板的两端与两个对应的连接块进行初步限位，使半圆板限位在齿条板的侧端面上，并通过挤压机构将齿条板两侧的两半圆板与齿条板夹紧实现进一步限位；

S6、在对应的半圆板与连接块连接处的V型外焊接流道与V型内焊接流道处进行焊接，对焊接后的焊缝处进行打磨光滑。

2.根据权利要求1所述一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，其特征在于：所述步骤S1中，在预制连接块时，在连接块靠近半圆板的端面上切割一条卡槽，所述卡槽的延伸方向与连接块的延伸方向一致。

3.根据权利要求1所述一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，其特征在于： 所述步骤S5中，具体步骤包括：

S501、在半圆板的两端分别焊接与卡槽相配合的凸筋，所述凸筋的延伸方向与半圆板的延伸方向一致；

S502、将齿条板竖向固定在支撑座上，半圆板两端的凸筋嵌设在对应的两个连接块的卡槽内，使两个半圆板分别置于齿条板的两侧端，从而实现半圆板与齿条板的轴向限位；

S503、在齿条板的首尾两端位置分别定位挤压机构，挤压机构将齿条板两侧的半圆板进行整体相向挤压，从而实现半圆板与齿条板的径向限位，所述挤压机构与半圆板的接触位置位于半圆板外侧端面的轴向中心线上。

4.根据权利要求3所述一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，其特征在于：所述挤压机构包括架设在齿条板首尾端下方的U型座上，所述U型座的两端分别置于两半圆板的外侧，且U型座的两端向着对应的半圆板垂直延伸有电动推杆，所述电动推杆靠近半圆板的一端具有挤压块。

5.根据权利要求4所述一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，其特征在于：所述挤压块靠近半圆板的端面为与半圆板相配合的圆弧凹面。

6.根据权利要求5所述一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，其特征在于：所述凸筋与卡槽之间具有间隙。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，其特征在于：所述步骤S6的具体步骤包括：

S601、在V型外焊接流道的一端向另一端进行焊接，按从左往右的顺序循环焊接3-4次；

S602、在V型内焊接流道的一端向另一端进行焊接，按从左往右的顺序循环焊接6-8次；

S603、最后在V型外焊接流道的一端向另一端进行焊接，按从左往右的顺序循环焊接3-4次。

8.根据权利要求7所述一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，其特征在于：焊接电流为260-280A，焊接电压为30-34V，焊接速度为250-260mm/min。

9.根据权利要求8所述一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，其特征在于：在向V型内焊接流道、V型外焊接流道内进行焊接时，焊枪朝向半圆板与连接块的连接处位置。

10.根据权利要求9所述一种用于钻井平台桩腿的齿条板与半圆板的焊接工艺，其特征在于：所述V型外焊接流道的夹角为90-120℃，所述V型内焊接流道的夹角为60-90℃。

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