呂 屹

(海洋石油工程(青島)有限公司， 山東 青島 266520)

連續(xù)滑靴預(yù)制過(guò)程中尺寸控制技術(shù)

呂 屹

(海洋石油工程(青島)有限公司， 山東 青島 266520)

連續(xù)滑靴作為導(dǎo)管架建造、拖拉裝船以及下水的重要結(jié)構(gòu)，對(duì)建造精度要求非常高，因連續(xù)滑靴在預(yù)制過(guò)程中焊接量較大，不可避免的產(chǎn)生焊接變形。該文從滑靴預(yù)制、焊接變形控制以及變形后熱矯正等方面進(jìn)行簡(jiǎn)述，旨在總結(jié)滑靴預(yù)制過(guò)程中尺寸控制方法，從而達(dá)到尺寸公差要求，為以后項(xiàng)目提高工作效率積累經(jīng)驗(yàn)并提供指導(dǎo)。

連續(xù)滑靴；焊接變形；控制措施；熱矯正

0 引言

連續(xù)滑靴在整個(gè)導(dǎo)管架建造和裝船過(guò)程中是一個(gè)不可缺少的構(gòu)件，在建造過(guò)程中滑靴對(duì)導(dǎo)管架起支撐作用；導(dǎo)管架陸地建造完工后，通過(guò)底部連續(xù)滑靴和駁船上的牽引系統(tǒng)克服滑靴與滑道間的摩擦力完成拖拉裝船；導(dǎo)管架滑移下水時(shí)，連續(xù)滑靴支撐整個(gè)導(dǎo)管架完成下水工作。作為導(dǎo)管架建造、裝船及下水的重要結(jié)構(gòu)，連續(xù)滑靴建造精度要求非常高，因滑靴在預(yù)制過(guò)程中焊接量比較大，不可避免的產(chǎn)生焊接變形，變形后進(jìn)行矯正變形不僅費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、提高成本，而且可能引起較大的難以矯正的變形。正確認(rèn)識(shí)并分析引起變形的因素，在建造過(guò)程中采取有效的措施，可以使焊接變形控制在允許的范圍內(nèi)，從而達(dá)到尺寸公差要求。

該文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，首先對(duì)滑靴的預(yù)制過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)述，然后對(duì)預(yù)制過(guò)程中焊接變形控制措施進(jìn)行總結(jié)，介紹了變形后的火工熱矯正過(guò)程，旨在總結(jié)連續(xù)滑靴預(yù)制過(guò)程中的尺寸控制方法，為今后項(xiàng)目提高工作效率積累經(jīng)驗(yàn)并提供指導(dǎo)。

1 滑靴預(yù)制工藝流程

(1) 根據(jù)建造精度要求，在劃線過(guò)程中充分考慮切割余量和焊接收縮量；

(2) 對(duì)每塊板切坡口，并進(jìn)行打磨；

(3) 根據(jù)桿件號(hào)和單件圖查找各分段基板，并根據(jù)場(chǎng)地布置圖對(duì)各分段基板進(jìn)行組對(duì)，同時(shí)在基板上畫(huà)出側(cè)板與腹板的位置，并進(jìn)行打樣沖和打磨，另外做好變形控制措施；

(4) 基板焊接完成后將變形較大處矯正合格后，根據(jù)樣沖位置將側(cè)板和基板的位置線畫(huà)好，并根據(jù)畫(huà)好的位置線安裝一側(cè)側(cè)板；

(5) 以側(cè)板為基準(zhǔn)安裝腹板；

(6) 安裝另一側(cè)的側(cè)板。

在安裝的同時(shí)注意對(duì)腹板的間距、側(cè)板的間距、側(cè)板的高度及側(cè)板的直線度進(jìn)行及時(shí)測(cè)量和調(diào)整。組裝完畢后應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)，以保證尺寸滿足要求，檢驗(yàn)合格后進(jìn)行焊接。

2 焊接變形控制措施

在滑靴的預(yù)制過(guò)程中焊接變形是不可避免的，常見(jiàn)的焊接變形形式如圖1所示。全面分析各種因素對(duì)焊接變形的影響，根據(jù)產(chǎn)生機(jī)理和規(guī)律尋找措施即可有效的控制，使焊接變形程度降至最低，施工過(guò)程中常采用以下幾種措施。

2.1 合理焊接工藝

滑靴預(yù)制過(guò)程中采用電流小、熱輸入量小、變形小的CO2氣體保護(hù)焊。采用合理的焊接工藝可有效控制變形。

圖1 常見(jiàn)的焊接變形基本形式

2.1.1 焊前預(yù)熱

焊前預(yù)熱就是在焊接結(jié)構(gòu)的適當(dāng)部位加熱使之伸長(zhǎng)，加熱區(qū)的伸長(zhǎng)帶動(dòng)焊接部位，使其產(chǎn)生一個(gè)與焊縫方向相反的變形，在加熱區(qū)冷卻收縮時(shí)，焊縫就能比較自由的收縮，達(dá)到減少內(nèi)應(yīng)力，從而減小變形的目的。

當(dāng)母材壁厚大于38 mm時(shí)，預(yù)熱溫度至少為66℃；母材厚度小于38 mm時(shí)，預(yù)熱溫度至少為15℃。預(yù)熱溫度范圍是在焊道所有方向上不得小于焊件最大厚度值，但至少為75 mm。

2.1.2 合理的焊接順序

根據(jù)連續(xù)滑靴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，首先焊接腹板與底板對(duì)接的焊縫，然后焊接腹板與側(cè)板對(duì)接處的焊縫，即腹板的兩側(cè)位置，最后焊接側(cè)板與底板對(duì)接處的焊縫(如圖2(a)所示)，在進(jìn)行腹板與側(cè)板的焊接時(shí)在壓載兩側(cè)采用對(duì)稱焊(如圖2(b)所示)，同時(shí)在側(cè)板與底板間焊縫的焊接時(shí)也采用對(duì)稱焊。

圖2 合理的焊接順序

2.1.3 采用斷續(xù)焊

因腹板與側(cè)板的焊縫焊接量較大，且大部分側(cè)板板厚較薄，對(duì)于一條焊縫一次性焊完，其焊接產(chǎn)生的熱量必然很大，焊接變形也會(huì)較大，因此采用斷續(xù)焊的焊接方法，即每個(gè)電焊工分派一段距離的焊接工作，電焊工對(duì)一條焊道完成一遍焊接后就對(duì)下條焊道進(jìn)行一遍施焊，重復(fù)幾遍即完成一段距離的焊接工作。

2.2 剛性固定

采用外加剛性約束來(lái)減小焊件各種焊后變形的方法，稱為剛性固定法。將構(gòu)件加以固定來(lái)對(duì)各種焊接變形進(jìn)行限制，等焊接冷卻后再把固定部件卸去，這時(shí)焊接構(gòu)件產(chǎn)生的變形將大大小于在自由狀態(tài)下的焊接變形。

2.2.1 常用剛性固定法

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最多的就是使用墊墩壓載(如圖3(a)所示 )，而在車間內(nèi)可利用刀巴型筋板固定(如圖3(b)所示)，這樣可以緩解墊墩數(shù)量不夠的壓力，同時(shí)筋板加楔子可有效固定底板。

圖3 剛性固定

圖4 焊前側(cè)板加固工字鋼

2.2.2 特殊剛性固定法

現(xiàn)場(chǎng)中一段滑靴焊接完成后側(cè)板出現(xiàn)較大的角變形，考慮其受力情況，焊接的分段采用了工字鋼固定的方法對(duì)側(cè)板變形較大處進(jìn)行加固，加固點(diǎn)為兩側(cè)板中心處的側(cè)板上，也就是可能出現(xiàn)最大變形處(如圖4所示)。

2.3 反變形法

反變形法是按照事先估計(jì)好的焊接變形的大小和方向，在裝配時(shí)預(yù)加一個(gè)相反的變形，使其與焊接產(chǎn)生的變形相抵消，也可以在構(gòu)建上預(yù)留出一定量的反變形，使之與焊接變形相抵消來(lái)防止焊接變形。

現(xiàn)場(chǎng)采用了預(yù)留焊接收縮余量和預(yù)先制造反變形的方法。

(1)預(yù)先制造反變形(如圖5所示)?；逶诤附訒r(shí)焊道處因要為焊工留出空間，加上底板的板較薄，因此，焊道處很容易出現(xiàn)角變形。在這種情況下，采用將焊道底部加墊板從而制造反變形，取得很好的成效。

(2)預(yù)留焊接收縮余量(如圖6所示)。在組對(duì)側(cè)板時(shí)，側(cè)板距離預(yù)留了4 mm～5 mm的焊接收縮余量，實(shí)際完成焊接后尺寸在運(yùn)行的公差范圍內(nèi)。

反變形法在現(xiàn)場(chǎng)中應(yīng)用的比較多，但是反變形的量需要靠工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，因此在工作中不斷積累工作經(jīng)驗(yàn)并及時(shí)整理，可以為后面的工作提供依據(jù)，從而達(dá)到提高工作效率的目的。

圖5 預(yù)先制造反變形 圖6 側(cè)板組對(duì)時(shí)預(yù)留收縮余量

3 焊后變形矯正

對(duì)于連續(xù)滑靴，焊后需要調(diào)整的變形有：基板的角變形、基板的剛性固定引起的基板彎曲變形、腹板與側(cè)板焊接處因側(cè)板角變形引起的側(cè)板波浪變形及滑靴整體焊后的彎曲變形。

首先是對(duì)結(jié)構(gòu)加預(yù)載防止產(chǎn)生不必要的變形，預(yù)加荷載不得超過(guò)屈服極限的20%；另外在火焰加熱時(shí)要時(shí)刻注意測(cè)量加熱溫度，一般以50 mm～60 mm的間距使用激光測(cè)溫槍進(jìn)行測(cè)溫，溫度測(cè)量在鋼材上距火焰大約50 mm處。不允許在焊道處直接加熱，從焊趾到烤把尖端10 mm范圍內(nèi)不可以加熱。

3.1 基板的變形調(diào)整

基板采用單坡口形式進(jìn)行焊接，焊后出現(xiàn)角變形，因受方形固定的原因而產(chǎn)生彎曲變形。其調(diào)整方法為，先對(duì)變形處施加荷載，場(chǎng)地上使用墊墩進(jìn)行壓載，可以直接使用較大荷載，然后對(duì)彎曲最大處進(jìn)行加熱，加熱溫度不能超過(guò)600℃，基板加熱后在荷載的作用下產(chǎn)生塑性變形，等冷卻后移去墊墩，同時(shí)要求在焊道方向上加熱溫度和移動(dòng)速度要均勻。

3.2 側(cè)板的變形調(diào)整

側(cè)板因與腹板的對(duì)接處焊接量大而產(chǎn)生角變形，整體產(chǎn)生波浪變形。先用千斤頂將側(cè)板兩腹板間的位置向變形反方向預(yù)加一定變形，然后再用烤把在腹板位置豎直方向上對(duì)側(cè)板使用線狀加熱方式，等板冷卻后再對(duì)另外的側(cè)板進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整順序是從中間向兩邊進(jìn)行調(diào)整?；蓚?cè)同時(shí)加熱，且加熱速度盡量保持一致，防止滑靴產(chǎn)生扭曲變形。

3.3 滑靴整體變形調(diào)整

3.3.1 初步調(diào)整

對(duì)于可以翻轉(zhuǎn)的滑靴分段，將滑靴分段翻轉(zhuǎn)后，在必要處加墊墩預(yù)壓，然后在凸起處使用線狀加熱方式對(duì)基板和整體角變形進(jìn)行調(diào)整。翻身時(shí)起重指揮要指揮到位，盡量避免翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生變形，加熱處必須為腹板的位置處，加熱溫度和加熱速度要均勻。

因帶有其他構(gòu)件不能翻身的分段則采用將分段使用墊墩墊高，然后在分段下側(cè)對(duì)變形較大的腹板進(jìn)行加熱矯形。

3.3.2 二次調(diào)整

分段翻轉(zhuǎn)或墊高調(diào)整后并不能保證變形已經(jīng)調(diào)好，只有放回原位置后才能判斷。如果仍有變形則不需再翻身或墊高，因變形相對(duì)較小，現(xiàn)場(chǎng)使用三角形對(duì)稱加熱法進(jìn)行調(diào)整。在分段上加墊墩壓載，然后對(duì)分段側(cè)板上腹板位置處進(jìn)行三角形加熱。兩側(cè)加熱溫度和移動(dòng)速度要統(tǒng)一，不然會(huì)產(chǎn)生扭曲變形。整個(gè)變形矯正過(guò)程均采用火焰加熱的加熱方式，加熱時(shí)隨時(shí)利用測(cè)溫槍進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，保證加熱溫度一致，且不超過(guò)600℃。

4 結(jié)論

連續(xù)滑靴作為導(dǎo)管架建造過(guò)程的基礎(chǔ)部分，也是導(dǎo)管架裝船的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。該文根據(jù)多年的施工經(jīng)驗(yàn)，分別從合理的焊接順序、腹板間斷焊、剛性固定以及火焰矯正等多個(gè)方面對(duì)滑靴預(yù)制過(guò)程中的尺寸變形控制進(jìn)行了總結(jié)，為今后類似結(jié)構(gòu)的預(yù)制工作提供指導(dǎo)，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)的工作效率。

[1] 陳道金，張魯魯.鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形與控制糾正[J].煤礦現(xiàn)代化.2003(5):43-45.

[2] 程翠麗.淺談大型鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形控制[J].山西建筑.2008.34(9):196-198.

The Dimension Control Technique about Prefabricated Launch Cradle

LV Yi

(Offshore Oil Engineering (Qingdao) Co. Ltd.， Shangdong Qingdao 266520， China)

Launching cradle as a major structure of the jacket construction, load-out, as well as launching, construction accuracy is very high, and there is the a large welding working during the prefabricated process, the welding distortion inevitably produce. For solving this problem, this paper analyses the prefabricated sequence and welding distortion correction technology of launch cradle, aims to summarize the dimension control method of launch cradle during the prefabricated process to achieve the size tolerance requirements for future projects to improve efficiency and provide guidance to accumulate experience.

launch cradle; welding deformation；control measures; thermal correction

2014-01-09

呂 屹(1966-)，男，高級(jí)工程師。

1001-4500(2014)03-0017-04

P75

A