渠建華

摘 要：本文針對托管架建造中滾輪架的制作、安裝各工序工藝進(jìn)行了總結(jié)，介紹了如何利用船廠現(xiàn)有的設(shè)備設(shè)施在保證質(zhì)量、進(jìn)度的基礎(chǔ)上所采取的工藝方法。

關(guān)鍵詞：托管架；變形控制；安裝工藝

1引言

托管架是海底管道S型鋪設(shè)中的重要裝備之一，懸掛在鋪管船的船尾，起到管道在下水過程中控制管道在托管架上的曲率的作用。滾輪架作為托管架的重要組成部分，由托輥、托輥底座及支撐結(jié)構(gòu)管組成。同時(shí)為了保證各種工況，肩負(fù)著托輥的高度調(diào)節(jié)功能。在管道鋪設(shè)過程中受力情況具有復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)變化性的特點(diǎn)。

2 建造過程中的主要困難和問題

滾輪架支撐管中心距4.8米，高度自5.5米至9.5米不等，要求最終安裝完成后公差不大于2mm。需要保證支撐管位置偏差、托輥底座整體制作尺寸偏差、托管底座相互位置偏差等都要在范圍之內(nèi)。

1）托輥支撐底座由30mm、40mm等鋼板構(gòu)件組裝焊接組成。

由于板厚較大如果在廠內(nèi)加工只能使用火焰切割，受熱變形的影響，構(gòu)件在多個(gè)方向產(chǎn)生變形，板厚方向最大產(chǎn)生50mm變形量，板寬方向最大產(chǎn)生近20mm變形量，同時(shí)不僅彎曲，而且翹曲、鼓脹等。

2）對于板寬方向變形，常用水火整形方法，但因其會(huì)對鋼板強(qiáng)度產(chǎn)生影響，不能使用。同時(shí)因?qū)挾冗_(dá)到320，機(jī)械整形方式不現(xiàn)實(shí)也不經(jīng)濟(jì)。

3）在結(jié)構(gòu)件沒有變形的情況下，可以按照要求完成裝配。但是由于其特殊的結(jié)構(gòu)形式和焊接形式，將不可避免的產(chǎn)生焊接變形，勢必導(dǎo)致滿足不了尺寸要求。

4）滾輪架預(yù)制完成后，將在現(xiàn)場與主結(jié)構(gòu)進(jìn)行合攏安裝。

合攏過程中面臨的最大問題有兩點(diǎn)

（1）如何保證兩個(gè)托輥底座的安裝位置和相對位置滿足公差要求，保證托輥設(shè)備及其提升系統(tǒng)的正常使用。

（2）立柱管和斜管現(xiàn)場定位完成后，焊口的焊接，都會(huì)產(chǎn)生收縮變形，立柱管受焊口的影響將向外側(cè)移動(dòng)。同時(shí)底部焊口先焊什么位置。立柱管就會(huì)向什么方向發(fā)生偏移。如何保證焊接完成后整個(gè)滾輪架系統(tǒng)的位置公差滿足要求是最終面臨的也是最大的問題。

3 現(xiàn)場建造工藝方法

針對滾輪單元建造過程中遇到的困難與問題，經(jīng)過與各專業(yè)人員的探討最終確定了工藝方法，有效的解決了問題，取得了良好的效果。

1）結(jié)構(gòu)件的變形控制。下料材料變型的解決辦法，主要有數(shù)控下料、機(jī)械校正與火工整型三個(gè)過程。

（1）調(diào)整數(shù)控下料的順序及采取必要的措施可有效減小變形量.

按照設(shè)定順序進(jìn)行孔洞的下料，避免局部區(qū)域出現(xiàn)大量的熱量集中。同時(shí)在結(jié)構(gòu)件件留出連接點(diǎn)，將每個(gè)結(jié)構(gòu)件加以固定。

（2）通過使用三滾輪滾床，調(diào)整板材平整度，。不斷增加滾床壓力，隨著滾動(dòng)，變形板材將逐漸恢復(fù)平整度。經(jīng)過不斷的滾壓及測量最終得到平整度滿足要求的材料。

（3）平整度解決后的板材，只是消除了一個(gè)方向的變形，在板寬方向依然存在著難以解決的變形。

通過板材兩端架設(shè)檢驗(yàn)線。通過對受熱區(qū)域的加熱并等待其冷卻，材料邊緣線將逐漸接近檢驗(yàn)線。因受熱如遇最終為材料焊接坡口區(qū)，受熱部位將被切除，固不影響材料強(qiáng)度。

2）托輥底座制作過程中的變形控制

根據(jù)托輥底座的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)件裝配過程中整體尺寸可以保證，但是焊接完成后由于焊接應(yīng)力的作用，勢必產(chǎn)生變形。本條主要介紹制作過程中的變形控制方法。

因焊縫的焊接量較大，必然產(chǎn)生變形。制作過程中主要采取一下措施：

（1）在兩個(gè)結(jié)構(gòu)變形的另一側(cè)增加連接塊，對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行鉚固，減小變形量。

（2）調(diào)整焊接順序。

（3）控制焊縫熱輸入量，控制焊接電壓、電流及速度，減小焊接應(yīng)力。

（4）焊縫處預(yù)留反變形量3mm左右，焊接完成后的收縮與預(yù)留量抵消。

通過上述辦法，并嚴(yán)格過程控制，最終得到滿足要求的托輥底座。

3）滾輪架的安裝工藝

主要分為兩部分，安裝過程中的尺寸控制及安裝完成后的焊接控制。

利用設(shè)備固有尺寸控制整個(gè)托輥底座的尺寸。同時(shí)由于設(shè)備與托輥底座銷軸孔之間存在裝配間隙，利用合適的工裝限制間隙，最終保證裝配尺寸。

使用工裝，利用兩段限位塊限制設(shè)備與托輥底座的相互位移，利用銷軸、絲桿、螺帽等將兩個(gè)限位塊固定，螺栓眼用于工裝拆卸。兩個(gè)限位塊之間為設(shè)備及托輥底座，托管限位塊上的兩個(gè)突起結(jié)構(gòu)限制其相對位移，保證設(shè)備及底座的相對位置不發(fā)生變化。

（2）調(diào)整焊接順序及方法，利用焊接調(diào)整最終尺寸。

分別將焊口分為一、二、三，如圖示。焊口一為底部，便于位置調(diào)整，所以焊口一位置不會(huì)出現(xiàn)范圍外的偏差，而頂部由于處于自由端，容易產(chǎn)生偏差。我們以一段為例，如圖右側(cè)滾輪底座安裝完成后頂部出現(xiàn)偏差，分別為10mm、5mm。

首先確定焊接順序?yàn)楹缚谝?、二、三；另外將焊口一再按方向分為焊接位?、2、3、4或更細(xì)化的1～8，本例分為1～4。自立柱端部在兩個(gè)方向布置垂線及檢驗(yàn)線。根據(jù)本例偏差情況，在焊口一焊接過程中按照1-4-2-3的順序進(jìn)行焊接，焊接過程中測量檢驗(yàn)線與垂線的位置變化，不斷調(diào)整熱輸入量，加快或降低位移變化速度，最終利用焊接應(yīng)力將立柱偏差量調(diào)整到要求范圍以內(nèi)。

焊口一焊接完成后，進(jìn)行焊口二的焊接。由于焊接收縮必將立柱向外側(cè)拉拽，使其產(chǎn)生位移。

焊口二的拉力通過焊口三作用于立管，所以焊口二焊接完成后，須將焊口三與立柱完全脫開，釋放應(yīng)力，俗稱“破口”。而焊口三焊接過程中又將產(chǎn)生拉力，此變形位移不可避免，所以在整個(gè)合攏過程中采用“反變形”工藝，立柱安裝過程和焊口一焊接過程中，使其向內(nèi)側(cè)偏移3～5mm，最終焊口三焊接結(jié)束，將得到比較理想的結(jié)果。當(dāng)然焊口三焊接過程中，要不斷測量檢驗(yàn)線的位移，適當(dāng)調(diào)整熱輸入量，控制位移變化速度。

最終在最大化利用船廠現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對滾輪單元整體尺寸精度的控制，實(shí)現(xiàn)了理想的結(jié)果，保證了托管架項(xiàng)目的質(zhì)量、進(jìn)度要求，同時(shí)又節(jié)省了項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)。

6小結(jié)

本文主要介紹了托管架項(xiàng)目滾輪架單元建造過程中尺寸精度控制的工藝、方法，解決了托管架建造中的一大難題，同時(shí)為后續(xù)項(xiàng)目的建造總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)。