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)，對建造精度要求非常高，因連續(xù)滑靴在預(yù)制過程中焊接量較大，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行簡述，旨在總結(jié)滑靴預(yù)制過程中尺寸控制方法，從而達到尺寸公差要求，為以后項目提高工作效率積累經(jīng)驗并提供指導(dǎo)。

連續(xù)滑靴；焊接變形；控制措施；熱矯正

0 引言

連續(xù)滑靴在整個導(dǎo)管架建造和裝船過程中是一個不可缺少的構(gòu)件，在建造過程中滑靴對導(dǎo)管架起支撐作用；導(dǎo)管架陸地建造完工后，通過底部連續(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，連續(xù)滑靴支撐整個導(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)制過程中焊接量比較大，不可避免的產(chǎn)生焊接變形，變形后進行矯正變形不僅費工、費時、提高成本，而且可能引起較大的難以矯正的變形。正確認識并分析引起變形的因素，在建造過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)，從而達到尺寸公差要求。

該文結(jié)合現(xiàn)場實際施工情況，首先對滑靴的預(yù)制過程進行簡述，然后對預(yù)制過程中焊接變形控制措施進行總結(jié)，介紹了變形后的火工熱矯正過程，旨在總結(jié)連續(xù)滑靴預(yù)制過程中的尺寸控制方法，為今后項目提高工作效率積累經(jīng)驗并提供指導(dǎo)。

1 滑靴預(yù)制工藝流程

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

(2) 對每塊板切坡口，并進行打磨；

(3) 根據(jù)桿件號和單件圖查找各分段基板，并根據(jù)場地布置圖對各分段基板進行組對，同時在基板上畫出側(cè)板與腹板的位置，并進行打樣沖和打磨，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好，并根據(jù)畫好的位置線安裝一側(cè)側(cè)板；

(5) 以側(cè)板為基準安裝腹板；

(6) 安裝另一側(cè)的側(cè)板。

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

2 焊接變形控制措施

在滑靴的預(yù)制過程中焊接變形是不可避免的，常見的焊接變形形式如圖1所示。全面分析各種因素對焊接變形的影響，根據(jù)產(chǎn)生機理和規(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)制過程中采用電流小、熱輸入量小、變形小的CO2氣體保護焊。采用合理的焊接工藝可有效控制變形。

圖1 常見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，加熱區(qū)的伸長帶動焊接部位，使其產(chǎn)生一個與焊縫方向相反的變形，在加熱區(qū)冷卻收縮時，焊縫就能比較自由的收縮，達到減少內(nèi)應(yīng)力，從而減小變形的目的。

當(dāng)母材壁厚大于38 mm時，預(yù)熱溫度至少為66℃；母材厚度小于38 mm時，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，首先焊接腹板與底板對接的焊縫，然后焊接腹板與側(cè)板對接處的焊縫，即腹板的兩側(cè)位置，最后焊接側(cè)板與底板對接處的焊縫(如圖2(a)所示)，在進行腹板與側(cè)板的焊接時在壓載兩側(cè)采用對稱焊(如圖2(b)所示)，同時在側(cè)板與底板間焊縫的焊接時也采用對稱焊。

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，焊接變形也會較大，因此采用斷續(xù)焊的焊接方法，即每個電焊工分派一段距離的焊接工作，電焊工對一條焊道完成一遍焊接后就對下條焊道進行一遍施焊，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)件加以固定來對各種焊接變形進行限制，等焊接冷卻后再把固定部件卸去，這時焊接構(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側(cè)板變形較大處進行加固，加固點為兩側(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好的焊接變形的大小和方向，在裝配時預(yù)加一個相反的變形，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防止焊接變形。

現(xiàn)場采用了預(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)。在組對側(cè)板時，側(cè)板距離預(yù)留了4 mm～5 mm的焊接收縮余量，實際完成焊接后尺寸在運行的公差范圍內(nèi)。

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

圖5 預(yù)先制造反變形 圖6 側(cè)板組對時預(yù)留收縮余量

3 焊后變形矯正

對于連續(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)加荷載不得超過屈服極限的20%；另外在火焰加熱時要時刻注意測量加熱溫度，一般以50 mm～60 mm的間距使用激光測溫槍進行測溫，溫度測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，先對變形處施加荷載，場地上使用墊墩進行壓載，可以直接使用較大荷載，然后對彎曲最大處進行加熱，加熱溫度不能超過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，同時要求在焊道方向上加熱溫度和移動速度要均勻。

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側(cè)板使用線狀加熱方式，等板冷卻后再對另外的側(cè)板進行調(diào)整，調(diào)整順序是從中間向兩邊進行調(diào)整?；蓚?cè)同時加熱，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基板和整體角變形進行調(diào)整。翻身時起重指揮要指揮到位，盡量避免翻轉(zhuǎn)時產(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)對變形較大的腹板進行加熱矯形。

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，因變形相對較小，現(xiàn)場使用三角形對稱加熱法進行調(diào)整。在分段上加墊墩壓載，然后對分段側(cè)板上腹板位置處進行三角形加熱。兩側(cè)加熱溫度和移動速度要統(tǒng)一，不然會產(chǎn)生扭曲變形。整個變形矯正過程均采用火焰加熱的加熱方式，加熱時隨時利用測溫槍進行溫度監(jiān)測，保證加熱溫度一致，且不超過600℃。

4 結(jié)論

連續(xù)滑靴作為導(dǎo)管架建造過程的基礎(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，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方面對滑靴預(yù)制過程中的尺寸變形控制進行了總結(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，高級工程師。

1001-4500(2014)03-0017-04

P75

A