托管架滾輪架制作過程控制

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。同時為了保證各種工況，肩負著托輥的高度調(diào)節(jié)功能。在管道鋪設(shè)過程中受力情況具有復(fù)雜性、動態(tài)變化性的特點。

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，但因其會對鋼板強度產(chǎn)生影響，不能使用。同時因?qū)挾冗_到320，機械整形方式不現(xiàn)實也不經(jīng)濟。

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)進行合攏安裝。

合攏過程中面臨的最大問題有兩點

（1）如何保證兩個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，都會產(chǎn)生收縮變形，立柱管受焊口的影響將向外側(cè)移動。同時底部焊口先焊什么位置。立柱管就會向什么方向發(fā)生偏移。如何保證焊接完成后整個滾輪架系統(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、機械校正與火工整型三個過程。

（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。同時在結(jié)構(gòu)件件留出連接點，將每個結(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，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，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）在兩個結(jié)構(gòu)變形的另一側(cè)增加連接塊，對結(jié)構(gòu)件進行鉚固，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托輥底座的尺寸。同時由于設(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、螺帽等將兩個限位塊固定，螺栓眼用于工裝拆卸。兩個限位塊之間為設(shè)備及托輥底座，托管限位塊上的兩個突起結(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。

首先確定焊接順序為焊口一、二、三；另外將焊口一再按方向分為焊接位置1、2、3、4或更細化的1～8，本例分為1～4。自立柱端部在兩個方向布置垂線及檢驗線。根據(jù)本例偏差情況，在焊口一焊接過程中按照1-4-2-3的順序進行焊接，焊接過程中測量檢驗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，實現(xiàn)了對滾輪單元整體尺寸精度的控制，實現(xiàn)了理想的結(jié)果，保證了托管架項目的質(zhì)量、進度要求，同時又節(jié)省了項目經(jīng)費。

6小結(jié)

本文主要介紹了托管架項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，同時為后續(xù)項目的建造總結(jié)了經(jīng)驗。