數(shù)控相貫線切割機(jī)在海洋石油鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用和改進(jìn)

李 超 ,李 明 ,戴世超

（海洋石油工程（青島）有限公司，山東 青島 266520）

引言

相貫線是海洋石油工程鋼結(jié)構(gòu)中管與管以及管與板相連的主要結(jié)構(gòu)形式，它切割質(zhì)量的好壞對導(dǎo)管架和組塊焊接強(qiáng)度具有重大作用，所以在加工時(shí)必須保證相貫線切割的精度，以免在焊接時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量問題。相貫線切割傳統(tǒng)的做法均是手工完成，具體的施工流程是：對相貫線軌跡放樣——制作模板——工件劃線——手工切割——對樣打磨，如此繁瑣的加工方法，不僅生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大，而且產(chǎn)品質(zhì)量差，無法保證工件相貫后均勻的焊縫。為了解決以上高耗低產(chǎn)的問題，就需要運(yùn)用數(shù)控相貫線切割機(jī)來最終提高產(chǎn)量和質(zhì)量，同時(shí)也要隨著海洋石油鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展進(jìn)行必要的改進(jìn)。

目前，用于相貫線切割的設(shè)備主要是金鳳XMG型系列切割機(jī)、可旋轉(zhuǎn)管端自動切割機(jī)。本文針對這兩臺設(shè)備分別從結(jié)構(gòu)、能力、優(yōu)缺點(diǎn)這4個方面進(jìn)行介紹，以高效地進(jìn)行設(shè)備資源的配置，提高生產(chǎn)的效率。

1 兩種數(shù)控相貫線切割機(jī)特點(diǎn)

1.1 金鳳XMG型數(shù)控相貫線切割機(jī)

金鳳XMG型系列數(shù)控切割機(jī)主要是用于切割各種低碳鋼、不銹鋼等管材，其效率高、精度高、自動化水平也很高。

1.1.1 結(jié)構(gòu)

由移動機(jī)架、動力旋轉(zhuǎn)頭和切割頭等組成。通過移動機(jī)架使得運(yùn)行導(dǎo)軌與托架導(dǎo)軌保持平衡，進(jìn)而調(diào)高了機(jī)器的切割精度。動力旋轉(zhuǎn)頭通過卡盤帶動工件的上下、正反旋轉(zhuǎn)，切割頭則用于切割管材，它可以軸向和徑向的偏擺。通過系統(tǒng)控制以上運(yùn)動軸的聯(lián)動，來最終實(shí)現(xiàn)鋼管相貫線的切割。

1.1.2 切割能力

表1 切割參數(shù)

1.1.3 優(yōu)缺點(diǎn)

金鳳切割機(jī)不僅生產(chǎn)效率高、勞動強(qiáng)度低，而且切割精度高，切割后的桿件口型準(zhǔn)確，質(zhì)量較高，減少了相貫線坡口的打磨修復(fù)工作。通過控制臺的數(shù)控系統(tǒng)，裝在機(jī)器上的割炬按照輸入的切割參數(shù)進(jìn)行平面幾何運(yùn)動，只需要調(diào)整割炬的高度、火焰的大小及機(jī)器的行走速度來實(shí)現(xiàn)鋼管的連續(xù)切割。

管徑大于Φ406mm的鋼管一般是卷制管，必然會存在縱向焊縫。而金鳳切割機(jī)在切割過程中鋼管是始終處在滾輪上面的，滾輪在徑向轉(zhuǎn)動過程中會帶動鋼管旋轉(zhuǎn)，必然會導(dǎo)致縱縫和滾輪最高點(diǎn)接觸，也就自然而然將管子抬高，導(dǎo)致切割相貫線時(shí)會出現(xiàn)豁口，當(dāng)縱焊縫旋轉(zhuǎn)到另一端與另一側(cè)也同樣出現(xiàn)此類問題。

1.2 可旋轉(zhuǎn)管端切割機(jī)

1.2.1 結(jié)構(gòu)

此臺設(shè)備系統(tǒng)共由2臺相貫線切割機(jī)、3個電動移動管子支撐定位車、2個移動節(jié)料車、寬窄兩副鋼軌組成（如圖1）。

圖1 可旋轉(zhuǎn)管端相貫線切割機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.2 切割能力

表2 切割參數(shù)

1.2.3 優(yōu)缺點(diǎn)

首先它采用管子固定在支撐定位臺車上而設(shè)備旋轉(zhuǎn)的切割方式，可以克服一般相貫線切割機(jī)對管子不直（也即直線度）引起的在切割過程中的擺動補(bǔ)償不理想問題。其次，在切割時(shí)管子始終固定在臺車上，切割機(jī)采用回轉(zhuǎn)臂的形式，機(jī)頭繞被切管旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因而對管子重量和長度無限制，可以滿足建造中遇到的超長、超重、大管徑管子的切割需求。但是，在切割過程中會存在一臺設(shè)備在切割，而另外一臺處于閑置狀態(tài)，造成了設(shè)備資源的浪費(fèi)。

2 數(shù)控相貫線切割機(jī)在海洋石油鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

在海洋石油鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)管架和組塊總裝之前都要進(jìn)行導(dǎo)管、拉筋馬鞍口的切割，為了能夠更好的利用三臺設(shè)備和保證切割質(zhì)量，根據(jù)各自的切割能力，有必要進(jìn)行切割任務(wù)的分配。在荔灣3-1項(xiàng)目和麗水36-1項(xiàng)目中，以上2臺切割機(jī)都發(fā)揮了巨大的作用。

表3 各項(xiàng)目桿件規(guī)格

Φ168～Φ406 126 252 32.5荔灣3-1組塊Φ406～Φ1371 374 748 2407 Φ1371～Φ1829 5 10 53.01麗水36-1導(dǎo)管架Φ214～Φ325 32 64 3.2 Φ406～Φ1371 187 374 1426 Φ219～Φ325 63 126 15.99麗水36-1組塊Φ406～Φ712 99 198 191.37 Φ712～Φ832 10 20 49.33

通過以上表格分析可以看出，針對每個項(xiàng)目的不同，可以根據(jù)預(yù)先統(tǒng)計(jì)出來的規(guī)格進(jìn)行這兩臺設(shè)備的切割分配，管徑Φ≤406mm的管子采用金鳳XMG型切割機(jī)，Φ≥406mm以上的管子采用行健切割機(jī)。如此一來既能保證切割的高效率，也能保證切割的質(zhì)量，同時(shí)更在一定程度上避免了返修，節(jié)約了成本，提高了設(shè)備的利用率。

3 兩臺數(shù)控相貫線切割機(jī)的改進(jìn)

3.1 金鳳XMG型數(shù)控相貫線切割機(jī)的改進(jìn)

管徑Φ≥406mm的鋼管存在縱向焊縫，在切割時(shí)，為了解決縱向焊縫和滾輪接觸造成管子升高的難題，可以采用膠輪代替滾輪的措施，這樣靠管子自身的重量削減了抬起的高度，進(jìn)而降低了切割的誤差。此種情況也滿足了較大管徑的鋼管相貫線切割，不僅僅局限于Φ406mm以內(nèi)的無縫鋼管，擴(kuò)大了其使用范圍。

圖2 金鳳XMG型數(shù)控相貫線切割機(jī)的滾輪

切割機(jī)本身也受到管子長度的限制，這樣可以通過增加軸向運(yùn)動裝置或采取擴(kuò)展移動機(jī)架軌道長度，來解決切割盲區(qū)問題。

3.2 可旋轉(zhuǎn)管端切割機(jī)的改進(jìn)

和金鳳XMG型數(shù)控相貫線切割機(jī)相比，可旋轉(zhuǎn)管端自動切割機(jī)無論是切割能力還是切割質(zhì)量都大幅度得到了提高，但是在實(shí)際運(yùn)行中存在設(shè)備的利用率低現(xiàn)象。為了解決此問題，可以通過增加相應(yīng)的轉(zhuǎn)胎來提供支撐功能，這樣就保證了一臺切割設(shè)備對應(yīng)兩個支撐，在切割時(shí)互不影響，能同時(shí)進(jìn)行不同桿件的切割工作，極大的提高了設(shè)備的利用率。

4 結(jié)語

隨著海洋石油鋼結(jié)構(gòu)整體趨向于大型化，對建造質(zhì)量和技術(shù)都提出了更高的要求，相貫線切割的質(zhì)量和技術(shù)都有待進(jìn)一步提高。在以上2臺設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用中，采取必要的措施進(jìn)行階段性的改進(jìn)，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，在一定程度上實(shí)現(xiàn)降本增效的目的。

[1]美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)（API）RP 2A 海上固定平臺規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造的推薦作法—WSD，2000.

[2]美國鋼結(jié)構(gòu)建造學(xué)會（AISC）鋼結(jié)構(gòu)建筑物規(guī)范—需用應(yīng)力設(shè)計(jì).

[3]劉曉紅.淺談提高數(shù)控火焰切割機(jī)的質(zhì)量[J].機(jī)械工程自動化，2006.

[4]萬軍，劉魯江.接管焊接用相貫線切割機(jī)的應(yīng)用[J].焊接，2004，40（4）:40-41.