自升式平臺圓柱型樁腿焊接工藝研究

陽厚鑫

摘要：隨著國家海洋強國戰略的有序推進和清潔能源政策的有效落實，海上風電今年來在國內呈現出良好的發展勢頭[1]。基于海上風電場工程的自身特點，一批專門用于海上風電場施工的風電安裝施工平臺應運而生。樁腿是自升式平臺最關鍵的結構之一，由于其結構復雜、尺寸大、精度高、材質特殊、使用風險高，因此樁腿建造技術已經成為自升式平臺建造的核心。本文通過對樁腿齒條座板與筒體焊接進行研究，提高了焊接質量穩定性，降低了勞動強度，提高了生產效率。

關鍵詞：圓柱形樁腿;齒條;齒條座板;筒體;半自動焊接小車

1. 樁腿焊接存在的問題

樁腿作為自升式平臺建造的核心，其結構復雜、尺寸大、精度高、材質特殊、使用風險高。其中齒條座板與筒體之間焊接是控制樁腿質量、尺寸精度的最關鍵工序。為保證兩側齒條開檔尺寸，常規方法為先將齒條和座板焊接后整體組裝至筒體上。座板與筒體之間焊縫為在內側增加焊接襯墊，外側焊接，內側無法清根，且要求超聲波探傷，如果一次探傷合格率不高，存在大面積返修情況，勢必將對整個樁腿尺寸精度產生巨大影響，因此需研究一種焊接質量穩定，生產效率高的焊接方法，提高一次探傷合格率，保證焊接質量，從而保證整個樁腿質量。

2. 實驗過程

人工焊接由于個體差異存在不穩定因素，導致焊接質量存在不穩定風險。首先考慮改為機器人焊接，經過與多家機器人廠家溝通，發現由于筒體和座板制作存在直線度偏差，導致座板與筒體組對后，焊接坡口存在直線度偏差以及根部間隙大小存在偏差，導致裝配組對結果無法滿足機器人焊接要求，經過大量機器人焊接實驗，探傷合格率較低，無法保證焊接質量要求，且機器人焊接費用極高（約1000萬）。現改為采用半自動焊接小車進行實驗。

2.1備料

為保證實驗準確性，所有零件尺寸按樁腿圖紙下料，座板（厚度25mm）和筒體（厚度30mm）材質Q345D，焊絲：THY-51B φ1.2mm，焊接采用100%CO2氣體保護焊。

2.2工藝實施

2.2.1 方案一

襯墊采用鋼板，寬度30mm，厚度6mm，坡口根部間隙4-9mm，焊接參數和探傷結果如表1：

分析：

1）通過實驗發現，由于坡口根部間隙存在差異，采用半自動小車打底焊接無法實現自動調節焊槍擺動寬度，導致打底焊接質量較差，無法保焊接質量;

2）人工打底焊接探傷不合格，發現缺陷深度為23-24mm，位于打底層，采用鋸床將試樣

鋸開，發現缺陷為未熔合，位于焊縫根部貼近筒體位置，可能是由于筒體厚度較厚，襯墊與筒體之間夾角較小，打底層焊接熔池未完全融合襯墊與筒體夾角位置，導致此位置未熔合。

2.2.2 方案二

襯墊采用鋼板，寬度30mm，厚度6mm，坡口根部間隙6-11mm，焊接參數和探傷結果如表2：

分析：

焊接探傷不合格，發現缺陷深度為22-24mm，位于打底層，采用鋸床將試樣鋸開，發現缺陷為未熔合，位于焊縫根部貼近筒體位置，可能是由于筒體厚度較厚，襯墊與筒體之間夾角較小，打底層焊接熔池未完全融合襯墊與筒體夾角位置，導致此位置未熔合，將坡口根部間隙增大的方式不可取。

2.2.3 方案三

襯墊采用鋼板，寬度30mm，厚度6mm，坡口根部間隙6-11mm，且襯墊靠近筒體位置倒C4坡口，焊接參數和探傷結果如表c：

分析：

焊接探傷合格，因此可采用坡口根部間隙6-11mm，襯墊倒角C4的方式進行焊接，可獲得穩定的焊接質量。

3. 結束語

通過大量試驗研究表明，樁腿座板與筒體之間焊接可采用人工打底加半自動小車填充蓋面的焊接方式進行，具體焊接參數按表e，可獲得穩定的焊接質量。襯墊采用折彎角鋼，相對鋼板襯墊可減少矯形和加工工作量;相對全部使用人工焊接，采用人工打底加半自動小車填充蓋面的方式，可大大降低勞動強度，并且獲得穩定的焊接質量，提高了一次探傷合格率;兩側對稱焊接時，可將半自動小車的參數調成完全一致，減小了焊接變形，提高了樁腿制作的尺寸精度，提高了生產效率。

參考文獻：

[1] 鄒濟成.2000t自升式風電安裝平臺樁腿、齒條施工精度控制工藝[J]設備監理. 2018，（05）：36-39.