專利名稱：一種樁腿單面齒條的焊接方法和焊接夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自升式海洋平臺(tái)的樁腿單面齒條的焊接方法和焊接夾具，屬于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自升式海洋平臺(tái)由平臺(tái)和支撐平臺(tái)的若干樁腿組成。海洋平臺(tái)作業(yè)時(shí)，樁腿下降并支承于海底，平臺(tái)沿樁腿上升至離開水面一定的高度，以減小波浪的沖擊。平臺(tái)轉(zhuǎn)移時(shí)， 平臺(tái)下降浮于水面，樁腿自海底升起并保持大部分升出水面，以減小移位時(shí)的水阻力。樁腿結(jié)構(gòu)形式分為柱體式和桁架式兩種，其中，柱體式樁腿是用鋼板制作成封閉管狀結(jié)構(gòu)，然后沿樁腿軸向在管的外壁按需求數(shù)量焊接上單面齒條而成，一般在80m以下的淺海區(qū)作業(yè)。 樁腿上焊接的齒條用于將液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)至樁腿，齒條承受荷載大、受力復(fù)雜，因而對(duì)齒條的焊接質(zhì)量要求很高。而用于海洋平臺(tái)的齒條屬于超長(zhǎng)、超厚零件，長(zhǎng)度一般在5米以上，厚度在10厘米以上，超長(zhǎng)超厚齒條的焊接變形不易控制，極大地影響焊接精度，難以滿足海洋平臺(tái)對(duì)齒條焊接的質(zhì)量要求。發(fā)明專利申請(qǐng)名稱為“一種樁腿主舷管焊接方法”，公布號(hào)CN101987399A，申請(qǐng)公布日2011. 03. 23，公開了一種樁腿主舷管焊接方法，包括如下步驟步驟a、將加工好的半圓板和齒條對(duì)接；步驟b、對(duì)焊口加溫至120 180 °C進(jìn)行定位點(diǎn)焊，定位點(diǎn)焊的長(zhǎng)度在 100 150mm，間隔小于300mm ；步驟C、將工件預(yù)熱至150 180°C，預(yù)熱范圍至少為焊縫周圍80mm內(nèi)；步驟d、控制層間溫度在180 士 10°C，采用GMAW氣保焊1 1. 4mm焊絲封底， 埋弧焊3 5mm填充蓋面；焊接時(shí)，對(duì)同一半圓板與齒條的接縫同步進(jìn)行對(duì)稱焊接，以消除焊接過程產(chǎn)生的變形。該發(fā)明專利申請(qǐng)通過采用GMAW氣保焊和埋弧焊結(jié)合的焊接方法，確保焊接質(zhì)量要求，降低焊接成本，提高焊接速度。但該發(fā)明專利申請(qǐng)公開的齒條焊接方法仍然存在明顯的缺陷一是由于海洋平臺(tái)樁腿用齒條屬于超長(zhǎng)、超厚齒條，其焊接變形大且不易控制，但該焊接方法中除采用定位點(diǎn)焊、控制預(yù)熱溫度和焊接溫度等常規(guī)措施外，未采用其它控制或消除變形的措施，使齒條易產(chǎn)生過大的焊接變形，嚴(yán)重影響齒條的裝配精度，降低齒條的承載力和傳動(dòng)效率，不能滿足海洋平臺(tái)的樁腿齒條焊接的質(zhì)量要求；二是該發(fā)明專利申請(qǐng)公開的齒條屬于雙面齒條，雙面齒條在兩側(cè)同時(shí)施焊，而單面齒條僅在一側(cè)施焊，更易產(chǎn)生不均勻的熱變形而導(dǎo)致齒條的幾何尺寸、相對(duì)位置發(fā)生改變，影響齒條的焊接精度，因而該發(fā)明專利申請(qǐng)公開的雙面齒條焊接方法并不能直接適用單面齒條的焊接。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)技術(shù)目的旨在克服現(xiàn)有樁腿單面齒條焊接方法存在的焊接變形過大、影響齒條焊接精度、降低齒條承載力和傳動(dòng)效率的缺陷與不足，提供一種樁腿單面齒條的焊接方法，通過安裝專用的焊接夾具、控制較低的焊接線能、控制預(yù)熱溫度和層間溫度等方法，確保齒條與樁腿的可靠固定，有效地控制齒條的焊接變形，提高齒條的焊接精度，使齒條焊接質(zhì)量能夠完全滿足海洋平臺(tái)樁腿齒條的承載力和精確傳動(dòng)等要求。本發(fā)明的第二個(gè)技術(shù)目的旨在克服現(xiàn)有樁腿單面齒條的焊接缺乏專用焊接夾具， 齒條固定不可靠而容易在焊接過程中發(fā)生變形和位移，影響齒條焊接精度和焊接質(zhì)量的缺陷與不足，提供一種用于樁腿單面齒條焊接的焊接夾具，該焊接夾具通過與齒條的靜配合或過渡配合、與樁腿的焊接連接，可靠地將齒條與樁腿固定，確保齒條在焊接中不發(fā)生任何微小的位移，嚴(yán)格限制齒條的焊接變形，保障齒條的焊接精度和焊接質(zhì)量，且焊接夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本低廉，并且可以重復(fù)使用。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)技術(shù)目的采用的技術(shù)方案是 一種樁腿單面齒條的焊接方法，包括以下步驟
A.對(duì)焊接坡口預(yù)熱至160 180°C；
B.對(duì)齒條施定位點(diǎn)焊，所述定位點(diǎn)焊的長(zhǎng)度為500 1000mm，間距小于600mm；
C.在齒條上沿軸向每隔0.8 1. 5m安裝一個(gè)焊接夾具，然后將焊接夾具的固定凹槽插入齒條上部，使焊接夾具與齒條靜配合或過渡配合，將焊接夾具的夾爪的自由端與樁腿的外壁焊接固定；
D.對(duì)焊接坡口預(yù)熱至160 180°C，預(yù)熱范圍為焊接坡口周圍80 IOOmm；
E.采用FCAW氣體保護(hù)焊接方法對(duì)齒條施焊，焊絲直徑1 1.4mm，控制層間溫度為 160-180°C，控制焊接線能量為17 23kj/cm。一種樁腿單面齒條的焊接方法，在步驟E之后還包括步驟F :F.齒條焊接完成后， 將焊接夾具的夾爪從樁腿上切割分離，然后取出焊接夾具。一種樁腿單面齒條的焊接方法，所述步驟B還包括Bl :B1.齒條與樁腿定位點(diǎn)焊前，在齒條與樁腿的間隙大于2mm的位置設(shè)置鋼質(zhì)墊片，所述墊片的厚度等于齒條與樁腿的間隙高度。一種樁腿單面齒條的焊接方法，所述點(diǎn)焊預(yù)熱溫度、焊接預(yù)熱溫度、層間溫度和焊接溫度的差值小于20°C。 一種樁腿單面齒條的焊接方法，所述步驟E中的焊接線能量為17 19kj/cm，焊接電流為180 220A、電壓為24 ^V，焊接速度為35 45cm/min。一種樁腿單面齒條的焊接方法，所述步驟E中，由偶數(shù)名焊工從齒條中間向兩邊采用分段退焊法施焊，每段長(zhǎng)度300 500mm。一種樁腿單面齒條的焊接方法，所述偶數(shù)名焊工從齒條中間向兩邊施焊的焊接電流相等。一種樁腿單面齒條的焊接夾具，包括樁腿和齒條，所述焊接夾具由底座和偶數(shù)個(gè)夾爪組成，所述夾爪的形狀和大小相同，所述夾爪的橫截面為弧形、類弧形或L形，所述偶數(shù)個(gè)夾爪的一端沿底座的軸向、對(duì)稱地固定在底座的兩側(cè)，另一端為自由端，所述底座的內(nèi)側(cè)設(shè)有開口向下、軸向通長(zhǎng)的固定凹槽，所述固定凹槽的內(nèi)壁與齒條靜配合或過渡配合，所述夾爪的自由端與樁腿的外壁焊接連接。一種樁腿單面齒條的焊接夾具，所述底座的長(zhǎng)度為60 80mm。一種樁腿單面齒條的焊接夾具，所述夾爪為兩個(gè)，其軸向長(zhǎng)度與底座的長(zhǎng)度相等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)是
1.使用專用焊接夾具將齒條與樁腿可靠固定，嚴(yán)格限制齒條在焊接中的變形和位移，確保齒條的焊接精度和焊接質(zhì)量。2.控制較小的焊接線能量，以及相應(yīng)的焊接電流、焊接電壓和焊接速度等參數(shù)，使焊接產(chǎn)生的熱量低、焊接熱變形小，不易產(chǎn)生熱裂紋，確保焊接質(zhì)量。3.控制相同或相差很小的預(yù)熱溫度和焊接溫度，能夠增強(qiáng)點(diǎn)焊焊縫與正式焊縫的熔合性和整體性，確保整體焊縫的質(zhì)量和焊接強(qiáng)度，滿足海洋平臺(tái)樁腿齒條的高負(fù)荷和精確傳動(dòng)的要求。4.在齒條與樁腿的較大間隙處設(shè)置等厚的鋼質(zhì)墊片，消除了齒條與樁腿的間隙， 防止焊接收縮作用引起的齒條內(nèi)陷，確保齒條與樁腿的裝配精度。5.采用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊，顯著減少了焊接過程的飛濺，減少后續(xù)的表面打磨工作量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。6.采用由中間向兩邊對(duì)稱退焊法施焊，能夠顯著控制齒條受熱的線變形和角變形，確保齒條焊接位置準(zhǔn)確，并能提高施工效率。7.焊接夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本低廉，且可以重復(fù)使用。
圖1是本發(fā)明樁腿單面齒條的焊接夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的樁腿單面齒條焊接方法包括如下A F步驟
A.對(duì)焊接坡口預(yù)熱至160 180°C；
B.對(duì)齒條施定位點(diǎn)焊，定位點(diǎn)焊的長(zhǎng)度為500 1000mm，間距小于600mm；
C.在齒條上沿軸向每隔0.8 1. 5m安裝一個(gè)焊接夾具，將焊接夾具的固定凹槽插入齒條上部，使焊接夾具與齒條靜配合或過渡配合，然后將焊接夾具的夾爪的自由端與樁腿的外壁焊接固定；
D.對(duì)焊接坡口預(yù)熱至160 180°C，預(yù)熱范圍為焊接坡口周圍80 IOOmm；
E.采用FCAW氣體保護(hù)焊接方法對(duì)齒條施焊，焊絲直徑1 1.4mm，控制層間溫度為 160-180°C，控制焊接線能量為17 23kj/cm。步驟A中，首先將齒條吊裝到位，然后對(duì)焊接坡口實(shí)施預(yù)熱。為保證焊接質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)在吊裝前對(duì)齒條與樁腿的焊接位置進(jìn)行打磨至露出金屬光澤。步驟B中還可以包括步驟Bl 齒條與樁腿定位點(diǎn)焊前，在齒條與樁腿的間隙大于 2mm的位置設(shè)置鋼質(zhì)墊片，鋼質(zhì)墊片的厚度等于齒條與樁腿的間隙高度。受到加工精度的限制，樁腿與齒條均存在一定范圍的撓度公差，撓度公差一般在1 3mm左右。樁腿與齒條裝配時(shí)，撓度公差導(dǎo)致二者之間不能緊密配合，而是具有一定的間隙，而焊接收縮作用會(huì)使齒條產(chǎn)生內(nèi)陷，從而改變齒條與樁腿的相對(duì)位置。當(dāng)齒條與樁腿之間的間隙超出一定范圍，使齒條與樁腿的相對(duì)位置產(chǎn)生較大程度地改變時(shí)，將嚴(yán)重影響齒條的傳動(dòng)效率和承載力。因此，本發(fā)明提供的樁腿齒條焊接方法，在齒條與樁腿的間隙大于2mm的位置設(shè)置與間隙等厚的鋼質(zhì)墊片，從而消除了齒條與樁腿的間隙，防止焊接收縮作用引起的齒條內(nèi)陷，確保齒條與樁腿的裝配精度，以及齒條的傳動(dòng)效率和承載力。步驟C中，焊接夾具通過固定凹槽與齒條的靜配合或過渡配合，以及通過夾爪與樁腿的焊接固定，將齒條與樁腿可靠固定，與僅通過定位點(diǎn)焊固定齒條的方法相比，在焊接過程中，齒條的縱向變形和橫向變形都受到嚴(yán)格控制，使齒條焊接質(zhì)量和焊接精度顯著提高。焊接結(jié)束后，將焊接夾具的夾爪從樁腿上切割分離，然后取出焊接夾具，因而焊接夾具可以反復(fù)使用，能夠有效地節(jié)約焊接成本。本發(fā)明提供的樁腿齒條的焊接方法，定位點(diǎn)焊的預(yù)熱溫度、焊接預(yù)熱溫度、層間溫度和焊接溫度均為160 180°C，且上述四個(gè)溫度的差值小于20°C。保持相同或相差很小的預(yù)熱溫度和焊接溫度，能夠增強(qiáng)點(diǎn)焊焊縫與正式焊縫的熔合性和整體性，確保整體焊縫的質(zhì)量和焊接強(qiáng)度，滿足海洋平臺(tái)樁腿齒條的高負(fù)荷和精確傳動(dòng)的要求。本發(fā)明提供的樁腿齒條焊接采用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊(FCAW)?，F(xiàn)有技術(shù)一般采用實(shí)心焊絲氣體保護(hù)焊，實(shí)心焊絲氣體保護(hù)焊存在飛濺多的缺陷，而樁腿齒條為超長(zhǎng)齒條，長(zhǎng)度一般在5米以上，沿著超長(zhǎng)齒條施焊過程中，產(chǎn)生過多的飛濺沾在焊縫或樁腿上，極大地增加了后續(xù)的表面打磨工作量，增大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了加工效率。因而本發(fā)明采用飛濺少的藥芯焊絲氣體保護(hù)焊，顯著減少了飛濺，以及后續(xù)的表面打磨工作量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明提供的樁腿齒條焊接方法，焊接線能量為17 23kj/cm，優(yōu)選17 19kj/ cm。由于樁腿用齒條屬于超長(zhǎng)、超厚齒條，焊縫長(zhǎng)且厚，且齒條材質(zhì)為高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼，因而宜選用較小的焊接線能量，使焊接產(chǎn)生的熱量低、焊接熱變形小，不易產(chǎn)生熱裂紋，確保焊接質(zhì)量。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)焊接線能量低于17kj/cm時(shí)，出現(xiàn)焊接溫度過低而導(dǎo)致焊縫不均勻、出現(xiàn)冷裂紋等情形，影響焊接強(qiáng)度；當(dāng)焊接線能量高于23kj/cm時(shí)，容易產(chǎn)生過大的熱變形和熱裂紋，同樣影響焊接強(qiáng)度和焊接質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)還證明，選用線能量為17 19kj/cm 進(jìn)行焊接時(shí)，產(chǎn)生的熱變形最小、焊接質(zhì)量最好。選用線能量為17 19kj/cm進(jìn)行焊接時(shí)， 可選擇焊接電流為180 220A、焊接電壓處于M ^V，焊接速度35 45cm/min，可以有效的降低焊接變形，保證了焊接質(zhì)量。本發(fā)明提供的樁腿齒條焊接方法可采用退焊法施焊，由偶數(shù)名焊工從齒條中間向兩邊采用分段退焊法施焊，每段長(zhǎng)度300 500mm。采用由偶數(shù)名焊工從齒條中間向兩邊采用分段退焊法施焊的方法，能夠顯著控制齒條受熱的線變形和角變形，確保齒條焊接位置準(zhǔn)確，并能提高施工效率。為進(jìn)一步確保齒條的焊接質(zhì)量，防止齒條產(chǎn)生角變形，優(yōu)選地，偶數(shù)名焊工從齒條中間向兩邊施焊的采用的焊接電流相等。本發(fā)明提供的用于樁腿單面齒條的焊接方法的焊接夾具，由底座和偶數(shù)個(gè)夾爪組成。偶數(shù)個(gè)夾爪的形狀和大小相同，其橫截面為弧形、類弧形或L形。偶數(shù)個(gè)夾爪的一端沿底座的軸向、對(duì)稱地固定在底座的兩側(cè)，另一端為自由端，底座的內(nèi)側(cè)設(shè)有開口向下、軸向通長(zhǎng)的固定凹槽，固定凹槽的內(nèi)壁與齒條靜配合或過渡配合，夾爪的自由端與樁腿的外壁焊接連接。焊接夾具通過固定凹槽與齒條靜配合或過渡配合連接，通過焊接與樁腿固定連接，從而將齒條與樁腿可靠固定，使焊接過程中齒條不會(huì)因外力和熱變形作用發(fā)生任何微小的位移，保障齒條的焊接位置準(zhǔn)確，提高齒條焊接質(zhì)量。焊接夾具是焊接加工中的常用工裝，對(duì)于固定焊接件、確保焊接位置精準(zhǔn)具有不可替代的作用。但是，現(xiàn)有技術(shù)樁腿齒條的焊接加工，由于樁腿和齒條構(gòu)件尺寸和質(zhì)量都較大，不能適用一般焊接加工的夾具，因而通常僅采用定位點(diǎn)焊的方式固定。但是，點(diǎn)焊的焊接強(qiáng)度有限，而齒條的尺寸和質(zhì)量又較大，且焊縫長(zhǎng)、焊接熱量大，使得齒條在后續(xù)的正式
6焊接過程中極易發(fā)生過大的變形和位移，從而嚴(yán)重影響齒條的焊接精度和焊接質(zhì)量，降低齒條的承載力和傳動(dòng)效率。本發(fā)明提供的焊接夾具，在定位點(diǎn)焊的基礎(chǔ)上，采用靜配合或過渡配合以及焊接的方式，進(jìn)一步可靠固定齒條，嚴(yán)格限制齒條的變形和位移，確保了齒條焊接精度和焊接質(zhì)量，并且齒條焊接完成后焊接夾具可拆除重復(fù)使用，且焊接夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 使用方便、成本低廉。 本發(fā)明提供的焊接夾具，綜合考慮齒條和樁腿的尺寸，以及焊接夾具的安裝密度， 底座的長(zhǎng)度可以設(shè)置為60 80mm。夾爪優(yōu)選為兩個(gè)，并且其軸向長(zhǎng)度與底座的長(zhǎng)度相等。
權(quán)利要求
1.一種樁腿單面齒條的焊接方法，其特征在于包括以下步驟A.對(duì)焊接坡口預(yù)熱至160 180°C；B.對(duì)齒條施定位點(diǎn)焊，所述定位點(diǎn)焊的長(zhǎng)度為500 1000mm，間距小于600mm；C.在齒條上沿軸向每隔0.8 1. 5m安裝一個(gè)焊接夾具，將焊接夾具的固定凹槽插入齒條上部，使焊接夾具與齒條靜配合或過渡配合，然后將焊接夾具的夾爪的自由端與樁腿的外壁焊接固定；D.對(duì)焊接坡口預(yù)熱至160 180°C，預(yù)熱范圍為焊接坡口周圍80 IOOmm；E.采用FCAW氣體保護(hù)焊接方法對(duì)齒條施焊，焊絲直徑1 1.4mm，控制層間溫度為 160-180°C，控制焊接線能量為17 23kj/cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樁腿單面齒條的焊接方法，其特征在于步驟E之后還包括步驟F:F.齒條焊接完成后，將焊接夾具的夾爪從樁腿上切割分離，然后取出焊接夾具。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樁腿單面齒條的焊接方法，其特征在于步驟B還包括Bl Bi.齒條與樁腿定位點(diǎn)焊前，在齒條與樁腿的間隙大于2mm的位置設(shè)置鋼質(zhì)墊片，所述墊片的厚度等于齒條與樁腿的間隙高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樁腿單面齒條的焊接方法，其特征在于所述點(diǎn)焊預(yù)熱溫度、焊接預(yù)熱溫度、層間溫度和焊接溫度的差值小于20°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樁腿單面齒條的焊接方法，其特征在于所述步驟E中的焊接線能量為17 19k j/cm，焊接電流為180 220A、電壓為M 28V，焊接速度為35 45cm/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樁腿單面齒條的焊接方法，其特征在于所述步驟E中， 由偶數(shù)名焊工從齒條中間向兩邊采用分段退焊法施焊，每段長(zhǎng)度300 500mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種樁腿單面齒條的焊接方法，其特征在于所述偶數(shù)名焊工從齒條中間向兩邊施焊的焊接電流相等。
8.一種樁腿單面齒條的焊接夾具，包括樁腿和齒條，其特征在于所述焊接夾具由底座和偶數(shù)個(gè)夾爪組成，所述夾爪的形狀和大小相同，所述夾爪的橫截面為弧形、類弧形或L 形，所述偶數(shù)個(gè)夾爪的一端沿底座的軸向、對(duì)稱地固定在底座的兩側(cè)，另一端為自由端，所述底座的內(nèi)側(cè)設(shè)有開口向下、軸向通長(zhǎng)的固定凹槽，所述固定凹槽的內(nèi)壁與齒條靜配合或過渡配合，所述夾爪的自由端與樁腿的外壁焊接連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種焊接夾具，其特征在于所述底座的長(zhǎng)度為60 80mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種焊接夾具，其特征在于所述夾爪為兩個(gè)，其軸向長(zhǎng)度與底座的長(zhǎng)度相等。
全文摘要
一種樁腿單面齒條的焊接方法，包括A．預(yù)熱至160～180℃；B．定位點(diǎn)焊，長(zhǎng)度為500～1000mm，間距小于600mm；C．將焊接夾具的固定凹槽插入齒條，將夾爪的自由端與樁腿焊接；D．預(yù)熱至160～180℃；E．采用FCAW氣體保護(hù)焊接方法施焊，層間溫度為160-180℃，焊接線能量為17～23kj/cm。一種樁腿單面齒條的焊接夾具，由底座和對(duì)稱固定在底座上的偶數(shù)個(gè)夾爪組成，底座的內(nèi)側(cè)設(shè)有與齒條靜配合或過渡配合的固定凹槽，夾爪的自由端與樁腿焊接。本發(fā)明提供的樁腿單面齒條的焊接方法和焊接夾具，能夠確保齒條與樁腿的可靠固定，有效地控制齒條的焊接變形，確保齒條的焊接精度和焊接質(zhì)量。
文檔編號(hào)B23K37/04GK102528236SQ20121001375
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者劉謙, 周永忠, 徐鋼新, 楊新明, 王良, 程文池, 趙金明 申請(qǐng)人:武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司