朱萍萍

上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司長興分公司

1 引言

鋼圓筒作為海上風(fēng)電基礎(chǔ)支撐部分，下端樁體入海固定，上端螺栓聯(lián)接塔筒。海上工況復(fù)雜，鋼圓筒所有拼縫均須符合焊縫成型質(zhì)量等級《承壓設(shè)備無損檢測》(NB/T47013)等規(guī)范要求，并達(dá)到I級標(biāo)準(zhǔn)。在厚板的對接環(huán)焊縫上，通過100%MT磁粉探傷+100%UT超聲波探傷檢測手段來判斷焊縫質(zhì)量，焊縫返修不可超過兩次，故提高焊接質(zhì)量，焊接一次合格，減少返工返修是鋼圓筒焊接的關(guān)鍵要素。在焊接工藝規(guī)程中，除了焊材、坡口、焊接順序等要求，焊接時(shí)焊道層間溫度、焊后保溫尤為重要，通過嚴(yán)格控制預(yù)熱、層間溫度、后熱保溫及焊接線能量等措施來防止出現(xiàn)焊接質(zhì)量問題[1]。

對于焊前加熱、保溫，通常使用火焰加熱方式，氣體通過火焰支架圓管通道進(jìn)入火焰噴嘴口，點(diǎn)燃后加熱[2]。但會存在室外風(fēng)速不可控、用氣管道配置不足、支架圓管通道漏氣、手工點(diǎn)燃危險(xiǎn)性高、多個(gè)噴嘴口貼合加熱體差、受熱不均等因素影響加熱，為此改用陶瓷電加熱形式。陶瓷加熱設(shè)備是一種熱量分布均勻的高效加熱器，但一般電加熱設(shè)備的擱置支架，存在放置加熱設(shè)備后與大直徑圓弧加熱體貼合度不夠、加熱范圍局限、受熱不均勻難以調(diào)整、散熱不良好、不輕便、不易組合使用、易受地形影響出現(xiàn)傾斜等問題，極大影響電加熱器在連續(xù)焊前加熱、后熱保溫的使用，需要設(shè)計(jì)一組圓弧電加熱器支架，使其能充分貼合圓弧加熱體，結(jié)構(gòu)簡單、受熱均勻、調(diào)節(jié)容易，并能組合、拆解使用。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圓弧電加熱器支架工裝由2個(gè)側(cè)向圓弧電加熱器支架和底部圓弧電加熱器支架3部分組合而成。底部圓弧電加熱支架放置中間，2個(gè)側(cè)向支架在底部支架兩側(cè)對稱放置,組合支架處于同一平面(見圖1)。圓弧電加熱支架也可拆解單獨(dú)使用，底部支架可用于小直徑圓筒環(huán)焊縫電加熱，滿足不同筒徑環(huán)焊縫的焊接預(yù)熱、層溫控制及焊后保溫需求。

1.側(cè)向圓弧電加熱器支架1 2.底部圓弧電加熱器支架 3.側(cè)向圓弧電加熱支架2圖1 圓弧電加熱器支架組合工裝簡圖

2.1 側(cè)向圓弧電加熱支架

側(cè)向圓弧電加熱支架由行走車輪裝置、側(cè)向固定支架、彈簧裝置、側(cè)向鋪設(shè)支架、滾輪裝置組成(見圖2)。行走車輪裝置位于側(cè)向固定支架底部四角，與側(cè)向固定支架螺栓聯(lián)接固定，彈簧裝置在側(cè)向固定支架的上四角，兩兩對稱安裝，4組彈簧裝置有一定高低差。側(cè)向圓弧鋪設(shè)支架與彈簧裝置長螺桿聯(lián)接固定。滾輪裝置裝焊于圓弧鋪設(shè)支架上。

1.滾輪裝置 2.彈簧裝置 3.側(cè)向固定支架 4.行走車輪裝置 5.側(cè)向圓弧鋪設(shè)支架圖2 側(cè)向圓弧電加熱器支架1工裝簡圖

行走車輪裝置在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到外場施工工況，地面會存在不平或有斜坡的情況，采用萬向輪安裝于底部。通過萬向輪可輕便推動支架，支架放置到位后，旋轉(zhuǎn)車輪螺桿使車輪上升脫離地面后固定，車輪螺桿可改善支架水平及調(diào)整高度，提高支架貼合精度。

側(cè)向固定支架采用方管焊接成型，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，輕便美觀。側(cè)向固定支架起支撐作用，將側(cè)向圓弧鋪設(shè)支架、4組彈簧裝置連接成一體，具有很強(qiáng)的抗變形能力。

彈簧裝置共4組，下端使用螺桿、螺母聯(lián)接側(cè)向固定支架，上端使用長螺桿、向心關(guān)節(jié)軸承、軸套、螺母聯(lián)接側(cè)向圓弧鋪設(shè)支架(見圖3)。壓縮彈簧放置于上、下支撐塊之間，下端的螺桿與螺母配合可調(diào)節(jié)彈簧裝置的高度，使側(cè)向圓弧鋪設(shè)支架可水平、可傾斜，滿足直圓筒或錐圓筒貼合需求。彈簧裝置具有調(diào)整電加熱設(shè)備與直/錐鋼圓筒環(huán)縫焊接區(qū)域緊密貼合的作用，滿足各類筒徑焊接區(qū)域加熱及保溫，最大限度降低因加熱或保溫不足出現(xiàn)的焊縫開裂、未熔合等風(fēng)險(xiǎn)。

1.長螺桿 2.上支撐塊 3.壓縮彈簧 4.下支撐塊 5.螺桿圖3 彈簧裝置工裝簡圖

側(cè)向圓弧鋪設(shè)支架呈圓弧形，由兩側(cè)圓弧板及若干支撐方管組成，支撐方管側(cè)面開方孔，方便散熱。支撐方管采用耐高溫材料，電加熱設(shè)備直接鋪設(shè)在支架上，易與直/錐鋼圓筒環(huán)縫焊接區(qū)域緊密貼合，從而使焊接區(qū)域充分加熱[3-4]。滾輪裝置裝焊在兩側(cè)圓弧板上，滾輪最高點(diǎn)高于加熱器鋪設(shè)后的高度。當(dāng)圓筒存在橢圓度問題時(shí)，滾輪受壓后傳遞到壓縮彈簧，壓縮彈簧收縮后進(jìn)而使支架有效貼合，同時(shí)保護(hù)電加熱器不受磨損而損壞。

2.2 底部圓弧電加熱支架

底部圓弧電加熱支架由行走車輪裝置、底部固定支架、彈簧裝置、底部圓弧鋪設(shè)支架、滾輪裝置、弧度調(diào)節(jié)桿組成(見圖4)。行走車輪裝置位于底部固定支架底部四角，采用萬向輪與底部固定支架螺栓聯(lián)接固定。彈簧裝置結(jié)構(gòu)組成與側(cè)向支架彈簧相同，兩兩對稱安裝在底部固定支架上，8組彈簧裝置中間4組低，外側(cè)4組高。

1.底部圓弧鋪設(shè)支架 2.滾輪裝置 3.彈簧裝置 4.行走車輪裝置 5.弧度調(diào)節(jié)桿 6.底部固定支架圖4 底部圓弧電加熱器支架工裝簡圖

底部圓弧鋪設(shè)支架分3片圓弧段用螺栓聯(lián)接成一體，調(diào)節(jié)弧度時(shí)螺栓松開，待調(diào)節(jié)后再擰緊(見圖5)。中間支架部分與中間4組彈簧裝置長螺桿聯(lián)接固定，并設(shè)置有弧度調(diào)節(jié)桿，調(diào)節(jié)桿開設(shè)多個(gè)螺栓孔，通過調(diào)節(jié)底部圓弧鋪設(shè)支架的高度來滿足不同鋼圓筒外徑的弧度。兩側(cè)支架與外側(cè)4組彈簧裝置長螺桿聯(lián)接固定，滾輪裝置裝焊于底部圓弧鋪設(shè)支架的圓弧支撐板上。3段鋪設(shè)支架由圓弧板及若干支撐方管組成，支撐方管側(cè)面開方孔，方便散熱。支撐方管采用耐高溫材料，電加熱設(shè)備直接鋪設(shè)在支架上。

1.單側(cè)底部圓弧鋪設(shè)支架1 2.中間底部圓弧鋪設(shè)支架 3.單側(cè)底部圓弧鋪設(shè)支架2圖5 底部圓弧鋪設(shè)支架工裝簡圖

3 實(shí)施方式

大直徑鋼圓筒在滾輪架上組對焊接外環(huán)焊縫前，圓弧加熱器支架工裝通過彈簧裝置下降整體高度，隨后推動至環(huán)焊縫下方，在環(huán)焊縫位置放置后固定行走機(jī)構(gòu)車輪，通過車輪螺桿上升調(diào)整支架整體水平，使車輪與地面充分接觸。整體支架固定到位后，通過圓弧調(diào)節(jié)桿及彈簧裝置調(diào)整高度與直/錐鋼圓筒緊密貼合，留有小間隙。將電加熱設(shè)備(陶瓷加熱繩)直接鋪設(shè)在圓弧鋪設(shè)支架上并固定。陶瓷加熱繩是熱量分部均勻的高效加熱器，其恒溫可控，具有傳熱快、堅(jiān)硬、不易碎、高溫下不變形、不易老化的特點(diǎn)。

將滾輪架通電帶動鋼圓筒緩慢轉(zhuǎn)動，加熱器通電后，通過熱傳導(dǎo)加熱焊縫區(qū)域，待預(yù)熱達(dá)到焊接工藝規(guī)程溫度后再進(jìn)行環(huán)焊縫焊接。焊接時(shí)陶瓷加熱繩恒溫控制，保證焊層溫度；環(huán)焊縫焊接完成后，需降低陶瓷加熱繩的溫度對焊縫保溫一定時(shí)長。

完成環(huán)焊縫焊接后，通過彈簧裝置降低高度，加熱繩斷電無溫度后取下，再分別移走側(cè)向及底部圓弧加熱器支架。

4 結(jié)語

圓弧電加熱器支架在大直徑鋼圓筒對接環(huán)焊縫時(shí)使用，焊接前底部滾輪架帶動鋼圓筒滾動，電加熱支架放置電加熱設(shè)備后通電，對焊接區(qū)域進(jìn)行充分預(yù)熱及焊后保溫。大直徑鋼圓筒圓弧電加熱器支架已在多個(gè)風(fēng)電及其他項(xiàng)目的焊接加熱作業(yè)中推廣應(yīng)用。現(xiàn)場施工效果表明，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕巧、受熱均勻、調(diào)節(jié)容易，并能組合、拆解使用，適用于大型筒徑的環(huán)焊縫焊接預(yù)熱、層間溫度控制及焊后保溫需求，安全性高，省時(shí)省力，可有效提高生產(chǎn)效率。