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1、海上钢管桩接桩全自动焊接工法1、前言风能是当今世界备受关注的可再生能源之一，随着对风能利用的深入挖掘，风电设备制造业迎来了新一轮的发展机遇。目前，广东和福建沿海省份大力开发海上风电项目，因为海上地质环境复杂，所以只要涉及到海上风电项目，必然会遇到海上风电钢管桩接桩施工，而且后期接桩工程量随着海上风电项目的发展会逐渐增多，在少有的海上接桩案例中，大部分焊接均采用的是人工焊接操作，人工操作难度大、不利于施工人员的安全、施工效率慢，这对采用新的施工方法提出了新的要求。因此对海上钢管桩接桩的施工方法进行创新研究并进行总结，从而提高现场施工进度、减少人工操作的工作量、减少安全隐患十分有必要，本施工工法通
2、过研究采用不同的焊接方法对比试验，先用合适焊接方法，从焊接设备、工装、辅助设备等入手，提出合适的焊接工艺及焊接方法，在研究过程从工艺、技术参数、切割设备、焊接设备等方面不断优化改进，从而提出适合海上施工的半自动、自动化焊接工艺以及自动化设备，最终形成自动焊焊接施工工法。2、工法特点2.0.1焊接自动化，人为因素对焊件质量的影响小。工法改造原有设备，形成全自动横位焊接设备，焊接行走小车沿管桩外壁行走，采用自动控制技术，通过设备预设焊接工艺参数，从焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊枪摆动方式、焊枪倾斜角度等方面调整并确认合适的工艺参数，在焊接工作中根据工况实时微调焊接参数，实现管装横焊位自动焊接。2
3、.0.2无地域限制。由于海上风力较大，湿度大，盐分大，正常无法满足焊接环境要求。工法设计了海上管桩焊接专用工作间，其结构稳固、耐用、严实，既能够防风遮雨，隔绝潮气，防风效果良好，采光充足，同时安装焊烟净化装置保证空气洁净，解决了海上焊接作业不利条件难题。2.0.3安全性高。小车行走可以实现无极调速，小车配置的焊枪位置调节器和焊枪角度调节器可以实时调整焊枪位置，达到理想状态。系统解决了横焊时熔池液态金属下坠、焊道间熔合不良、易产生未焊透、焊瘤等难题。设备所有控制开关都集成在小车控制面板上，于传统焊接方法不同，施工人员可远离焊接位置，安全且操作方便。2.0.4焊接质量高。海上风电管桩受力复杂，现有
4、技术条件不建议接桩施工，主要原因是海上施工条件差，焊缝质量不易保证，存在较大风险。自动焊药芯焊丝CO2气保焊技术，通过优化工艺参数，保证了焊缝接头力学性能，比手工电弧焊明显提高了焊接效率。通过研究半自动焊接工艺，从而为后续的全自动焊接工艺积累一定的经验。2.0.5对施工人员限制小。全自动焊焊接工艺在半自动焊药芯焊丝CO2气保焊技术基础上，实现横焊位自动化，最大程度地减少了重新起弧的次数，熔敷率高，焊接效率进一步提高，焊缝外观和焊接成型也高于半自动形式的气保焊。施工人员确保能够操作小车进行作业即可，对人员能力要求不高。3、适用范围本工法适用于海上钢管班接班的全自动焊接施工。4、工艺原理根据现场打
5、桩具体情况，确定需要切割管桩的长度及位置，确定好切割位置后，安装自理自动切割机切割管桩，并开设合适的坡口，切割后关口内部安装5-6mm衬垫，衬垫宽度30-50mm,通过吊车吊起需要对接管桩，根据焊接工艺评定和焊接工艺规程进行施焊。5、施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程海上钢管桩全自动施工工艺流程如下:图5.IT海上钢管桩全自动施焊工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 1现场划线根据现场打桩具体情况，确定需要切割管桩的长度及位置。采用水平仪在下端钢管桩上确定4个点，确保4个点在同一个水平线上面。采用角尺、1.5米长钢板尺、石笔等工器具进行划线确定切割位置，并采用外弧样板检查切割线下部的外
6、壁圆度是否符合要求，同时在划线部位采用盘尺测量外圆周长，外壁圆度和外周长符合要求以后才允许进行下一步的切割操作。5.2.2 切割管桩按照下图所示，根据划线所确定的切割位置，安装好磁力自动切割机，接好丙烷瓶与氧气瓶，调节好丙烷瓶与氧气瓶压力以后点火切割，然后将需要接长的管桩开设坡口。图5.2.2-1切割以后开设坡口图5.2.2-2切割以后打磨坡口5.2.3尺寸检验检验切割处坡口周围是否存在氧化铁、飞溅、熔渣、凹槽等切割缺陷。在没有上述缺陷的前提下采用水平仪测量切割管口不平整度，不平整度W2mm,同时测量切割处管口外周长长度并做好记录，算出外直径数值。图5.2.3-1检查坡口开设尺寸图5.2.3-
7、2坡口检验工具5.2.4安装衬垫切割处打磨完成以后在管口内侧部位安装成衬垫，衬垫厚度5-6un,衬垫宽度30-50mmo时垫30-50Innl宽下端图5.2.4-1衬垫示意5.2.5 吊装对接按照如图所示将对接管桩用吊车吊起如下左图所示，然后用盘尺测量外圆周长，记录数据，计算出外径，与前期测量的下段的管口外径进行对比，计算出理论错台，确保安装过程中错台均匀。错台测量采用焊缝检验尺测量。图5.2.5-1现场对接图5.2.5-2对接定位完成5.2.6 焊接根据焊接工艺评定和焊接工艺规程的焊接参数，采用改造后的专用焊接设备进行施焊。焊接过程中记录焊接参数，形成焊接记录。焊接过程中采用经纬仪随时监测管
8、桩直线度。图5.2.6T现场焊接5.2.7 劳动力组织实施本工法所需要的人力资源配置见下表5.2-1：表5.2-1劳动力组织表序号工种所需人数主要工作内容备注1管理人员2负责现场管理、调度与协调2技术人员2技术方案编制、技术指导3质检/测量人员2现场测量验收及质量监控4专职安全员1安全监控5起重工2起重操作6起重指挥1钢管桩吊装7焊工2接桩焊接8钾工3接桩对接6、材料与设备实施本工法所需的主要设备及工具见下表6.表6.IT主要施工机械设备、材料及工具表序号设备名称设备型号单位数量备注1磁力自动切割机CG2-U台12全自动焊接操作机/台13角磨机150台2序号设备名称设备型号单位数量备注4气保焊
9、机NB-500台25抛光机/台26丙烷、氧气瓶/瓶67割咀/件58角尺、石笔等/套209吊车/台1改造后设备主要技术参数表6.1-2改造后设备主要技术参数表适用管径130m适用壁厚5mm额定输入电压.相数AC380V3相输入电源频率50/60HZ额定输入容量23.3/22.4额定输出电流500A额定输出电压39V控制方式无线遥控一键启动焊接速度约为33Ommmin焊接小车行走速度0-2400mmmin连续可调摆动宽度最大40mm7、质量控制7.0.1严格按照钢管柩焊接作业指导书进行施工。7.0.2接桩的过程验收需做好记录，并及时反馈技术部门进行参数监控，同时，在接桩口的测量方面应配合样弧板进行
10、测量，保证测量误差控制在范围内。7.0.3接桩前，需对待截桩、样弧板以及对接桩进行检验，合格后方可进行接桩，在接班过程中，应严格检查吊钩及钢丝绳的稳定性，避免出现对接过程中吊钩移位、脱落等情况影响对接及焊接质量。7.0.4施焊前，应该仔细清理周围氧化铁及焊渣等杂物，避免影响焊接质量。7.0.5施工过程中严格工序管理，做到检查上工序，保证本工序，服务下工序。8、安全措施8.0.1建立健全安全检查监督机构，负责制造现场的安全管理工作，安全管理人员要做好现场施工过程中的实时监督。8.0.2贯彻“以人为本、安全第一、综合治理”的思想，做好制造过程中的安全保障工作，一旦出现安全事故，及时采取有效措施进行
11、处理。8.0.3各工序人员必须严格按安全操作规程施工，杜绝违反安全操作规程现象发生。8.0.4按照国家劳动法规定，现场施工人员配备相应的劳动保护用品，要求人员进入工厂场，必须穿戴相应的防护用品。8. O.5随时在现场巡视，对发现不符合安全操作规程的作业及安全隐患，及时进行处理。8. 0.6施工过程中，做好警示标志。8.0.7海上施工过程中，做好作业人员自身安全防护，配备各种救援设备，防止坠海。9、环保措施9. 0.1施工过程中，注意废水、废油的收集与处理。9.0.2切割和焊接过程中产生的烟尘采用废气处理装置进行处理，从而较少烟尘的排放。9. 0.3施工垃圾，分类处理、定点排放，经处理回收利用，
12、有毒有害固体废弃物单独存放，在施工船舶靠岸以后根据要求处理施工垃圾。9. 0.4海上施工过程中，注意生活垃圾的存放，禁止将相关垃圾扔弃在海里，现场管理人员要做好监督工作。10、效益分析10.1 技术效益对比海上钢管桩全自动焊接与传统的气保焊接桩相比较，不论从施工方式、焊接效果方面，还是从焊接速度、人员要求、施工环境等方面，均能够产生较大的技术效益，两者的技术效益对比如下表10.1-1：表10.1-1技术效益对比表自动焊半自动手工气保焊工作方式预设参数，人员适时控制即可需要时刻操作损耗件焊丝、混合气体焊丝、C02气体焊接效果成型美观、打磨量少因焊接技术而定，打磨量大焊接速度约33Ommmin约1
13、57-220mmmin作业间隙可连续作业需要中间休息人员要求能够熟练操作遥控即可需要技能娴熟焊工工作环境人员可以远离焊接部位0.5米以上人员必须时刻紧挨焊接部位10.2 经济效益对比1、通过传统施工方法和采用该方法进行比较，其中有15根桩采用传统气体保护焊进行焊接，有15根钢管桩采用全自动焊接设备进行焊接，通过对人员焊接时间、焊接焊缝一次合格率、焊缝外观、耗材损耗等方面进行比较，得出以下结论：表10.2-1经济效益对比表传统气保焊（15段）全自动焊接（15段）焊缝长度94.2米94.2米一次合格率（87.98米）93.4%（91.6米）97.6%用气量（瓶/段）3瓶（55元/瓶）2.5瓶（55
14、元/瓶）焊接工时（每段）30小时15小时打磨工时（每段）4小时2小时焊接工人按照75元/小时计算，打磨工按照40元/小时计算。表10.2-2单段所需成本表序号类别金额传统自动焊1气体成本55*3=165元55*2,5=137.5元2焊接工时成本75*30=2250元75*15=1125元3打磨工时成本40*4=160元40*2=80元合计2575元1342.5元单段所需成本相差约1232.5元。2、根据每个机位的桩数按照8根计算，每个机位采用传统气保焊进行接桩施工总共需要272小时，预计需要34个班次；采用全自动焊接进行接桩施工总共需要136小时，预计需要17个班次，综合共计能够节省17个班次
15、。表10.2-3经济效益对比表传统气保焊（每段）全自动焊接（每段）焊接工时（每段）30小时15小时打磨工时（每段）4小时2小时单段计时34小时17小时一个机位计时（8桩）272小时136小时折算班时（8小时制）34班次17班次每天按照3班计算11天6天根据兴化湾二期项目实际施工过程中，每天使用的船机资源及费用如下表所示:表10.2-4船机资源及费用序号船机资源台班费（元）1配合起重船11111.62多功能驳船70536.63甲板驳船33886.54交通船7277.25锚艇12316.9合计135128.8根据上述情况可以得出每个机位在船机资源上面每天的费用约为13.51288万元，采用全自动焊接技术，每个机位能够节省17个台班，约能够节省5天时间，总计能够节省台班费用为13.51（万元）*5,共计约为67.55万元。综上所述，采用全自动焊接技术能够产生极大的施工效益，值得全面推广和应用。
