托管架滚轮架制作过程控制

渠建华

摘 要：本文针对托管架建造中滚轮架的制作、安装各工序工艺进行了总结，介绍了如何利用船厂现有的设备设施在保证质量、进度的基础上所采取的工艺方法。

关键词：托管架；变形控制；安装工艺

1引言

托管架是海底管道S型铺设中的重要装备之一，悬挂在铺管船的船尾，起到管道在下水过程中控制管道在托管架上的曲率的作用。滚轮架作为托管架的重要组成部分，由托辊、托辊底座及支撑结构管组成。同时为了保证各种工况，肩负着托辊的高度调节功能。在管道铺设过程中受力情况具有复杂性、动态变化性的特点。

2 建造过程中的主要困难和问题

滚轮架支撑管中心距4.8米，高度自5.5米至9.5米不等，要求最终安装完成后公差不大于2mm。需要保证支撑管位置偏差、托辊底座整体制作尺寸偏差、托管底座相互位置偏差等都要在范围之内。

1）托辊支撑底座由30mm、40mm等钢板构件组装焊接组成。

由于板厚较大如果在厂内加工只能使用火焰切割，受热变形的影响，构件在多个方向产生变形，板厚方向最大产生50mm变形量，板宽方向最大产生近20mm变形量，同时不仅弯曲，而且翘曲、鼓胀等。

2）对于板宽方向变形，常用水火整形方法，但因其会对钢板强度产生影响，不能使用。同时因宽度达到320，机械整形方式不现实也不经济。

3）在结构件没有变形的情况下，可以按照要求完成装配。但是由于其特殊的结构形式和焊接形式，将不可避免的产生焊接变形，势必导致满足不了尺寸要求。

4）滚轮架预制完成后，将在现场与主结构进行合拢安装。

合拢过程中面临的最大问题有两点

（1）如何保证两个托辊底座的安装位置和相对位置满足公差要求，保证托辊设备及其提升系统的正常使用。

（2）立柱管和斜管现场定位完成后，焊口的焊接，都会产生收缩变形，立柱管受焊口的影响将向外侧移动。同时底部焊口先焊什么位置。立柱管就会向什么方向发生偏移。如何保证焊接完成后整个滚轮架系统的位置公差满足要求是最终面临的也是最大的问题。

3 现场建造工艺方法

针对滚轮单元建造过程中遇到的困难与问题，经过与各专业人员的探讨最终确定了工艺方法，有效的解决了问题，取得了良好的效果。

1）结构件的变形控制。下料材料变型的解决办法，主要有数控下料、机械校正与火工整型三个过程。

（1）调整数控下料的顺序及采取必要的措施可有效减小变形量.

按照设定顺序进行孔洞的下料，避免局部区域出现大量的热量集中。同时在结构件件留出连接点，将每个结构件加以固定。

（2）通过使用三滚轮滚床，调整板材平整度，。不断增加滚床压力，随着滚动，变形板材将逐渐恢复平整度。经过不断的滚压及测量最终得到平整度满足要求的材料。

（3）平整度解决后的板材，只是消除了一个方向的变形，在板宽方向依然存在着难以解决的变形。

通过板材两端架设检验线。通过对受热区域的加热并等待其冷却，材料边缘线将逐渐接近检验线。因受热如遇最终为材料焊接坡口区，受热部位将被切除，固不影响材料强度。

2）托辊底座制作过程中的变形控制

根据托辊底座的结构特点，结构件装配过程中整体尺寸可以保证，但是焊接完成后由于焊接應力的作用，势必产生变形。本条主要介绍制作过程中的变形控制方法。

因焊缝的焊接量较大，必然产生变形。制作过程中主要采取一下措施：

（1）在两个结构变形的另一侧增加连接块，对结构件进行铆固，减小变形量。

（2）调整焊接顺序。

（3）控制焊缝热输入量，控制焊接电压、电流及速度，减小焊接应力。

（4）焊缝处预留反变形量3mm左右，焊接完成后的收缩与预留量抵消。

通过上述办法，并严格过程控制，最终得到满足要求的托辊底座。

3）滚轮架的安装工艺

主要分为两部分，安装过程中的尺寸控制及安装完成后的焊接控制。

利用设备固有尺寸控制整个托辊底座的尺寸。同时由于设备与托辊底座销轴孔之间存在装配间隙，利用合适的工装限制间隙，最终保证装配尺寸。

使用工装，利用两段限位块限制设备与托辊底座的相互位移，利用销轴、丝杆、螺帽等将两个限位块固定，螺栓眼用于工装拆卸。两个限位块之间为设备及托辊底座，托管限位块上的两个突起结构限制其相对位移，保证设备及底座的相对位置不发生变化。

（2）调整焊接顺序及方法，利用焊接调整最终尺寸。

分别将焊口分为一、二、三，如图示。焊口一为底部，便于位置调整，所以焊口一位置不会出现范围外的偏差，而顶部由于处于自由端，容易产生偏差。我们以一段为例，如图右侧滚轮底座安装完成后顶部出现偏差，分别为10mm、5mm。

首先确定焊接顺序为焊口一、二、三；另外将焊口一再按方向分为焊接位置1、2、3、4或更细化的1～8，本例分为1～4。自立柱端部在两个方向布置垂线及检验线。根据本例偏差情况，在焊口一焊接过程中按照1-4-2-3的顺序进行焊接，焊接过程中测量检验线与垂线的位置变化，不断调整热输入量，加快或降低位移变化速度，最终利用焊接应力将立柱偏差量调整到要求范围以内。

焊口一焊接完成后，进行焊口二的焊接。由于焊接收缩必将立柱向外侧拉拽，使其产生位移。

焊口二的拉力通过焊口三作用于立管，所以焊口二焊接完成后，须将焊口三与立柱完全脱开，释放应力，俗称“破口”。而焊口三焊接过程中又将产生拉力，此变形位移不可避免，所以在整个合拢过程中采用“反变形”工艺，立柱安装过程和焊口一焊接过程中，使其向内侧偏移3～5mm，最终焊口三焊接结束，将得到比较理想的结果。当然焊口三焊接过程中，要不断测量检验线的位移，适当调整热输入量，控制位移变化速度。

最终在最大化利用船厂现有设备设施的基础上，实现了对滚轮单元整体尺寸精度的控制，实现了理想的结果，保证了托管架项目的质量、进度要求，同时又节省了项目经费。

6小结

本文主要介绍了托管架项目滚轮架单元建造过程中尺寸精度控制的工艺、方法，解决了托管架建造中的一大难题，同时为后续项目的建造总结了经验。