海上风电复合筒基础单筒立向装焊加工方法

摘要

本发明公开了海上风电复合筒基础单筒立向装焊加工方法，它涉及海上风电复合筒基础加工技术领域。具体加工步骤为：将复合筒单筒分为3大节段进行分别加工；将3大节段在车间内通过卧式组装法分别组对，各节段分别通过滚轮架进行组装，滚轮架与各节段的筒壳底部表面平行且紧贴；将第二节段、第三节段内附件安装后进行这两节段的首次总拼、焊接合拢缝；各节段进砂房进行冲砂后喷涂底漆、中间漆，合拢口进行预留；采用立式总装法垂直装焊。本发明的优点在于：各节段在车间滚轮架上焊接完成，筒体在转动中不会发生轴向位移，筒体不会频繁转动，筒体外壁不会被磨损，合拢口进行焊缝坡口的预留，拼焊质量高，确保焊接质量和产品质量。

权利要求

1.海上风电复合筒基础单筒立向装焊加工方法，对复合筒单筒进行立向装焊，所述复合筒单筒包括4节上部直筒、12节中部锥筒和末节直筒，所述上部直筒的直径为7.5M，所述末节直筒的直径为12M，所述中部锥筒的整体锥度为1:7，其特征在于：包括以下步骤：S1、将复合筒单筒分为3大节段进行分别加工，3大节段分别为第一节段、第二节段和第三节段，所述第一节段具有4节上部直筒和靠近上部直筒的3节中部锥筒，所述第二节段具有位于中间部分的5节中部锥筒，所述第三节段具有靠近末节直筒的4节中部锥筒和末节直筒；

S2、将3大节段在车间内通过卧式组装法分别组对，各节段分别通过滚轮架进行组装：S2.1、第一节段组装时，数个滚轮架设于第一节段的上部直筒的底部，对4节上部直筒和靠近上部直筒的3节中部锥筒环缝焊接；

S2.2、第二节段组装时，5节中部锥筒卧式放置将底部放置为水平状态，数个滚轮架设于5节中部锥筒水平底部的下方，对位于中间部分的5节中部锥筒焊缝焊接；

S2.3、第三节段组装时，4节中部锥筒和末节直筒卧式放置将4节中部锥筒底部放置为水平状态，数个滚轮架设于4节中部锥筒水平底部的下方，对靠近末节直筒的4节中部锥筒和末节直筒环缝焊接；

滚轮架与各节段的筒壳底部表面平行且紧贴，各节段在车间滚轮架上焊接完成并检验；

S3、各节段的所有环缝焊接完毕后，将第二节段、第三节段内附件安装后进行这两节段的首次总拼、焊接合拢缝；

S4、各节段内部附件全部安装后，分别进砂房进行Sa2.5级冲砂后喷涂底漆、中间漆，合拢口进行预留，为后续焊接作业做好准备；

S5、采用立式总装法垂直装焊，置焊接焊缝于水平位置：S5.1、确定装船时复合筒单筒主吊耳的摆放位置和方向，方便吊车起吊作业；

S5.2、检查合拢口的对正线的位置、焊接坡口面是否满足焊接要求，同时做好有关部位的油漆保护；

S5.3、将拼焊后的第二节段、第三节段竖立，末节直筒周边置于坚实的水平胎架上，使末节直筒的中心线和地样的十字中心线重合，确保筒体处于竖直状态；

S5.4、在第一节段与第二节段的合拢口附近搭好脚手架及环缝对口就位时的引导装置，便于第一节段吊装工作顺利进行；

S5.5、第一节段接近完全到位时缓慢落放，控制好倾斜度和焊缝间隙，及时用码板固定，防止筒体倾斜；

S5.6、采用二氧化碳气体保护焊对合拢环缝进行里、外焊接；

S5.7、第一节段装配完成后及时测量筒体的垂直度，控制单筒的外形尺寸。

2.根据权利要求1所述的海上风电复合筒基础单筒立向装焊加工方法，其特征在于：所述步骤S2中，3大节段放在滚轮架上之前，先计算重心位置，增加配重，防止节段偏重、上翘、失稳。

3.根据权利要求1所述的海上风电复合筒基础单筒立向装焊加工方法，其特征在于：所述步骤S5中，合拢地选在易于装船、靠近发运码头的作业区，合拢后、发运前不再移动复合筒单筒。

4.根据权利要求1所述的海上风电复合筒基础单筒立向装焊加工方法，其特征在于：所述步骤S5中，合拢作业前，搭建操作工棚，做到防风避雨，焊接时控制预热温度、层间温度、棚内风速、焊后缓冷程序；采用二氧化碳柔性轨道半自动焊，焊枪嘴按照设定的摆动路径和焊宽摆动，成型和焊接质量可控。

5.根据权利要求1所述的海上风电复合筒基础单筒立向装焊加工方法，其特征在于：所述步骤S5中，合拢口全部焊接、无损检测完毕后，对焊接影响的漆膜损伤部位进行修补作业：采用动力工具砂纸片打磨清理至St3.0级后，用稀释剂清理表面，补涂底漆，整体补涂完毕后依次完成底、中、面漆的喷涂工作。

6.根据权利要求1所述的海上风电复合筒基础单筒立向装焊加工方法，其特征在于：所述步骤S3和S4中，合拢口焊接前进行预留时，合拢环缝的焊接坡口设置如下：等厚度筒体的筒板立向合拢焊缝坡口设置为：筒板厚度为d毫米，筒板内侧焊缝坡口角度为45°，长度为(2/3d‑2)毫米，筒板外侧焊缝坡口角度为45°，长度为(1/3d‑2)毫米，筒板内侧焊缝坡口与筒板外侧焊缝坡口之间间隔距离为4毫米，焊接的两个筒板之间的间隔距离为0‑3毫米；

不等厚度筒体的筒板立向合拢焊缝坡口设置为：焊接的两个筒板厚度分别为d毫米和(d+a)毫米，厚度为(d+a)毫米的筒板外侧焊缝坡口角度为45°，长度为(1/3d‑2)毫米，内侧焊缝坡口角度为40°，长度为(2/3d‑2)毫米，筒板内侧焊缝坡口与筒板外侧焊缝坡口之间间隔距离为4毫米，焊接的两个筒板之间的间隔距离为0‑3毫米，筒板内侧焊缝坡口向上延伸

4a毫米的高度，且延伸段的锥度为1:4。

说明书

海上风电复合筒基础单筒立向装焊加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及海上风电复合筒基础加工技术领域，具体涉及海上风电复合筒基础单筒立向装焊加工方法。

背景技术

[0002] 复合筒型基础在海上风电场建设中主要应用于测风塔和海上风机结构基础，大致分为三种型式：单筒型、多筒型(三筒或四筒)和单筒多舱复合型。复合筒单筒一般制造工艺
流程为：材料准备阶段：原材料进厂检验→数控切割下料、开坡口→拼板自动焊→钢板卷圆
加工；组立阶段：单节卷圆板拼接→纵缝焊接→精度测量、控制尺寸（回圆）→焊缝无损检测
→多节组对安装→筒体环缝焊接→焊缝无损检测→附属构件安装→精度测量；涂装阶段：
筒体喷砂→防腐涂装；总装阶段：大段总组→环缝焊接→焊缝无损检测→精度测量→附属
构件完善→油漆补涂；收尾阶段：整体吊运→装船→捆扎固定→送货交付。

[0003] 大型复合筒结构总高度约44 48米，上法兰直径为7.5M，上部直筒段约高12M；下直~
筒段直径为12M，高约3.5M；连接上、下直筒段的中间过渡段高度约30米，过渡段筒体锥度约
1：7；筒板厚度为60 80mm，总重约700余吨，不仅重量大、直径大，而且锥度变化大（塔筒锥度
~
一般为1:15），故给实际制作带来极大的挑战。复合筒单筒外形图如附图1所示。

[0004] 现有技术中，运用滚轮架组卧式组筒法，只能应用于上部直筒段，现有滚轮架设计参数，最佳组筒直径范围为6000 7000mm，如用于7500 12000mm的筒径会极大地降低组对效
~ ~
率，况且中部筒节大部分为锥筒，很难找到合适的锥度滚轮架来支撑锥筒段，组对架难以胜
任组对工作。如图2所示，只有一个滚轮架可以置于轨道上，其余滚轮架，因锥度超常，超出
一般滚轮架筒径的调节范围，只有逐级借助枕木垫高滚轮架，使滚轮可以与筒体接触，方可
调整筒的中心高度，使筒纵向中心线处于水平状态，在环缝焊接作业时，保证筒身在转动中
不发生轴向位移，滑出滚轮架；如图3所示，滚轮架2，在与锥筒接触时，轮缘接触宽度约
20mm，与锥筒壁形成4°左右的楔形夹角，焊接过程中筒体频繁转动，容易导致筒外壁局部磨
损，严重时会对筒壳产生凹痕缺陷，影响产品制造质量。需要提供海上风电复合筒基础主筒
立向装焊加工方法，以确保复合筒单筒制造质量。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供海上风电复合筒基础单筒立向装焊加工方法，能够解决现有技术中很难找到合适的锥度滚轮架来支撑锥筒段、中间过渡段因锥度超常使得
滚轮架与锥筒壁形成4°左右的楔形夹角、焊接过程中筒体频繁转动、容易导致筒外壁局部
磨损、严重时会对筒壳产生凹痕缺陷、影响产品制造质量的问题。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：对复合筒单筒进行立向装焊，所述复合筒单筒包括4节上部直筒、12节中部锥筒和末节直筒，所述上部直筒的直径为7.5M，所述
末节直筒的直径为12M，所述中部锥筒的整体锥度为1:7，其特征在于：包括以下步骤：

[0007] S1、将复合筒单筒分为3大节段进行分别加工，3大节段分别为第一节段、第二节段和第三节段，所述第一节段具有4节上部直筒和靠近上部直筒的3节中部锥筒，所述第二节
段具有位于中间部分的5节中部锥筒，所述第三节段具有靠近末节直筒的4节中部锥筒和末
节直筒；

[0008] S2、将3大节段在车间内通过卧式组装法分别组对，各节段分别通过滚轮架进行组装：

[0009] S2.1、第一节段组装时，数个滚轮架设于第一节段的上部直筒的底部，对4节上部直筒和靠近上部直筒的3节中部锥筒环缝焊接；

[0010] S2.2、第二节段组装时，5节中部锥筒卧式放置将底部放置为水平状态，数个滚轮架设于5节中部锥筒水平底部的下方，对位于中间部分的5节中部锥筒焊缝焊接；

[0011] S2.3、第三节段组装时，4节中部锥筒和末节直筒卧式放置将4节中部锥筒底部放置为水平状态，数个滚轮架设于4节中部锥筒水平底部的下方，对靠近末节直筒的4节中部
锥筒和末节直筒环缝焊接；

[0012] 滚轮架与各节段的筒壳底部表面平行且紧贴，各节段在车间滚轮架上焊接完成并检验；

[0013] S3、各节段的所有环缝焊接完毕后，将第二节段、第三节段内附件安装后进行这两节段的首次总拼、焊接合拢缝；

[0014] S4、各节段内部附件全部安装后，分别进砂房进行Sa2.5级冲砂后喷涂底漆、中间漆，合拢口进行预留，为后续焊接作业做好准备；

[0015] S5、采用立式总装法垂直装焊，置焊接焊缝于水平位置：

[0016] S5.1、确定装船时复合筒单筒主吊耳的摆放位置和方向，方便吊车起吊作业；

[0017] S5.2、检查合拢口的对正线的位置、焊接坡口面是否满足焊接要求，同时做好有关部位的油漆保护；

[0018] S5.3、将拼焊后的第二节段、第三节段竖立，末节直筒周边置于坚实的水平胎架上，使末节直筒的中心线和地样的十字中心线重合，确保筒体处于竖直状态；

[0019] S5.4、在第一节段与第二节段的合拢口附近搭好脚手架及环缝对口就位时的引导装置，便于第一节段吊装工作顺利进行；

[0020] S5.5、第一节段接近完全到位时缓慢落放，控制好倾斜度和焊缝间隙，及时用码板固定，防止筒体倾斜；

[0021] S5.6、采用二氧化碳气体保护焊对合拢环缝进行里、外焊接；

[0022] S5.7、第一节段装配完成后及时测量筒体的垂直度，控制单筒的外形尺寸。

[0023] 进一步地，所述步骤S2中，3大节段放在滚轮架上之前，先计算重心位置，增加配重，防止节段偏重、上翘、失稳。

[0024] 进一步地，所述步骤S5中，合拢地选在易于装船、靠近发运码头的作业区，合拢后、发运前不再移动复合筒单筒。

[0025] 进一步地，所述步骤S5中，合拢作业前，搭建操作工棚，做到防风避雨，焊接时控制预热温度、层间温度、棚内风速、焊后缓冷程序；采用二氧化碳柔性轨道半自动焊，焊枪嘴按
照设定的摆动路径和焊宽摆动，成型和焊接质量可控。

[0026] 进一步地，所述步骤S5中，合拢口全部焊接、无损检测完毕后，对焊接影响的漆膜损伤部位进行修补作业：采用动力工具砂纸片打磨清理至St3.0级后，用稀释剂清理表面，
补涂底漆，整体补涂完毕后依次完成底、中、面漆的喷涂工作。

[0027] 进一步地，所述步骤S3和S4中，合拢口焊接前进行预留时，合拢环缝的焊接坡口设置如下：等厚度筒体的筒板立向合拢焊缝坡口设置为：筒板厚度为d毫米，筒板内侧焊缝坡
口角度为45°，长度为(2/3d‑2)毫米，筒板外侧焊缝坡口角度为45°，长度为(1/3d‑2)毫米，
筒板内侧焊缝坡口与筒板外侧焊缝坡口之间间隔距离为4毫米，焊接的两个筒板之间的间
隔距离为0‑3毫米；

[0028] 不等厚度筒体的筒板立向合拢焊缝坡口设置为：焊接的两个筒板厚度分别为d毫米和(d+a)毫米，厚度为(d+a)毫米的筒板外侧焊缝坡口角度为45°，长度为(1/3d‑2)毫米，
内侧焊缝坡口角度为40°，长度为(2/3d‑2)毫米，筒板内侧焊缝坡口与筒板外侧焊缝坡口之
间间隔距离为4毫米，焊接的两个筒板之间的间隔距离为0‑3毫米，筒板内侧焊缝坡口向上
延伸4a毫米的高度，且延伸段的锥度为1:4。

[0029] 本发明的优点在于：将复合筒单筒分为3大节段进行分别加工，3大节段在车间内通过卧式组装法分别组对，各节段分别通过滚轮架进行组装，滚轮架与各节段的筒壳底部
表面平行且紧贴，各节段在车间滚轮架上焊接完成，使得既有滚轮架充分发挥作用，筒体在
转动中不会发生轴向位移，不会滑出滚轮架，滚轮架与筒体不会有夹角，焊接过程中筒体不
会频繁转动，能够保证各节段筒体焊接的顺利进行，筒体外壁不会被磨损，确保焊接质量和
产品质量；

[0030] 3大节段分别组装后，先对第二节段和第三节段进行立向拼焊，再对第一节段和第二节段进行立向拼焊，各节段冲砂后喷涂底漆、中间漆，合拢口进行焊缝坡口的预留，拼焊
质量高，拼焊完成的单筒满足其特殊的结构设计，确保制造质量。

附图说明

[0031] 图1为复合筒单筒外形结构示意图；

[0032] 图2为现有技术中滚轮架对复合筒单筒支撑进行焊接示意图；

[0033] 图3为图2中A区域的放大示意图；

[0034] 图4为本发明的复合筒单筒3大节段示意图；

[0035] 图5为本发明的第一节段组装示意图；

[0036] 图6为本发明的第二节段组装示意图；

[0037] 图7为本发明的第三节段组装示意图；

[0038] 图8为本发明的第二节段和第三节段合拢示意图；

[0039] 图9为本发明的合拢环缝中等厚度筒体的筒板焊缝坡口示意图；

[0040] 图10为本发明的合拢环缝中不等厚度筒体的筒板焊缝坡口示意图。

具体实施方式

[0041] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理
解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

[0042] 对复合筒单筒进行立向装焊，如图1所示，复合筒单筒包括4节上部直筒、12节中部锥筒和末节直筒，上部直筒的直径为7.5M，末节直筒的直径为12M，中部锥筒的整体锥度为
1:7。

[0043] 本具体实施方式采用如下技术方案：包括以下步骤：

[0044] S1、为扬长避短，要使既有滚轮架充分发挥作用，又要满足单筒的特殊结构设计，考虑单筒总重及二次总装吊运的便捷性，拟把单筒分为3大节段进行分别加工，如图4所示，
3大节段分别为第一节段、第二节段和第三节段，第一节段具有4节上部直筒和靠近上部直
筒的3节中部锥筒，第二节段具有位于中间部分的5节中部锥筒，第三节段具有靠近末节直
筒的4节中部锥筒和末节直筒。

[0045] S2、将3大节段在车间内通过卧式组装法分别组对，各节段分别通过滚轮架进行组装，3大节段放在滚轮架上之前，先计算重心位置，增加配重，防止节段偏重、上翘、失稳；

[0046] S2.1、如图5所示，第一节段组装时，数个滚轮架设于第一节段的上部直筒的底部，对4节上部直筒和靠近上部直筒的3节中部锥筒环缝焊接；

[0047] S2.2、如图6所示，第二节段组装时，5节中部锥筒卧式放置将底部放置为水平状态，数个滚轮架设于5节中部锥筒水平底部的下方，对位于中间部分的5节中部锥筒焊缝焊
接；

[0048] S2.3、如图7所示，第三节段组装时，4节中部锥筒和末节直筒卧式放置将4节中部锥筒底部放置为水平状态，数个滚轮架设于4节中部锥筒水平底部的下方，对靠近末节直筒
的4节中部锥筒和末节直筒环缝焊接；

[0049] 滚轮架与各节段的筒壳底部表面平行且紧贴，各节段在车间滚轮架上焊接完成并检验。

[0050] S3、各节段的所有环缝焊接完毕后，将第二节段、第三节段内附件安装后进行这两节段的首次总拼、焊接合拢缝，如图8所示。

[0051] S4、各节段内部附件全部安装后，分别进砂房进行Sa2.5级冲砂后喷涂底漆、中间漆，合拢口进行预留，为后续焊接作业创造良好的环境。

[0052] 步骤S3和S4中，合拢口焊接前进行预留时，合拢环缝的焊接坡口设置如下：如图9所示，等厚度筒体的筒板立向合拢焊缝坡口设置为：筒板厚度为d毫米，筒板内侧焊缝坡口
角度为45°，长度为(2/3d‑2)毫米，筒板外侧焊缝坡口角度为45°，长度为(1/3d‑2)毫米，筒
板内侧焊缝坡口与筒板外侧焊缝坡口之间间隔距离为4毫米，焊接的两个筒板之间的间隔
距离为0‑3毫米。

[0053] 如图10所示，不等厚度筒体的筒板立向合拢焊缝坡口设置为：焊接的两个筒板厚度分别为d毫米和(d+a)毫米，厚度为(d+a)毫米的筒板外侧焊缝坡口角度为45°，长度为(1/
3d‑2)毫米，内侧焊缝坡口角度为40°，长度为(2/3d‑2)毫米，筒板内侧焊缝坡口与筒板外侧
焊缝坡口之间间隔距离为4毫米，焊接的两个筒板之间的间隔距离为0‑3毫米，筒板内侧焊
缝坡口向上延伸4a毫米的高度，且延伸段的锥度为1:4。

[0054] S5、采用立式总装法‑坞内垂直装焊，置焊接焊缝于水平位置：

[0055] S5.1、确定装船时复合筒单筒主吊耳的摆放位置和方向，方便吊车起吊作业；

[0056] 因单筒体积庞大，运输不便，合拢地必须选在易于装船、靠近发运码头的作业区，合拢后、发运前不再移动复合筒单筒，为缩短合拢周期，减少阴雨天气对作业的影响，合拢
作业前，必须搭建合适的操作工棚，做到防风避雨；

[0057] S5.2、检查合拢口的对正线的位置、焊接坡口面是否满足焊接要求，同时做好有关部位的油漆保护；

[0058] S5.3、将拼焊后的第二节段、第三节段竖立，末节直筒周边置于坚实的水平胎架上，使末节直筒的中心线和地样的十字中心线重合，确保筒体处于竖直状态；

[0059] S5.4、在第一节段与第二节段的合拢口附近搭好脚手架及环缝对口就位时的引导装置，便于第一节段吊装工作顺利进行；

[0060] S5.5、第一节段接近完全到位时必须缓慢落放，控制好倾斜度和焊缝间隙，及时用码板固定，防止筒体倾斜；

[0061] S5.6、采用二氧化碳气体保护焊对合拢环缝进行里、外焊接；

[0062] S5.7、第一节段装配完成后及时测量筒体的垂直度，控制单筒的外形尺寸。

[0063] 焊接时严格控制预热温度、层间温度、棚内风速、焊后缓冷程序，满足焊接参数的要求，为减轻劳动强度，可采用二氧化碳柔性轨道半自动焊，焊枪嘴按照设定的摆动路径和
焊宽摆动，成型和焊接质量可控。焊接摆动器可以通过控制三点的驻留时间获得八种摆动
模式，输入电压AC220V 50/60HZ,触摸屏PLC控制,最大摆幅80mm,有自动回原点功能；预存
10套不同焊接参数,调用方便,标配3米控制盒，操作简单；摆动器有效行程为80mm,最大可
设定摆动幅度为80mm,最快摆动速度可达50mmm/s以上；具有定时功能，定时间最长6000s，
可设定定时时间为0取消定时功能；摆动幅度、摆动速度、摆动左停留、摆动中间停留和摆动
右停留都可以单独设定；既可单独工作,也可联机工作，摆动器具有输入和输出接口，输入
接口可以控制摆动的启停,输出接口可以控制焊机以及其他焊接辅助设备的启停；摆动过
程中可实时更改各个摆动参数,并可实时根据现场情况，调整摆动中心位置，均无需停机，
焊接方便。

[0064] 合拢口全部焊接、无损检测完毕后，对焊接影响的漆膜损伤部位进行修补作业：采用动力工具砂纸片打磨清理至St3.0级后，用稀释剂清理表面，补涂底漆，整体补涂完毕后
按照既定的《防腐涂层配套体系表》中“集成式附属构件”配套要求，依次完成底、中、面漆的
喷涂工作。

[0065] 本发明将复合筒单筒分为3大节段进行分别加工，3大节段在车间内通过卧式组装法分别组对，各节段分别通过滚轮架进行组装，滚轮架与各节段的筒壳底部表面平行且紧
贴，各节段在车间滚轮架上焊接完成，使得既有滚轮架充分发挥作用，筒体在转动中不会发
生轴向位移，不会滑出滚轮架，滚轮架与筒体不会有夹角，焊接过程中筒体不会频繁转动，
能够保证各节段筒体焊接的顺利进行，筒体外壁不会被磨损，确保焊接质量和产品质量。

[0066] 3大节段分别组装后，先对第二节段和第三节段进行立向拼焊，再对第一节段和第二节段进行立向拼焊，各节段冲砂后喷涂底漆、中间漆，合拢口进行焊缝坡口的预留，拼焊
质量高，拼焊完成的单筒满足其特殊的结构设计，确保制造质量。

[0067] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明
本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些
变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及
其等效物界定。