技术领域
[0001] 本
发明涉及一种海上风电基础钢管桩的制作工艺。
背景技术
[0002] 目前国内海上风电工程为节约成本，往往采用较大功率的风
电机组，上部风机荷载较大，并且国内沿海地区浅表层多为淤泥质软土，这类地基常不能直接作为持
力层，而低压缩性持力层又很深，采用一般桩基，沉桩时须采用冲击力很大的桩锤，用常规
钢筋混凝土和预
应力混凝土桩，将很难以适应，为此多选用钢管桩加固地基。单桩基础是海上风
电场中最广泛的一种风机基础型式，在目前欧洲已建风电场中，单桩基础所占比例达70％以上，其结构型式为：采用直径4～6m的钢管桩打入海床几十米深，并通过过渡段与上部风机塔筒连接。单桩基础的优点是结构简单、施工快捷、性价比高。钢管桩需要穿过密实的中粗砂层，进入到碎裂状强风化
花岗岩层或中风化花岗岩层，因此钢管桩沉桩的阻力较大，钢管桩应能承受巨大的锤击应力，另外考虑到风电机组基础暴露于
腐蚀环境的实际情况，钢管桩应具有很好的防腐性能，为此钢管桩的材料、圆度、垂直度控制为钢管桩
支撑风电的关键。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服
现有技术的
缺陷而提供一种海上风电基础钢管桩的制作工艺，它能够有效提高钢管桩的抗冲击能力，保证桩基顺利打入到土层中，并能满足钢管桩的耐腐蚀要求。
[0004] 本发明的目的是这样实现的：一种海上风电基础钢管桩的制作工艺，所述钢管桩由多节管节拼接而成，钢管桩的上部管节呈圆锥筒体，下部管节呈直圆筒体；所述钢管桩的制作工艺包括以下步骤：管节下料、管节坡口加工、管节卷制成型、桩体顶部
法兰装配、管节拼接及防腐涂层
涂装；
[0005] 进行所述管节坡口加工步骤时，包括环缝坡口加工及纵缝坡口加工，所述环缝坡口为X型坡口；纵缝坡口卷圆前所述为内侧单边V型，留根1/3δ，δ为钢板厚度，卷圆后纵缝
焊接时通过
碳刨刨出X型坡口；
[0006] 进行所述管节卷制成型步骤时，包括直圆筒体卷制和圆锥筒体卷制；所述直圆筒体卷制方法是先将矩形钢板直接上卷板机卷制圆筒，再进行对接纵缝焊接；所述圆锥筒体卷制方法是先将两
块呈等腰梯形的钢板分别卷成半圆弧板，再进行两个半圆弧板拼装纵缝焊接；
[0007] 进行所述桩体顶部法兰装配步骤时，采用法兰工装进行，先将桩体顶部法兰用工艺
螺栓固定在法兰工装上，再将制作完成的顶部管节翻身90°，使顶部管节的上口朝下，然后装配顶部管节与桩体顶部法兰，装配合格后打底焊，最后将制造完成的桩体内平台装配在顶部管节的外表面上；
[0008] 进行所述管节拼接步骤时，依次进行小节段桩体组件拼接、大节段桩体组件拼接和桩体总合拢拼接，小节段桩体组件拼接采用鳄式组对机进行，大节段桩体组件拼接在滚轮架上进行，桩体总合拢拼接在外场进行；
[0009] 小节段桩体组件拼接时，先在鳄式组对机组对，并进行管节环缝的
定位焊，再将已经装配好的小节段桩体组件吊装到滚轮架上，再通过吊装在
门式
起重机上的焊接平台进行管节环缝的二
氧打底焊和埋弧自动焊；
[0010] 大节段桩体拼装时，将已经焊接好的小节段桩体组件吊装到滚轮架上装配，再通过吊装在门式起重机上的焊接平台依次进行小节段桩体组件之间相邻管节环缝的定位焊、二氧打底焊和埋弧自动焊；
[0011] 桩体总合拢拼接时，已经拼接好的大节段桩体组件吊装到滚轮架上装配，再通过吊装在门式起重机上的焊接平台依次进行大节段桩体组件之间相邻管节环缝的定位焊、二氧打底焊和埋弧自动焊；
[0012] 进行所述防腐涂层涂装步骤时，采用两种涂层；浪溅区和
水位变动区涂刷两层环氧玻璃鳞片漆，
单层厚400μm，共800μm；全浸区采用两层改性环氧
树脂漆，单层厚度400μm，共800μm；所述防腐涂层涂装步骤包括依次进行的桩体表面预处理工序、
喷砂除锈工序、预涂工序、涂装工序和涂层检验工序；
[0013] 进行桩体表面预处理工序时，将桩体表面棱
角打磨成半径R>2mm的圆角，其
焊缝部位无尖角、缺肉、气孔、裂纹、缝隙和焊渣；桩体表面油污采用清洁剂进行低压喷洗或软刷刷洗；
[0014] 进行喷砂除锈工序时，先将钢砂和钢丸混合，混合比例为3:7～5:5，再将混合材料喷到桩体的表面，在喷砂完成4小时内，且在桩体的表面返锈之前，完成涂装工序；
[0015] 进行预涂工序时，先对桩体的内外表面进行清洁，清理假法兰和其它死角上的钢砂，再在
喷涂不能满足膜厚要求的区域进行预涂；
[0016] 进行涂装工序时，采用高压无气喷涂方法，压缩空气压力4kg/cm2以上，并利用旋转工装进行旋转喷涂；
[0017] 进行涂层检验工序时，采用高压漏涂点检测仪对桩体外表面按100％的涂装范围进行漏涂点检测；桩体内表面按50％的涂装范围进行漏涂点抽检；其余部位按10％的涂装范围进行漏涂点抽检。
[0018] 上述的海上风电基础钢管桩的制作工艺，其中，所述X型坡口的钝边p为3～5mm，间隙b为0～3mm，外侧深坡口深度为2/3(δ-p)，δ为钢板的厚度；内侧角度为60°，外侧角度为50°。
[0019] 上述的海上风电基础钢管桩的制作工艺，其中，进行所述直圆筒体卷制时，所述对接纵缝焊接包括以下工序：
[0020] (1)在筒体的内侧纵缝坡口采用手工
电弧焊定位焊接纵缝，纵缝的错边量≤3mm，定位焊的长度＞80mm；
[0021] (2)在筒体上安装引熄弧板，然后在筒体的外侧用清根机或者碳弧气刨清根，以形成X型坡口，保证清根后的X型坡口的宽度符合要求；
[0022] (3)在筒体的外侧依次进行二氧打底焊接和埋弧自动焊接纵缝，纵缝的咬合最小到钢板厚度/10或最大1毫米；
[0023] (4)纵缝焊接完毕后，重新上卷板机进行筒体复圆处理，在复圆前将纵缝两端的引熄弧板割除，并保证筒体的长短内径之差小于3mm。
[0024] 上述的海上风电基础钢管桩的制作工艺，其中，进行所述圆锥筒体卷制时，两个半圆弧形板拼装纵缝焊接包括以下工序：
[0025] (1)先布置拼接平台，并将拼接平台的0°、90°、180°、270°
位置调整到水平状态，要求水平度在3mm之内；在拼接平台上画好需要拼装筒体的内、外径的地样，并划出检验线，再按要求装焊导向板；
[0026] (2)将一个半圆弧板根据地样吊装到拼接平台上，接着根据预先划好的压头
切割线将压头板
切除，再开设半圆弧板的拼装纵缝坡口；
[0027] (3)调整拼接平台上的一个半圆弧板的垂直度后，将另一个半圆弧板吊装到位；根据地样装配已经开好拼装纵缝坡口的两个半圆弧板,并使用焊接的拉
马调节拼装纵缝的间隙，复测筒体的装配尺寸，采用吊垂线检查筒体0°、90°、180°、270°位置的锥度；
[0028] (4)激光检查筒体上端口的平面度，合格后按照WPS要求
点焊定位；
[0029] (5)先进行二氧打底焊法焊接两条筒体内侧的拼装纵缝的1/3，再进行埋弧自动焊其余的拼装纵缝。
[0030] 上述的海上风电基础钢管桩的制作工艺，其中，
[0031] 进行所述定位焊时，要求焊接100mm，间隔200mm，定位焊缝的厚度不超过正式焊缝的1/2，通常为4mm～6mm；定位焊缝的长度为30mm～60mm，间距不超过400mm；冬季施工时，定位焊缝的厚度可增加至8mm，长度为80mm～100mm；
[0032] 进行所述打底焊工序时，焊接量不超过焊接总量的1/5，最大宽度和高度控制在6mm以内；
[0033] 进行所述埋弧自动焊时，采用多层多道焊，保证线
能量小于50KJ/cm，焊剂
覆盖厚度控制在30mm～40mm，使用双电双丝
埋弧焊时，两根
焊丝之间的距离为25～30mm，前焊丝不倾斜，后焊丝前倾15°～20°，并严格保证两根焊丝所在直线与焊道平行；
[0034] 进行所述定位焊、打底焊和埋弧自动焊时都要进行焊前预热和焊后处理；焊前预热
温度为120℃～150℃；焊后处理是在焊接后立即使用厚度为25mm的
石棉紧紧包裹被焊件，进行后热析氢处理，后
热处理温度为200℃～300℃，保温时间为1h。
[0035] 上述的海上风电基础钢管桩的制作工艺，其中，所述管节卷制成型步骤之后还要进行筒体完工检验步骤，所述筒体完工检验包括表面瑕疵检查和外形尺寸检查，外形尺寸检查包括检查以下项目：
[0036] ⑴垂直度检查，激光检查筒体上、下口端面与筒体中心的垂直度，筒体的垂直度要求≤筒体长度/1000；
[0037] ⑵直线度检查，使用沿着筒体长度方向两端拉紧的线绳对绳与桩之间的水平距离进行测量，要求直线度≤3mm，至少围绕筒体取四个测量点进行测量；
[0038] ⑶周长检查，利用钢卷尺检查筒体的上口、中间、下口的周长，卷圆外周长为±0.3％周长，且≤12mm；
[0039] ⑷局部圆度和整体椭圆度检查，利用钢尺检查筒体的上、下口，测量两个相互垂直的直径之差，局部圆度超差≤钢板壁厚t×10％，椭圆度为最大直径与最小直径的差值≤筒体直径D×0.5％，且≤5mm。
[0040] 上述的海上风电基础钢管桩的制作工艺，其中，在进行所述管节拼接步骤时，环缝焊前、焊接过程及焊接后都要对桩体的直线度进行检测，并对筒体的0°、90°、180°和270°位置都要检测；检测方法是：首先将粉线靠近被测桩体的边,调节粉线两端距离，使粉线两端与被测桩体的边距离相等，然后检测粉线两端之间的几个点，取最大值确定直线度；直线度要求：任意3m长度，直线度≤3mm；任意12m长度，直线度≤12mm；整根桩体长度范围内，直线度≤15mm。
[0041] 上述的海上风电基础钢管桩的制作工艺，其中，所述漏涂点是按国际标准NACE SP0188进行检测；涂层干膜厚度在200～300μm时，检漏
电压为1500V；涂层干膜厚度在300～400μm时，检漏电压为2000V；涂层干膜厚度在400～600μm时，检漏电压为2500V；涂层干膜厚度在600～1000μm时，检漏电压为3000V。
[0042] 本发明的海上风电基础钢管桩的制作工艺，从钢管桩用钢板的选材、落料到制作过程中对时刻对桩体的圆度、直线度等进行检测和调整，并
对焊接材料焊接工艺进行了严格的控制，另外还严格进行防腐涂层涂装工艺。从而能够有效提高钢管桩的抗冲击能力，保证桩基顺利打入到土层中，并能满足钢管桩的耐腐蚀要求。
附图说明
[0043] 图1是本发明的钢管桩的制作工艺中进行管节卷制成型步骤时的示意图；
[0044] 图2a是本发明的钢管桩的制作工艺中进行管节卷制成型步骤中的直圆筒体对接纵缝焊接时的示意图；
[0045] 图2b是图2a侧视图；
[0046] 图2c是图2b中的A部位的放大图；
[0047] 图3a是本发明的钢管桩的制作工艺中进行管节卷制成型步骤中的圆锥筒体拼装纵缝焊接时的示意图；
[0048] 图3b是图3a的侧视图；
[0049] 图3c是图3a的俯视图；
[0050] 图3d是图3a中的B-B剖视图；
[0051] 图4是本发明的钢管桩的制作工艺中进行管节拼接步骤时的流程示意图；
[0052] 图5是本发明的钢管桩的制作工艺中进行管节拼接步骤时管节吊装时的示意图；
[0053] 图6是本发明的钢管桩的制作工艺中进行管节拼接步骤中环缝定位焊时的示意图；
[0054] 图7a是本发明的钢管桩的制作工艺中进行管节拼接步骤中环缝埋弧自动焊时的示意图；
[0055] 图7b是图7a的侧视图；
[0056] 图8是本发明的钢管桩的制作工艺中进行管节拼接步骤中桩体总合拢拼接时的示意图。
具体实施方式
[0057] 下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0058] 请参阅图1至图8，本发明的海上风电基础钢管桩的制作工艺，钢管桩由多节管节拼接而成，钢管桩的上部管节呈圆锥筒体，下部管节呈直圆筒体。
[0059] 本发明的钢管桩的制作工艺包括以下步骤：管节下料、管节坡口加工、管节卷制成型、筒体完工检验、桩体顶部法兰装配、管节拼接及防腐涂层涂装。
[0060] 进行管节坡口加工步骤时，包括环缝坡口加工及纵缝坡口加工，环缝坡口为X型坡口；纵缝坡口卷圆前为内侧单边V型，留根1/3δ，δ为钢板厚度，卷圆后纵缝焊接时通过碳刨刨出X型坡口；X型坡口的钝边p为3～5mm，间隙b为0～3mm，外侧深坡口深度为2/3(δ-p)；内侧角度为60°，外侧角度为50°。
[0061] 进行管节卷制成型步骤时，包括直圆筒体卷制和圆锥筒体卷制；直圆筒体卷制时，先将矩形钢板直接上卷板机20卷制圆筒，再进行对接纵缝焊接；
[0062] 进行直圆筒体的对接纵缝焊接时(见图1、图2a至图2c)，先通过吊具30将筒体10吊至滚轮架40上，并通过吊装在门式起重机50上的焊接平台60进行以下工序：
[0063] (1)在筒体的内侧纵缝坡口采用手工
电弧焊(SMAW)定位焊接，纵缝的错边量≤3mm，定位焊的长度＞80mm；
[0064] (2)在筒体上安装引熄弧板，然后在筒体的外侧用清根机或者碳弧气刨清根，以形成X型坡口，保证清根后的X型坡口的宽度符合要求；
[0065] (3)在筒体的外侧依次进行二氧打底焊接和埋弧自动焊接纵缝，纵缝的咬合最小到钢板厚度/10或最大1毫米；
[0066] (4)纵缝焊接完毕后，重新上卷板机进行筒体复圆处理，在复圆前将纵缝两端的引熄弧板割除，并保证筒体的长短内径之差小于3mm。
[0067] 进行圆锥筒体卷制时，先将两块呈等腰梯形的钢板在上卷板机20上分别卷成半圆弧板，再进行两个半圆弧板拼装纵缝焊接；
[0068] 两个半圆弧板拼装纵缝焊接包括以下工序(见图3a至图3c)：
[0069] (1)先布置拼接平台70，并将拼接平台70的0°、90°、180°、270°位置调整到水平状态，要求水平度在3mm之内；在拼接平台70上利用划线平台画好需要拼装筒体的内、外径的地样，并划出检验线，再按要求装焊导向板；
[0070] (2)将一个半圆弧板10a根据地样吊装到拼接平台70上，接着根据预先划好的压头切割线将压头板切除，再开设半圆弧板的拼装纵缝坡口；
[0071] (3)调整拼接平台70上的一个半圆弧板10a的垂直度后，将另一个半圆弧板10b吊装到位；根据地样装配已经开好拼装纵缝坡口的两个半圆弧板10a、10b,并使用焊接的拉马80调节拼装纵缝的间隙，复测筒体的装配尺寸，采用吊垂线检查筒体0°、90°、180°、270°位置的锥度；
[0072] (4)激光检查筒体上端口的平面度，合格后按照WPS要求点焊定位；
[0073] (5)先进行二氧打底焊法焊接两条筒体内侧的拼装纵缝的1/3(见图3d)，再进行埋弧自动焊其余的拼装纵缝。
[0074] 进行筒体完工检验步骤时，包括表面瑕疵检查和外形尺寸检查，外形尺寸检查包括检查以下项目：
[0075] ⑴垂直度检查，激光检查筒体上、下口端面与筒体中心的垂直度，筒体的垂直度要求≤筒体长度/1000；
[0076] ⑵直线度检查，使用沿着筒体长度方向两端拉紧的线绳对绳与桩之间的水平距离进行测量，要求直线度≤3mm，至少围绕筒体取四个测量点进行测量；
[0077] ⑶周长检查，利用钢卷尺检查筒体的上口、中间、下口的周长，卷圆外周长为±0.3％周长，且≤12mm；
[0078] ⑷局部圆度和整体椭圆度检查，利用钢尺检查筒体的上、下口，测量两个相互垂直的直径之差，局部圆度超差≤钢板壁厚t×10％，椭圆度为最大直径与最小直径的差值≤筒体直径D×0.5％，且≤5mm。
[0079] 进行桩体顶部法兰装配步骤时，采用法兰工装进行，先将桩体顶部法兰用工艺螺栓固定在法兰工装上，再将制作完成的顶部管节翻身90°，使顶部管节的上口朝下，然后装配顶部管节与桩体顶部法兰，装配合格后打底焊，最后将制造完成的桩体内平台装配在顶部管节的外表面上；
[0080] 进行管节拼接步骤时，依次进行小节段桩体组件101拼接、大节段桩体组件102拼接和桩体100总合拢拼接，小节段桩体组件101拼接采用鳄式组对机90进行，大节段桩体组件102拼接在滚轮架上进行，桩体100总合拢拼接在外场进行(见图4)；
[0081] 小节段桩体组件拼接时，先在鳄式组对机80组对(见图5)，并进行管节10环缝的定位焊(见图6)，再将已经装配好的小节段桩体组件吊装到滚轮架40上，通过吊装在门式起重机50上的焊接平台60进行管节10环缝的二氧打底焊和埋弧自动焊(见图7a和图7b)；
[0082] 大节段桩体拼装时，将已经焊接好的小节段桩体组件吊装到滚轮架40上装配，再通过吊装在门式起重机50上的焊接平台60依次进行小节段桩体组件之间相邻管节环缝的定位焊、二氧打底焊和埋弧自动焊；
[0083] 桩体总合拢拼接时，已经拼接好的大节段桩体组件吊装到滚轮架40上装配，再通过吊装在门式起重机50上的焊接平台60依次进行大节段桩体组件之间相邻管节环缝的定位焊、二氧打底焊和埋弧自动焊(见图8)。
[0084] 进行定位焊时，要求焊接100mm，间隔200mm，定位焊缝的厚度不超过正式焊缝的1/2，通常为4mm～6mm；定位焊缝的长度为30mm～60mm，间距不超过400mm；冬季施工时，定位焊缝的厚度可增加至8mm，长度为80mm～100mm；
[0085] 进行打底焊工序时，焊接量不超过焊接总量的1/5，最大宽度和高度控制在6mm以内；
[0086] 进行埋弧自动焊时，采用多层多道焊，保证线能量小于50KJ/cm，焊剂覆盖厚度控制在30mm～40mm，使用双电双丝埋弧焊时，两根焊丝之间的距离为25～30mm，前焊丝不倾斜，后焊丝前倾15°～20°，并严格保证两根焊丝所在直线与焊道平行；
[0087] 进行定位焊、打底焊和埋弧自动焊时都要进行焊前预热和焊后处理；焊前预热温度为120℃～150℃；焊后处理是在焊接后立即使用厚度为25mm的石棉紧紧包裹被焊件，进行后热析氢处理，后热处理温度为200℃～300℃，保温时间为1h；
[0088] 在进行管节拼接步骤时，环缝焊前、焊接过程及焊接后都要对桩体的直线度进行检测，并对筒体的0°、90°、180°和270°位置都要检测；检测方法是：首先将粉线靠近被测桩体的边,调节粉线两端距离，使粉线两端与被测桩体的边距离相等，然后检测粉线两端之间的几个点，取最大值确定直线度；直线度要求：任意3m长度，直线度≤3mm；任意12m长度，直线度≤12mm；整根桩体长度范围内，直线度≤15mm。
[0089] 进行防腐涂层涂装步骤时，采用两种涂层；浪溅区和水位变动区涂刷两层环氧玻璃鳞片漆，单层厚400μm，共800μm；全浸区采用两层改性
环氧树脂漆，单层厚度400μm，共800μm，所述防腐涂层涂装步骤包括依次进行的桩体表面预处理工序、喷砂除锈工序、预涂工序、涂装工序和涂层检验工序；
[0090] 进行桩体表面预处理工序时，将桩体表面棱角打磨成半径R>2mm的圆角，其焊缝部位无尖角、缺肉、气孔、裂纹、缝隙和焊渣；桩体表面油污采用清洁剂进行低压喷洗或软刷刷洗；
[0091] 进行喷砂除锈工序时，先将钢砂和钢丸混合，混合比例为3:7～5:5，再将混合材料喷到桩体的表面，在喷砂完成4小时内，且在桩体的表面返锈之前，完成涂装工序；
[0092] 进行预涂工序时，先对桩体的内外表面进行清洁，清理假法兰和其它死角上的钢砂，再在喷涂不能满足膜厚要求的区域进行预涂；
[0093] 进行涂装工序时，采用高压无气喷涂方法，并利用旋转工装进行旋转喷涂；
[0094] 进行涂层检验工序时，采用高压漏涂点检测仪对桩体外表面按100％的涂装范围进行漏涂点检测；桩体内表面按50％的涂装范围进行漏涂点抽检；其余部位按10％的涂装范围进行漏涂点抽检；漏涂点是按国际标准NACE SP0188进行检测；涂层干膜厚度在200～300μm时，检漏电压为1500V；涂层干膜厚度在300～400μm时，检漏电压为2000V；涂层干膜厚度在400～600μm时，检漏电压为2500V；涂层干膜厚度在600～1000μm时，检漏电压为3000V。
[0095] 以上
实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各
权利要求所限定。
