[发明专利]自升式平台桁架式桩腿弦杆整体挤压成型制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自升式平台桁架式桩腿弦杆整体挤压成型制造方法，具体的说是一种自升式平台桩腿弦杆的制造方法，属于海洋工程中的钢结构制造技术领域。

背景技术

近年来，随着我国海上油气开发的需要不断增长，对海洋移动式油气钻采专用装备的需求量越来越大。自升式平台作为一种移动式装备，广泛的应用于海洋油气钻采、勘探。桩腿作为自升式平台的主要构件，主要作用是支撑平台在海上作业，并将平台所受到得载荷传递到海底地基。

桁架式钢结构物的主承力结构件通常为厚壁管状结构，在承力较大时，为加强关键承力结构件的抗弯曲能力，多会采用加大结构件的剖面模数，即采用厚壁管加其他型钢进行组合焊接，从而得到需要的剖面形式和抗弯剖面模数。

作为主要承力构件，弦杆在桁架式钢结构物中是整体结构的安全保障。海洋自升式平台因常年在海水中作业，其桩腿结构的安全性直接关系到整个平台的安全性。桩腿结构是由弦杆与弦杆间的支撑结构组成的，弦杆是其主要承力部件。目前世界上传统制造桩腿弦杆的方法是采用两块半圆板和齿条板焊接而成，在超厚钢板上焊接两条直径约444mm、厚度约83mm的半圆钢管，每根弦杆至少需焊接4条全熔透开坡口角焊缝，焊接工作量非常大；由于齿条板及半圆板均为超厚钢板，焊接收缩变形也十分大，需要不断变换焊接位置，以保证焊接收缩量的均匀一致，不至于影响到工件的平直度、扭转等精度要求，耗时较长，从而使得焊接效率降低；由于结构强度可靠性要求，除了严格的100%超声波及X射线无损探伤要求，在焊接时也要求焊缝及热影响区的材料性能不低于母材，而深熔透焊由于焊接量较大，熔池较深，因而热影响区也较大，对于材料性能的影响也较大，为控制材料的强度、低温冲击韧性硬度等机械性能，需要对焊接工件进行焊前预热、焊后保温等各种工艺，同时预热及保温的温度区间、保温时间等也有严格要求。总之，高标准、高难度、过程复杂的焊接工艺及质量要求对整个制造周期的保证带来风险。

发明内容

为了克服上述技术的不足，本发明的目的在于提供了一种自升式平台桁架式桩腿弦杆整体挤压成型制造方法，该发明针对现有技术中存在的焊接工序繁复、焊接工艺难度高、制造周期长的问题，采用整体挤压成型的一体式制造方法，结构强度高、构件稳定性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、确定钢锭材料重量：在挤压制造前，根据所要制造的桩腿弦杆的截面积、长度设立模型，计算所需钢材材料总重量；桁架式自升式海洋平台桩腿是由弦杆及钢结构管组成的等边三角形或其他稳定几何形状的结构物，总长大都在100米以上，在施工建造时由长约8m至9m左右的许多分段逐段焊接而成，经过计算得到需要的挤压制坯料的重量为20吨，加上工艺需要炼钢铸锭的锭型为28吨；

二、制坯：

确定钢锭锭型及炼钢铸锭：确定弦杆长度后，经过计算确定需要的挤压制坯料的重量，确定炼钢铸锭的锭型为圆柱状24或28楞钢锭，采用优质生铁及钢屑进行真空电炉粗炼钢水及真空电炉精炼后浇铸钢锭，冷却后倒模脱锭；

钢锭蹾粗：去除钢锭水冒口后，加热钢锭至1200℃--1300℃，将钢锭水平横置于水压机或油压机砧台上，转动钢锭，并用压机砧头轻拍钢锭起楞处进行整形，直至钢锭成为正圆柱状，再将钢锭立放进行蹾粗，至钢锭长度为原锭身长度的1/2；

钢锭冲孔：使用φ300-φ500的冲孔砧头，快速压下，将实心钢锭芯部冲掉成为空心钢锭，并去除端部挂渣及毛刺；

锭身拔长及精整：将已完成冲孔的钢锭连同芯棒水平横置于压机砧台，穿入φ300mm—φ500mm的芯棒，操作机夹持并转动钢锭，用压机砧头沿钢锭圆周锻压锭身，进行拔长，平整上下端面后最终得到空心锻造坯料；锻造期间，如锻坯温度低于900 ℃时可回炉加热后再进行锻制。

三、模具准备：挤压模具按所需弦杆形状预先制造，模具分别为：挤压筒、垫板、挤压模、芯轴、凸模压头；挤压模具为组合式模具，包括挤压筒、垫板、挤压模、芯轴、凸模压头；垫板中间设有可通过挤压后的弦杆的通孔，垫板上端边缘安有挤压筒，挤压筒内安有挤压模；垫板、挤压筒、挤压模组成一体，固定于挤压机上保持静止，芯轴也相对于挤压筒、垫板、挤压模保持轴向静止，保证弦杆内孔的同心度及弦杆的直线度。

四、整体挤压：将锻造坯料在加热炉中加热到1200℃出炉，放入专用成型模具中，在40000吨级以上的垂直压力机上，将所制坯料以匀速整体挤出。

五、整形矫直：弦杆整体挤出后，将整根弦杆天车吊至整形压力机上，趁挤压后的工件仍有余温，进行热矫直成型。