1.本发明属于沉船打捞领域，具体涉及一种沉船打捞弧形梁焊接方法。
背景技术：
[0002]“长江口二号”古沉船沉埋于长江入海口处的海床下，整体被淤泥覆盖，为了开展古沉船的保护工作和文物考古工作，须将沉船完整打捞并保护古沉船及船上文物的完好。为了顺利完成沉船打捞，一套无接触整体打捞设备被开发出来，该设备包括两侧的端板、发射架和弧形梁等部件。其中，半弧形的弧形梁作为打捞沉船过程中的主要承重件，由发射架驱动，多条弧形梁从下方掘进并完整地兜绕住整个沉船及周围的淤泥，再由专门的打捞船将设备整体打捞出水。
[0003]
由于该打捞方案为沉船打捞领域中首次采用，设备制造过程中存在诸多技术困难。其中，弧形梁的焊接加工是主要的技术难点之一。沉船打捞弧形梁由多个钢制部件焊接而成，单根弧形梁直径约20米，横截面外尺寸为1m
×
2m，在打捞作业过程中，相邻的弧形梁滑动嵌合连接成为整体，这需要各弧形梁的尺寸精度特别是弧形圆度控制在
±
0.5mm的水平，常规的焊接工艺无法在对如此大尺寸的零件进行焊接同时保证精度。
技术实现要素：
[0004]
本发明的目的在于，提供一种沉船打捞弧形梁的焊接方法，能够保证沉船打捞弧形梁焊接组装后的尺寸精度。
[0005]
根据本发明的实施例，提供一种沉船打捞弧形梁的焊接方法，包括以下步骤：a）设置焊接工装，在水平地面设置一测量基点，以所述测量基点作为圆心，放射状地铺设多条径向支撑梁；分别在所述径向支撑梁上设置第一定位块和第二定位块，使所述第一定位块到所述测量基点的距离等于所述沉船打捞弧形梁的第一弧面半径，所述第二定位块到所述测量基点的距离等于所述沉船打捞弧形梁的第二弧面半径，误差不超过0.5mm；b）将所述沉船打捞弧形梁划分为第一侧板、第二侧板、第一弧板和第二弧板四个部分，将每个部分分别划分为多个子件，获取所述多个子件，使所述第一侧板、第二侧板的各子件圆度控制在0.5mm以内，使所述第一弧板和第二弧板的各子件圆度控制在5mm以内；c）将所述第一侧板的子件依次吊装到所述焊接工装上，使所述第一侧板的第一弧边与所述第一定位块距离等于所述第一弧板的厚度，然后吊装所述第一弧板的子件，使其抵靠在所述第一定位块上并进行定位；d）沿所述径向支撑梁推顶所述第一侧板的子件，使其抵接在所述第一弧板的子件上，将所述第一弧板的子件进行局部点焊焊接为第一弧板坯件，并进行圆度精度复检，对精度超差的位置进行尺寸校正；e）对所述第一侧板的子件进行局部点焊将其焊接在一起成为第一侧板坯件，并将其与所述第一弧板坯件焊接在一起；f）将所述第二弧板的子件依次吊装到所述径向支撑梁上与所述第一侧板抵接，进
行局部点焊将其焊接在一起成为第二弧板坯件，并进行圆弧精度复检，对精度超差的位置进行尺寸校正，然后将所述第二弧板坯件与所述第一侧板焊接在一起；g）吊装所述第二侧板的子件，使其第一弧边与第二弧边分别抵接所述第一弧板和第二弧板并与所述第一弧板、第二弧板焊接。
[0006]
通过上述方法，通过控制定位块与侧板的弧边的精度，对沉船打捞弧形梁整体的弧面圆度进行精确控制，使得沉船打捞弧形梁的弧面圆度能够控制在0.5mm以内，使得在沉船打捞过程中相邻的沉船打捞弧形梁能够顺畅、严密地相互嵌合，有效承载沉船的重量。
[0007]
进一步地，所述a）步骤中设置的径向支撑梁包括底部径向支撑梁和顶部径向支撑梁，所述底部径向支撑梁和所述顶部径向支撑梁之间通过纵向支撑结构相连接。顶部径向支撑梁与底部径向支撑梁分别为第一侧板和第二侧板提供定位，并共同对第一弧板和第二弧板起到限位作用，有助于提高焊接效率和精度。
[0008]
进一步地，所述纵向支撑结构包括纵向支撑梁和倾斜加强筋。纵向支撑梁提供垂直方向的支撑，倾斜加强筋用于提供侧向支撑防止纵向支撑梁和顶部支撑梁发生倾斜。
[0009]
进一步地，所述a）步骤中各径向支撑梁所组成的支撑平面的平面度控制在1mm以内；所述b）步骤中所述第一侧板和第二侧板的子件平面度控制在1mm以内；所述e）步骤和所述f）步骤中，还包括对所述第一侧板和第二侧板进行平面度复检，并对平面度超出1mm的区域进行尺寸校正的步骤。在第一侧板和第二侧板子件的拼装过程中对平面度进行检验，以保证成品沉船打捞弧形梁的第一侧板和第二侧板整体的平面度在1mm以内，进而确保沉船打捞过程中相邻的沉船打捞弧形梁能够紧密地相互嵌合。
[0010]
进一步地，所述g）步骤前还包括g0）步骤，在所述第一侧板坯件表面焊接多个内部加强板，所述内部加强板用于在所述g）步骤中为所述第二侧板的子件提供支撑。内部加强板能够提高沉船打捞弧形梁的整体刚度，同时为第二侧板的子件提供支撑，提高焊接效率与精度。
[0011]
进一步地，所述b）步骤中，所述第一弧板和第二弧板的子件以轴线垂直于地面的方向进行卷板加工制得，以避免所述第一弧板和第二弧板的子件在自身重力作用下发生径向变形。由于沉船打捞弧形梁整体直径约20m，弧板子件的弧长较大，在没有支撑的情况下容易在自身重力作用下发生变形，在卷板加工过程中将其以轴线垂直与地面的方向加工，便于确保弧板的子件始终得到支撑，避免在自重作用下发生径向变形。
[0012]
进一步地，所述c）步骤与所述g）步骤中，吊装所述第一侧板和第二侧板的子件时，使所述第一侧板和第二侧板的子件径向平面垂直于地面进行吊装，以避免所述第一侧板和第二侧板的子件在自身重力作用下发生厚度方向的变形。由于子件自重较大，水平吊装易在自身重力作用下发生厚度方向上的变形，需要进行垂直吊装使宽度方向承担子件自身的重力。
[0013]
进一步地，所述尺寸校正采用液压千斤顶机械校正或火焰校正。
[0014]
进一步地，所述b）步骤中，所述第一侧板、第二侧板、第一弧板和第二弧板划分成的子件数量为2-4个。根据沉船打捞弧形梁的尺寸，划分2-4个子件能够有效降低吊装与拼焊难度，同时避免过多的焊接工作量。
[0015]
进一步地，该焊接方法还包括h）步骤：将所述沉船打捞弧形梁的附件凸台弧形板、前端机头壳体、后端封板焊接到所述沉船打捞弧形梁上。附件焊接后沉船打捞弧形梁的拼
焊工作完成。
附图说明
[0016]
图1为一实施例中沉船打捞装置的结构示意图；图2为一实施例中沉船打捞弧形梁的结构示意图；图3为一实施例中沉船打捞弧形梁焊接工装的结构示意图。
[0017]
上述附图的目的在于，对本发明作出详细说明以便本领域技术人员能够理解本发明的技术构思，而非旨在限制本发明。为了表达简洁，上述附图仅示意性地画出了与本发明技术特征相关的结构，并未严格按照实际比例画出完整的装置和所有细节。
具体实施方式
[0018]
下面通过具体实施例结合附图对本发明作出进一步的详细描述。
[0019]
本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本文的至少一个实施例中。在说明书的各个位置出现的该短语并不一定指代同一实施例，也并非限定为互斥的独立或备选的实施例。本领域技术人员应当能够理解，在不发生结构冲突的前提下本文中的实施例可以与其他实施例相结合。
[0020]
本文的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如可以是可动的连接，也可以是固定连接或成一体。对本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
[0021]
本文的描述中，“上”、“下”、“左”、“右”、“横向”、“纵向”、“高度”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示方位或位置关系的术语目的在于准确描述实施例和简化描述，而非限定所涉及的零件或结构必须具有特定的方位、以特定方位安装或操作，不能理解为对本文中实施例的限制。
[0022]
本文的描述中，“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同对象，而不能理解为指示相对重要性或限定所描述技术特征的数量、特定顺序或主次关系。本文的描述中，“多个”的含义是至少两个。
[0023]“长江口二号”古沉船沉埋于长江入海口处的海床下，经考古勘探认定为清代同治时期的沉船，船体残长约38.5米，残宽约7.8米，是中国水下考古发现的体量最大、保存最为完整的木质沉船，船载文物量大，具有很高的文物价值，进行整体打捞的难度很大。为了将沉船完整打捞并保持船上文物完好，一套如图1所示的无接触整体打捞设备被开发出来。在进行打捞时首先将顶梁4沉入水底沉船所在的位置，使两端的端板3插入海床将沉船的船头、船尾所在区域与周围的海床隔开；接下来由安装在顶梁4上的发射架2依次向海床中打入约20根弧形梁1。弧形梁1的结构如图2所示，弧形梁1整体呈半圆弧形，其截面为1m
×
2m的矩形，弧形梁1的一端为前端机头16，另一端为封板15，以发射架2为引导，前端机头16向海床中掘进，弧形梁1从沉船船体下方穿过，弧形梁1整体旋转180
°
后两端都固定在顶梁4上。弧形梁1的一侧表面上设置有沿圆弧周向分布凸台141，另一侧表面上设置有沿圆弧周向分布的榫槽131，相邻的弧形梁1上的凸台141与榫槽131相互嵌合在一起，最终使所有弧形梁连接成为一个整体，从顶梁4的下方将沉船与周围的沉积物一起兜住。接下来再由打捞船将钢索固定在顶梁4上，将整个沉船打捞装置提升至水面，完成沉船的整体打捞。
[0024]
该打捞设备为行业内首创，制造过程面临许多技术问题。其中，弧形梁1作为主要的承重件，直径达20m，同时为了确保其能够沿发射架2的轨道顺利旋转，并与相邻的弧形梁紧密嵌合，其自身的尺寸精度要求也很高，圆弧的圆度需控制在0.5mm以内，侧面的平面度需控制在1mm以内，传统的焊接方法无法在焊接拼装如此大尺寸零件的同时确保焊接精度。
[0025]
为了解决上述问题，本发明的实施例提出了一种沉船打捞弧形梁焊接方法，其步骤如下：首先，设置如图3所示的沉船打捞弧形梁焊接工装5。在水平地面上设置一基点，垂直于地面设置中心轴51，作为沉船打捞弧形梁焊接工装5的测量基点，工装与零件以靠近中心轴51的一侧为内侧，远离中心轴51的一侧为外侧。接下来以中心轴51为圆心，放射状地铺设多条径向支撑梁，在部分实施例中径向支撑梁设置为8条或12条，各径向支撑梁以等间距排布为半圆形。在部分优选的实施例中，径向支撑梁设置有两层，包括底部径向支撑梁52和顶部径向支撑梁55，纵向支撑梁58和倾斜加强筋59连接底部径向支撑梁52、顶部径向支撑梁55并提供纵向支撑。在径向支撑梁上设置内侧定位块与外侧定位块，其中，底部内侧定位块53、底部外侧定位块54设置在底部径向支撑梁52上，顶部内侧定位块56、顶部外侧定位块57设置在顶部径向支撑梁55上。底部内侧定位块53、顶部内侧定位块56的外端面到中心轴51的距离等于弧形梁1的内弧面11内表面处的半径；底部外侧定位块54、顶部外侧定位块57的内端面到中心轴51的距离等于弧形梁1的外弧板12外表面处的半径；上述误差控制在0.5mm范围内。
[0026]
接下来，将弧形梁1划分为第一侧板13、第二侧板14、内弧板11和外弧板12四个部分，并将每个部分划分为多个子件。在优选实施例中，第一侧板13、第二侧板14划分为4个子件，内弧板11和外弧板12划分为2个子件，并按照前述划分方式获取这些子件。在一实施例中，利用激光切割设备裁切板材并进行坡口加工，以获得第一侧板13和第二侧板14的子件，其中第一侧板13和第二侧板14的子件弧边的圆度控制在0.5mm以内；利用激光切割设备裁切板材并利用卷板机进行卷板加工，再进行坡口加工，以获得内弧板11和外弧板12的子件，利用弧形检测样板尺进行圆弧精度检测，其弧面圆度控制在5mm以内。
[0027]
在部分优选的实施例中，在对内弧板11和外弧板12的子件进行卷板加工时，使其轴线垂直于地面，以便内弧板11和外弧板12的子件完成加工的部分能够平铺在加工台得到轴向支撑，避免在轴线平行于地面的姿态下因其自身重量而发生径向的变形影响零件的精度。
[0028]
然后将第一侧板13的子件依次吊装到底部径向支撑梁52上，使其内弧边与底部内侧定位块53的距离等于内弧板11的厚度，即约100mm，然后吊装内弧板11的子件，使其内侧表面抵靠在底部内侧定位块53和顶部内侧定位块56的外端面上进行定位。
[0029]
内弧板11的子件在弧面上具有一定的弹性，沿着底部径向支撑梁52朝中心轴51推顶第一侧板13的子件，使其抵接在内弧板11的子件上，并将其压紧在底部内侧定位块53上进行定位，使内弧板11子件的弧面与第一侧板13子件的弧边相贴合。将定位好的内弧板11的子件利用局部点焊焊接在一起，成为内弧板11的坯件，利用三维激光检测仪进行圆弧精度复检，对精度超差的位置进行尺寸校正。在优选实施例中，采用液压千斤顶对超差部位进行机械校正或利用加热的方式进行火焰校正，以消除尺寸误差。
[0030]
将第一侧板13的子件利用局部点焊焊接在一起成为第一侧板13的坯件，并将其与
内弧板11的坯件焊接在一起。
[0031]
随后，将外弧板12的子件依次吊装到底部径向支撑梁52上，使其内侧表面抵接在第一侧板13的子件上，外侧表面贴靠底部外侧定位块54和顶部外侧定位块57的内端面上进行定位。将定位好的外弧板12的子件通过局部点焊连接成为外弧板12的坯件，利用三维激光检测仪进行圆弧精度复检，对精度超差的位置进行尺寸校正。然后将外弧板12的坯件与第一侧板13的坯件焊接在一起。
[0032]
接下来，吊装第二侧板14的各子件，使其内弧边、外弧边分别抵接在内弧板11和外弧板12上，借助顶部内侧定位块56和顶部外侧定位块57进行定位，并利用局部点焊将其焊接在一起。
[0033]
在部分优选实施例中，第一侧板13的表面还焊接有多个内部加强板17，以为弧形梁1提供更好的结构支撑。在吊装第二侧板14的子件时，内部加强板17也能够为其提供纵向的定位与支撑。内部加强板17一端焊接在第一侧板13的表面，另一端与第二侧板14焊接连接，同时还可以与内弧板11、外弧板12通过焊接连接在一起以增强结构的稳定性。将内部加强板17的对接位置及内弧板11、外弧板12、第一侧板13、第二侧板14的各拼接位置焊接充分并进行无损检测后，弧形梁1主体部分的焊接完成。
[0034]
在部分优选实施例中，还要对第一侧板13、第二侧板14的平面度进行控制和校核：首先，在铺设底部径向支撑梁52和顶部径向支撑梁55时对各支撑梁进行水平校准，使各支撑梁所组成的支撑平面的平面度控制在1mm以内；在吊装和焊接第一侧板13、第二侧板14的各子件时使用三维激光检测仪和水平仪进行平面度复检，并对平面度超出1mm的区域进行尺寸校正。同时，在部分实施例中，对第一侧板13和第二侧板14的子件进行吊装时，控制各子件的姿态使其在吊装过程中各自的径向平面垂直于地面，使各子件的径向宽度承担自身重力，避免发生轴向厚度上的变形。
[0035]
最后，在弧形梁1主体部分焊接完成后，将弧形梁1的各附件，即凸台141所在的弧形板、前端机头16的壳体及后端封板焊接在弧形梁1上，拆除底部内侧定位块53、底部外侧定位块54、顶部内侧定位块56和顶部外侧定位块57，完成沉船打捞弧形梁的拼焊作业。在入库前，利用三维激光检测仪和水平仪对对弧形梁1整体进行圆弧精度和平面度的最终复测。
[0036]
上述实施例的目的在于结合附图对本发明作出进一步的详细描述，而非旨在限制本发明。在本发明权利要求的范围内，对所涉及的零件或方法步骤进行优化或等效替换，以及在不发生结构或原理冲突的条件下对不同实施例中的实施方式进行结合，均落入本发明的保护范围。