一种圆柱形桩腿焊缝残余应力消除装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海洋工程装备的制造技术领域，尤其涉及一种海上风电安装船圆柱形粧腿的焊接残余应力消除装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着能源紧缺状况的加剧和风电场土地资源的日益紧张，海上风能发电也成为当今世界风能发电的发展新方向。海上风电机组的安装相对于陆上风电机组的安装具有更高的技术难度，需要专门的风电安装船承担运输和安装才能完成。当风电安装船在海上作业时，粧腿下降插入海底，并将风电安装船提升并离开海面一定高度，形成作业平台。因此，粧腿是风电安装船的关键部件，承担着整个风电安装平台的安全，并决定了风电机组的安装精度。
[0003]风电安装船用的圆柱形粧腿圆柱形壳体直径一般为2m?5m，板厚一般为10mm?200mm,高度一般为50m?70米，属于超大型超重精密设备零件。圆柱形粧腿的制造通常采用分段焊接的方式，由于圆柱形粧腿在整体强度和尺寸精度上均有较高的要求，因此，必须对焊接变形进行有效控制，否侧会对粧腿的尺寸和外形产生影响。而焊接应力是导致粧腿整体变形的主要原因，另一方面，焊接应力还会导致焊缝处的疲劳性能远低于基体金属。可见，如何降低或者调节残余应力场，对于提高粧腿整体强度和尺寸精度具有重要意义。
[0004]超声冲击处理是消除焊接残余应力、提高焊接结构抗疲劳性能的主要措施。中国兵器工业第五二研宄所公开了一种用于焊缝应力消除的高效超声冲击头(专利号:ZL200810162683.5)，采用对称的两枚冲击针同时处理焊缝两边的焊趾，显著提高了冲击效率，但是该发明没有涉及到对超大型圆柱形粧腿焊接残余应力的消除。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术中存在的圆柱形粧腿残余应力消除过程中引起粧腿变形及消除方法不便于操作、适用范围小的问题，本发明提供一种针对风电安装船圆柱形粧腿焊缝残余应力消除装置及方法。
[0006]一种圆柱形粧腿焊缝残余应力消除装置，其特征在于:包括底板、变频器、电机、摩擦轮及冲击头，所述电机和所述变频器设置在所述底板上，所述电机为对称设置，所述摩擦轮位于所述电机上，所述圆柱形粧腿位于所述摩擦轮上方，所述冲击头对称设置在所述圆柱形粧腿的内壁或外壁，与所述圆柱形粧腿的焊缝表面夹角为90度，所述冲击头与所述圆柱形粧腿的内壁或外壁接触的位置为冲击点，所述冲击点位于所述焊缝两侧。
[0007]所述圆柱形粧腿外径范围为2m?10m。
[0008]所述变频器驱动所述电机；所述电机采用变频调速，驱动所述的摩擦轮旋转，所述摩擦轮的线速度在0.5m/min?1.5m/min之间连续可调。
[0009]所述冲击头为超声冲击头。
[0010]所述摩擦轮为4个，所述冲击头为2个。
[0011]一种圆柱形粧腿焊缝残余应力消除方法，包括以下几个步骤:
[0012]步骤一、将待焊接的圆柱形粧腿平卧放置于摩擦轮上；
[0013]步骤二、启动变频器，驱动电机运行，带动所述摩擦轮旋转，使所述圆柱形粧腿在所述摩擦轮上平稳的等速均匀旋转；
[0014]步骤三、调节变频器，使所述圆柱形粧腿的外圆面的线速度在0.5m/min?1.5m/min之间；
[0015]步骤四、将冲击头对称设置在所述圆柱形粧腿内壁，调整所述冲击头与所述圆柱形粧腿的焊缝表面距离为2mm，并呈90度夹角；
[0016]步骤五、启动所述冲击头，在所述圆柱形粧腿转动时连续对称地冲击焊趾，待所述圆柱形粧腿转动一周时，停止冲击和旋转；
[0017]步骤六、将所述冲击头对称设置在所述圆柱形粧腿外壁，调整所述冲击头与所述圆柱形粧腿的焊缝表面距离为2mm，并呈90度夹角；
[0018]步骤七、再次启动所述冲击头，在所述圆柱形粧腿转动时连续对称地冲击所述焊趾，待所述圆柱形粧腿转动一周时，停止冲击和旋转，完成残余应力消除操作。
[0019]所述步骤一包括:所述圆柱形粧腿外径范围为2m?10m。
[0020]所述步骤二包括:所述电机采用变频调速，对称设置，所述摩擦轮为4个。
[0021]所述步骤四包括:所述冲击头为超声冲击头，数量为2个。
[0022]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明提供了一种圆柱形粧腿焊缝残余应力消除装置及方法，整个装置结构简单，将冲击头对称布置，有利于保持粧腿内应力的平衡，避免在去除残余应力过程中引起粧腿的变形。由于风电安装船圆柱形粧腿直径一般在2m以上，故本发明的圆柱形粧腿残余应力消除方法十分便于操作，易于减轻工人的劳动强度，实现自动化作业。此外，本发明采用连续旋转的方式，可以快速且准确的对圆柱形粧腿焊缝的残余应力进行去除，大大增加了工作效率。
【附图说明】
[0023]图1是圆柱形粧腿焊缝残余应力的消除装置示意图；
[0024]图2是图1中冲击点(虚线部分)的局部放大图。
[0025]图中标号:1_粧腿、2-冲击头、3-摩擦轮、4-电机、5-变频器、6-底板。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027]一种圆柱形粧腿焊缝残余应力消除装置，如图1所示，包括底板6、变频器5、电机
3、摩擦轮4以及冲击头2，电机对称设置在底板上，变频器也设置在底板上，摩擦轮位于电机上，圆柱形粧腿I卧放于摩擦轮4的上方，两个冲击头2对称设置在粧腿I的内壁或者外壁，这样有利于保持粧腿内应力的平衡，避免在去除残余应力过程中引起粧腿的变形。如图2所示，该冲击头2与圆柱形粧腿I的焊缝表面夹角为90度，冲击头2与圆柱形粧腿I的内壁或外壁接触的位置为冲击点，冲击点位于焊缝两侧。本发明的装置中摩擦轮4为四个，分为两组，电机3采用变频调速，驱动摩擦轮4旋转，使摩擦轮4的线速度在0.5m/min?1.5m/min之间连续可调。电机3均由一个变频器5来驱动，以保持所有摩擦轮4的转速一致，从而使粧腿I在摩擦轮4上平稳的等速均匀旋转，将去除圆柱形粧腿焊缝的残余应力的过程变得快速准确且不间断，提高工作效率。
[0028]该装置适用于外径范围