旋升式鉆機(jī)底座制造工藝優(yōu)化及應(yīng)用

張 敬，馬振國，王 宇

（渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司，遼寧盤錦 124010）

0 引言

隨著石油價格的長期低迷，制造成本相對較低的旋升式鉆機(jī)更加受到了市場的青睞。近幾年，某公司生產(chǎn)了多部旋升式鉆機(jī)，積累了一定的技術(shù)、制造經(jīng)驗，同時也存在著產(chǎn)品施工周期長、加工難度大、制造成本高等系列問題，制造工藝優(yōu)化工作還存在著較大的提升空間。旋升式鉆機(jī)作為公司的主力機(jī)型，通過鉆機(jī)底座鉚焊制造工藝、專用工裝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，對進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率、降低制造成本具有重要意義。

1 底座制造存在的問題

旋升式鉆機(jī)作為公司主力機(jī)型和明星產(chǎn)品，近年來，完成了多部旋升式鉆機(jī)的制造工作，根據(jù)現(xiàn)場反饋的使用情況顯示，設(shè)備運行穩(wěn)定、可靠，得到用戶的高度評價。通過該項目的實施，公司積累了豐富的技術(shù)和制造經(jīng)驗，但是也存在著產(chǎn)品施工周期長、加工難度大、制造成本高等系列問題。技術(shù)人員結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場情況認(rèn)真研討和分析，認(rèn)為導(dǎo)致這些問題的原因主要集中在H 形型鋼焊接工藝不完善、缺少底座片梁鉚焊專用工裝等方面：①旋升式鉆機(jī)底座采用了大量的焊接H 形型鋼，在焊接H 形型鋼的制造工藝中，對腹板的坡口采用鈍邊為2 mm 雙邊V 形坡口，這種結(jié)構(gòu)形式雖然能夠保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量，但是制造成本高，焊后矯正變形工作量較大；②旋升式鉆機(jī)底座中層片梁共計8 件，片梁為型鋼焊接框架結(jié)構(gòu)，整體尺寸較大，每件片梁上下兩端共計4 個耳板座安裝孔，采用整體裝卡鏜孔加工工藝，導(dǎo)致片梁整體轉(zhuǎn)運、加工周期長，另外還需要使用大型龍門數(shù)控鏜銑床加工，導(dǎo)致加工制造費用居高不下，在面對現(xiàn)今市場要求訂單生產(chǎn)周期短、利潤低的情況已不能滿足客戶需求；③旋升式鉆機(jī)底座底層左右前基座結(jié)構(gòu)中有4 組與中層連接的軸座，這4 組軸座之間的相對位置和平行度等要求很高，但是基座整體尺寸和重量都很大，目前公司的加工機(jī)床加工范圍不能滿足該工件的加工，需采用適當(dāng)?shù)墓に囈越鉀Q該問題。

2 底座制造工藝優(yōu)化改進(jìn)方案

針對以上問題，技術(shù)人員從設(shè)計源頭進(jìn)行改進(jìn)，通過優(yōu)化鉆機(jī)底座生產(chǎn)工藝、設(shè)計專用工裝等方式，提高生產(chǎn)效率、降低制造成本，實現(xiàn)了旋升式鉆機(jī)底座的整體質(zhì)量提升。

（1）從設(shè)計圖紙上優(yōu)化焊接接頭的結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)化底座焊接H 形型鋼制造工藝（圖1）。改進(jìn)前：焊接H 形型鋼的腹板需要開7×45°雙邊坡口，單側(cè)焊縫需要通過坡口焊縫和外側(cè)角焊縫組合，來實現(xiàn)設(shè)計要求。改進(jìn)后：焊接H 形型鋼的腹板不需開坡口，單側(cè)焊縫只需要焊腳高度為12 mm 的角焊縫即可，兩側(cè)角焊縫有效焊喉之和為17 mm，大于腹板的厚度16 mm，且焊接工藝采用埋弧焊焊接，實際焊喉之和大于20 mm，改進(jìn)后強度完全滿足設(shè)計要求。

圖1 改進(jìn)前后的焊縫結(jié)構(gòu)形式和工藝要求

焊接H 形型鋼制造工藝改進(jìn)后具有以下好處：①焊接H 形型鋼腹板不用開坡口，降低了制造工作量；②填充焊縫的橫截面減小了，和原生產(chǎn)工藝相比，免除了埋弧焊之前還需二保焊打底焊一遍的工作量，同時降低了焊材消耗；③工藝改進(jìn)后，焊接熱輸入降低，焊接變形減小，減少了焊后矯正變形的工作量。綜上所述，該項改進(jìn)達(dá)到了降本、提質(zhì)增效的目的。

（2）為了解決底座片梁上下兩端耳板座安裝孔整體加工問題，設(shè)計制造底座片梁耳板座安裝孔定位專用工裝（圖2）。用普通鏜銑床T611 先將耳板座安裝孔加工完成，再利用專用工裝將片梁與耳板座組裝施焊，通過專用工裝的應(yīng)用，既避免了片梁在大型龍門數(shù)控鏜銑床上的整體加工問題，又節(jié)省了施工時間，降低了制造成本。

圖2 底座片梁專用工裝

（3）為了解決旋升式鉆機(jī)底座底層左右前基座的4 組與中層連接的軸座孔精度問題，設(shè)計制造底座左右前基座鉚焊工裝（圖3）。左右前下基座上的連接軸座可先用普通鏜銑床加工軸孔，再利用專用工裝將底座左右前基座組裝焊好，通過專用工裝來保證鉚焊組對精度，再通過適當(dāng)?shù)暮附庸に嚳刂坪附幼冃?，來保證底座左右前基座的軸孔精度。

圖3 底座左右前基座專用工裝

3 應(yīng)用情況分析

通過優(yōu)化鉆機(jī)底座焊接H 形型鋼鉚焊制造工藝、設(shè)計底座片梁專用工裝等措施，在2020 年、2021 年又生產(chǎn)了5 部旋升式鉆機(jī)，焊接H 形鋼焊縫一次交檢合格率由92%提升到96%，底座片梁耳板座安裝孔的同軸度誤差不超過0.5 mm，滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。據(jù)統(tǒng)計，每套底座節(jié)約制造成本約30 萬元，節(jié)省施工周期約10 d，同時大大降低了制造難度，具有很好的推廣和應(yīng)用價值。