鉆機用焊接滑輪制造技術(shù)改進

張　敬 馬振國 陸　洋 徐曉波 劉奮勇

（渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦 124010）

鉆機用焊接滑輪制造技術(shù)改進

張敬 馬振國 陸洋 徐曉波 劉奮勇

（渤海裝備遼河重工有限公司，遼寧 盤錦 124010）

陸地鉆機和海洋平臺鉆機模塊都使用該型號焊接滑輪，但是由于設(shè)計、工藝以及焊接等原因?qū)е略撔吞柡附踊喴淮螜z驗合格率較低。為了提高該型號焊接滑輪的一次檢驗合格率，從設(shè)計、工藝和焊接等多方面進行了改進。經(jīng)過PL19-9項目現(xiàn)場應用證實，該型號焊接滑輪的一次檢驗合格率由原來的75%提高到100%，該技術(shù)改進方法大大提高了該型號焊接滑輪的一次檢驗合格率，該技術(shù)具有較大的推廣應用價值。

焊接滑輪；一次檢驗合格率；技術(shù)改進

滑輪廣泛應用于陸地鉆機和海洋平臺鉆機模塊配套天車和游車上，是提升系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。最初滑輪大多采用鑄造結(jié)構(gòu)，但是由于砂眼、縮孔、裂紋等諸多缺陷，后改為焊接滑輪，但是由于設(shè)計、工藝、焊接等多種原因?qū)е潞附踊喅霈F(xiàn)未焊透、夾渣、裂紋等狀況，導致一次檢驗合格率較低，另外，返修返工工作量較大，維修成本較高，還經(jīng)常由于整改工作耽誤時間導致延誤工期的情況發(fā)生。針對目前現(xiàn)狀，開展了焊接滑輪制造技術(shù)改進的研究工作。

1.焊接滑輪結(jié)構(gòu)及主要作用

焊接滑輪主要有輪緣（材料：45#調(diào)質(zhì)）、輪盤（材料：Q345D）、輪轂（材料：35#調(diào)質(zhì)）和筋板（材料：Q345B）組成，詳見圖1。焊接滑輪主要由以上幾個零件焊接而成，該型號焊接滑輪主要應用于陸地鉆機和海洋平臺鉆機模塊配套天車和游車上，天車和游車形成滑輪組具有改變作用力的方向和減少單根鋼絲繩載荷的作用。在石油鉆采設(shè)備行業(yè)應用廣泛。

2.主要改進內(nèi)容

（1）與研究院進行溝通，對原設(shè)計圖紙進行改進，對焊接滑輪組對接口進行優(yōu)化設(shè)計，將35mm輪盤與輪緣焊接坡口形式進行優(yōu)化設(shè)計，詳見圖2和圖3。可有效降低焊接施工難度，提高焊接質(zhì)量。

（2）仔細分析原有工藝存在的問題，對原有工藝方案進行整改，制定切實可行的焊接工藝方案，重新進行焊接工藝評定。新工藝方案重新設(shè)定了焊接電壓、電流和環(huán)境溫度等參數(shù)，對環(huán)形焊縫采用兩人對稱勻速焊接的方式，可以有效降低焊接過程中產(chǎn)生的變形量，又可以提高焊接速度。

（3）選定預熱溫度

由于Q345B、Q345D、35#、45#鋼中45#的可焊性最差，所以只對45#剛的碳當量進行計算。

（a）碳鋼及合金鋼常用的碳當量計算公式（國際焊接學會ⅡW推薦）如下：

碳當量CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15

CE（45#）=0.5+0.8/6+（0.25+ 0+0）/5+（0.25+0.25）/15=0.5+0.13+ 0.05+0.03=0.71

（b）碳鋼及低合金鋼預熱溫度公式（經(jīng)驗公式）如下：

預熱溫度T=CE×360

T（45#）=0.71*360℃=255℃

由于250℃左右時空氣中的氮氣（N2）容易滲透進焊縫，使焊縫產(chǎn)生脆性，且計算碳當量時均各參數(shù)均選取的最大數(shù)值，所以本次預熱溫度選取最小預熱溫度200℃，層間溫度200℃～220℃，加熱方式，工件組對好后通過電阻爐整體加熱至230℃出爐，出爐后即刻焊接，焊接過程通過紅外線測溫儀監(jiān)控溫度，若溫度低于要求，則通過焊炬加熱。

（4）重新選定焊接參數(shù)，見表1。

（5）對焊后熱處理工藝進行改進，將原焊后用保溫棉被進行保溫冷卻至室溫的工藝方法，更改為焊后熱處理600℃～650℃保溫3小時。能夠使焊縫中的H原子充分釋放出來，有效消除焊縫內(nèi)應力，防止發(fā)生冷裂紋。

圖1　焊接滑輪主視圖

圖2　改進前坡口形式

圖3　改進后坡口形式

（6）焊接滑輪施工期間，加強現(xiàn)場施工管理，加大工藝方案執(zhí)行力度，對焊接過程嚴格把控；加強技術(shù)培訓和技術(shù)交底工作，減少人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。比如對現(xiàn)場施工溫度、材料施工前的預處理、焊前預熱溫度、焊后保溫等內(nèi)容加大檢查力度，確保施工條件滿足工藝規(guī)程的要求。

（7）對焊接滑輪關(guān)鍵檢測點加強檢驗流程控制，并由專業(yè)檢驗人員出具檢驗合格報告。安排專業(yè)人員對焊接評定過程進行全程跟蹤，確保焊接評定按照方案要求進行施工。對焊接滑輪焊接過程制定關(guān)鍵檢測點報檢計劃，著重對以前出現(xiàn)探傷問題較多的關(guān)鍵位置加強探傷檢測，對發(fā)現(xiàn)的問題及時改正，并對探傷檢驗結(jié)果形成檢驗報告。

（8）通過焊接工藝改進后，焊縫成型良好，通過MT和UT探傷均無缺陷，焊縫機械性能表2。

表1　焊接參數(shù)選定（PQR）

表2　焊縫的機械性能試驗報告

圖4　磁粉（MT）/超聲波（UT）探傷檢驗

3.技術(shù)特點

（1）該技術(shù)方案從設(shè)計、工藝、焊接等方面改進具有較高可行性。

（2）新技術(shù)方案改進成本低，且不會增加額外的焊接工作量。

（3）改進方案采用雙面坡口形式和兩人對稱勻速焊接方式，可有效降低焊接難度，提高焊接施工效率。

（4）改進方案大大提高了一次檢驗合格率。

4.現(xiàn)場應用

通過PL19-9項目鉆機模塊配套天車、游車使用的焊接滑輪制造過程驗證，該批次工件全部26處部位未發(fā)現(xiàn)需要記錄的缺陷顯示，檢驗過程和樣品制備均符合相關(guān)程序要求，檢驗結(jié)果符合API Spec 8C-8.4和9.2.2中合格級別要求，探傷位置如圖4所示。焊接滑輪關(guān)鍵焊縫探傷檢驗由原來的75%提升到100%。大大提高了一次報驗合格率，完全達到預期效果和目標要求。

結(jié)語

通過PL19-9項目現(xiàn)場驗證，焊接滑輪通過設(shè)計、工藝、焊接等多方面改進后，有效控制了未焊透、夾渣、裂紋等狀況的發(fā)生，一次檢驗合格率提高到100%，減少了維修成本，節(jié)省了整改時間，具有較大的推廣應用價值。

［1］張秋吾，李新建.焊接天車和游車滑輪脫焊的修復［J］.石油機械，2000（2）：17-18.

［2］ CCS材料與焊接規(guī)范［S］.中國船級社，2012：3-1，3-8，3-27.

［3］胡順.焊接式滑輪加工工藝分析［J］.金屬加工，2010（22）：61-62.

［4］ AWSD1.1D1.1M-2010中文版美國鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范［S］.

［5］ API_8C_第5版2012（PSL1和PSL2）（中文），鉆井和采油提升設(shè)備規(guī)范［S］.

The drilling module of the land drilling rig and the offshore platform is used to the model welding pulley， But because of the design， process and welding and other causes of this type of welding pulley once qualified rate is low. In order to improve the model of welding pulley first pass rate， from the aspects of design， process and welding was improved. After the PL19-9 project site application shows that this type of welding pulley once qualified rate increased from 75% to 100%. The improved method greatly improves the types of welding pulley of a qualified rate. The technique has great popularization and application value.

welding pulley；once qualified rate；technological Improvement

TE922

A

中國石油渤海石油裝備制造有限公司2015年QC活動課題“焊接滑輪焊接工藝的改進”（BHZB2015-13）。