旋升式鉆機底座制造工藝優化及應用

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更加受到了市場的青睞。近幾年，某公司生產了多部旋升式鉆機，積累了一定的技術、制造經驗，同時也存在著產品施工周期長、加工難度大、制造成本高等系列問題，制造工藝優化工作還存在著較大的提升空間。旋升式鉆機作為公司的主力機型，通過鉆機底座鉚焊制造工藝、專用工裝進行優化改進，對進一步提升生產效率、降低制造成本具有重要意義。

1 底座制造存在的問題

旋升式鉆機作為公司主力機型和明星產品，近年來，完成了多部旋升式鉆機的制造工作，根據現場反饋的使用情況顯示，設備運行穩定、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和制造經驗，但是也存在著產品施工周期長、加工難度大、制造成本高等系列問題。技術人員結合生產現場情況認真研討和分析，認為導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，這種結構形式雖然能夠保證產品焊接質量，但是制造成本高，焊后矯正變形工作量較大；②旋升式鉆機底座中層片梁共計8 件，片梁為型鋼焊接框架結構，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，導致片梁整體轉運、加工周期長，另外還需要使用大型龍門數控鏜銑床加工，導致加工制造費用居高不下，在面對現今市場要求訂單生產周期短、利潤低的情況已不能滿足客戶需求；③旋升式鉆機底座底層左右前基座結構中有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，目前公司的加工機床加工范圍不能滿足該工件的加工，需采用適當的工藝以解決該問題。

2 底座制造工藝優化改進方案

針對以上問題，技術人員從設計源頭進行改進，通過優化鉆機底座生產工藝、設計專用工裝等方式，提高生產效率、降低制造成本，實現了旋升式鉆機底座的整體質量提升。

（1）從設計圖紙上優化焊接接頭的結構形式，優化底座焊接H 形型鋼制造工藝（圖1）。改進前：焊接H 形型鋼的腹板需要開7×45°雙邊坡口，單側焊縫需要通過坡口焊縫和外側角焊縫組合，來實現設計要求。改進后：焊接H 形型鋼的腹板不需開坡口，單側焊縫只需要焊腳高度為12 mm 的角焊縫即可，兩側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，改進后強度完全滿足設計要求。

圖1 改進前后的焊縫結構形式和工藝要求

焊接H 形型鋼制造工藝改進后具有以下好處：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，該項改進達到了降本、提質增效的目的。

（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，通過專用工裝的應用，既避免了片梁在大型龍門數控鏜銑床上的整體加工問題，又節省了施工時間，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，再通過適當的焊接工藝控制焊接變形，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 應用情況分析

通過優化鉆機底座焊接H 形型鋼鉚焊制造工藝、設計底座片梁專用工裝等措施，在2020 年、2021 年又生產了5 部旋升式鉆機，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，滿足技術標準要求。據統計，每套底座節約制造成本約30 萬元，節省施工周期約10 d，同時大大降低了制造難度，具有很好的推廣和應用價值。