游梁平衡式抽油機結構件特點及焊接工藝分析

孟曉磊

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機械制造分公司，黑龍江 大慶 124010）

為了切實有效地推動經濟發展，我國的油氣資源開展工作已經持續數年，且相應的技術和工藝處于持續進步的狀態當中。當前，我國的全部油井中，有至少90%為機械采油井，并且在機械采油井中，有80%左右的油井應用抽油機以及相應的設備，其采油量占據總油量的75%，所以仍有必要針對相關的技術和工藝進行優化。根據目前的情況來看，常規型游梁式采油技術為應用頻率最高、應用時間最長的一種抽油機，其中主要應用的游梁平衡式抽油機，其屬于四連桿機構，主要部件包括連桿、游梁、驢頭、底座、橫梁以及支架等各個部分，多數處于焊接狀態，且對焊接工藝進行合理應用，有利于促使抽油機的應用效果得到提升。

1 游梁平衡式抽油機應用現狀

工業是我國經濟發展的重要支柱之一，同時，油氣資源的開發也是我國經濟發展的重要基礎，隨著我國工業水平的不斷提升，對于油氣資源的需求量越來越大，也就需要不斷對相關的技術和設備進行優化。當前，在我國的油田開采抽油工作過程中已經逐漸對游梁平衡式抽油機進行越來越廣泛的應用。從總體上來看，游梁平衡式抽油機中的結構包括驢頭、游梁等多個部位，在開展抽油工作的過程中，借助電機的運行實現皮帶輪的持續運轉，再由變速箱運行帶動連桿，使驢頭進行移動，且驢頭需要與懸繩器進行連接，由此，在電動機運轉過程中，即能夠開始進行抽油工作，進行抽油的過程中，與驢頭進行連接的抽油桿可以垂直移動油井的抽油泵柱塞，以落實采油工作。游梁平衡式抽油機在開展工作的過程中，其原理和天平具有一定的相似性，所以在開展抽油工作的過程中，游梁自身的平衡性，能夠對采油工作的質量和效率產生重要影響，且相關設備也能夠在一定程度上受此影響，而游梁平衡式抽油機的結構件特點以及焊接工藝，均能夠對其中的平衡性產生影響，所以需要探究其中的結構件特點，并對其中所需的焊接工藝進行分析，以提升游梁平衡式抽油機的應用效果。

2 驢頭

2.1 結構特點

在游梁平衡式抽油機中，抽油桿懸繩部分主要需要由驢頭進行支撐，同時其也能起到提升荷載部件的作用，特別是其中的弧面部位，其變形幅度能夠對出抽油桿的運動特性以及穩定性產生重要影響。（1）驢頭整體上能夠呈現出扁箱型的結構，主要由兩個側板進行受力，于扁箱內部能夠呈現出混合骨架的形態；（2）驢頭的內部結構具有較高的復雜性，各個構件采用焊接的方式連接成為一個整體，使驢頭呈現出剛性較強的焊接結構特點，在此情況下，一旦驢頭上有微小的裂紋出現，即能夠快速向相鄰構件上進行蔓延，并導致局部甚至整體發生損壞，所以在開展驢頭焊接工作的過程中，應對“應力集中”的情況進行有效避免；（3）一般來說，構件焊接工作過程較為復雜，工作強度較大，一般采用內部焊接的形式，或是采用短縫的形式，不可大幅度應用高效焊接的模式，所以，除對長圓弧焊縫進行合理應用外，當前針對驢頭主要能夠運用的焊接方式為手工電弧焊。

2.2 焊接工藝

為了避免驢頭部位發生大幅度的變形情況，或是受到嚴重的應力影響，應對焊接方式進行正確選擇，并嚴格遵循正確的焊接順序，以保障驢頭部分的焊接質量良好，原因在于，保障焊接順序的正確性，可以降低結構發生變形的概率，也就可以降低由焊接所引起的殘余應力，同時，能夠提升應力分布的合理性。（1）保障經過焊接的弧板與相關標準相符合，以避免抽油機驢頭整體上出現變形情況，應首先于其內部進行加強板的焊接，之后進行護板和側板的焊接；（2）在開展焊接工作的過程中，用首先針對接焊縫進行焊接，再針對角焊縫進行焊接，且應遵循“立焊縫首先進行焊接、平焊縫之后進行焊接”的原則；（3）若焊縫的剛度較大，則應提升焊接速度，盡快完成焊接工作。

3 游梁

3.1 結構特點

游梁屬于一類十分經典的杠桿機構部件，其對于剛度和強度均提出了較高的要求，且剛度和強度能夠對抽油機整體的穩定性產生重要影響。（1）在大型的抽油機中，游梁主要呈現出箱型梁的結構形態，對于中型或是小型的抽油機，游梁則主要呈現為工字形量，且通常情況下，應針對游梁使用自動焊的形式進行焊接，其過程中能夠體現出生產效率較高的特點，但同時易導致游梁發生較大幅度的形變；（2）游梁的底板、頂板、側板存在結構上能夠呈現出“長窄”的特點，所以進行焊接時，易導致板面出現波浪形的形變，進而導致其中的強度、剛度以及穩定性均受到一定程度的影響；（3）在針對游梁的底板、頂板、側板開展焊接工作的過程中，必須對其中產生的傾斜量進行合理控制，以避免板面出現扭曲變形的情況，也就可以促使抽油機在運行過程中的性能得到進一步優化。

3.2 焊接工藝

為了盡量避免游梁中出現扭曲變形或是波浪變形的情況，在開展焊接工作的過程中，應對工裝夾具進行合理使用，以能夠為焊接質量提供保障。（1）借助胎衣夾具裝配法開展游梁的焊接工作，有利于提升整體上的裝配質量和效率。（2）為了切實有效地將游梁在焊接過程中發生的形變控制在公差允許的范圍內，針對有游梁的底板、頂板、側板，均應采用手工封底焊縫的形式，且在焊接過程中，需對電流的大小進行嚴格把控，盡可能于兩側同時開展焊接工作。（3）應首先針對箱體焊接其內部的筋板焊縫，之后對底板、頂板、側板的角焊縫進行焊接，與此同時，因為筋板不能直接與封箱板進行焊接，所以為了保障受力分布的均勻，應由底板起到封箱蓋板的作用。（4）底板、頂板、側板各自的角焊縫均應使用“埋弧自動焊雙機頭對稱焊接”的形式開展焊接工作，以盡可能避免焊接過程中發生形變，同時需要注意對焊接電流進行嚴格把控。（5）若焊縫剛度較大，在焊接過程中的作用，應盡可能保持焊縫的不間斷，并盡量提升焊接速度。

4 連桿

4.1 結構特點

在抽油機中，連桿屬于十分重要的一個運動部件，其具有結構簡單的特點，通常僅有管件以及上下兩個接頭進行焊接所組成。（1）長桿焊接件對于精度以及形位公差均提出了較高的要求，原因在于，其中的精度不僅能夠對抽油機的正常、穩定運行正常作用影響，還能夠對其內部各個部件之間的互換性產生影響。（2）連桿在整體上能夠呈現出結構單薄的特點，在進行運行時，必然能夠受到交變荷載的影響，所以在開展設計工作的過程中，不僅需要對其中的彎曲強度和拉伸強度進行充分考慮，還需要注重保障連桿具有良好的受壓穩定性。（3）因為連桿的尺寸相對于其他部件來說較長，所以在設備的局限性條件下，通常應該采用“先加工后焊接”的形式。

4.2 焊接工藝

因為連桿在抽油機中屬于較為薄弱的一個部件，所以對焊縫質量提出了較高要求。（1）應以定位裝配法為基礎，開展焊裝及焊接工作，以提升焊接過程中的質量和效率。（2）應采用直流焊機進行焊接，要求焊接過程不間斷，并盡量提高焊接速度，完成焊接工作后，還應根據相關要求保持溫度或進行加熱。（3）借助高頻震動儀或是相應的方式，將殘余應力消除。（4）對外觀進行檢查，并開展無損探傷活動。

5 橫梁

5.1 結構特點

橫梁結構通常能夠呈現出工字梁或是箱型梁的形態，對于精度以及形位公差均提出了較高的要求，對其進行應用的過程中，需要保障橫梁平面能夠與連桿的銷孔完全處于同一水平上，同時做軸度精度也完全相同，且一般來說，應使用“先焊接后加工”的形式。

5.2 焊接工藝

為了盡量避免橫梁出現扭曲變形的情況，應借助工裝夾具維持裝焊質量。（1）在進行橫梁成型焊的過程中，針對焊縫應注意對焊接電流進行嚴格把控，盡可能于兩側同時開展焊接工作。（2）采用定位裝配法針對橫梁以及連桿銷套之間進行焊接。（3）采用焊接后保溫或是加熱的形式將殘余應力消除。

6 底座

6.1 結構特點

在游梁平衡式抽油機中，底座屬于重要的支撐部件，其對剛度以及強度均提出了較高的要求，目的則在于針對機構整體起到保障穩定性的作用。（1）使用工字梁對框架結構進行組焊，并作為底座底部，底座上部能夠呈現出箱體結構，主要對減速器進行支撐，且一般需要借助手工電弧焊的形式進行焊接，但是生產效率相對較低，且出現形變情況的可能性較大。（2）底座底部能夠呈現出“長且窄”的尺寸特點，所以在進行焊接的過程中，發生扭曲變形的可能性比較大，也就能夠對整機裝配產生一定的不良影響。（3）需要對底座上部以及底部之間的焊接進行平行度控制，以避免后續的加工工作以及安裝工作的精密度受到影響。

6.2 焊接工藝

（1）對底座進行轉換的過程中，應主要借助胎夾具裝配法，以促使裝配工作的質量和效率均能夠得到提升。（2）為了盡量避免扭曲變形情況出現，應首先對橫筋和主梁之間的焊縫進行焊接，之后再針對內置的加強板進行焊接，需要注意的是，應該選擇中心部分開始，并逐漸向外部延展，以實現對稱的焊接。（3）在進行焊接的過程中，首先針對接焊縫的位置進行焊接，之后再對角焊縫的位置進行焊接，且應該首先焊接立焊縫，再焊接平焊縫。（4）若焊縫的剛度較大，應提升焊接效率，以盡快完成焊接工作。

7 支架

7.1 結構特點

在游梁平衡式抽油機中，支架屬于衍架式的一個支撐，其對于剛度和強度均提出了相應的要求，并以此為基礎維持機構整體的穩定程度。（1）支架可以被劃分成為“前架”或“后架”兩個部分，二者均由工字梁進行組焊形成，在進行焊接的過程中，主要需要通過手工電弧焊的形式，整體上能夠呈現出生產效率低的特點，且發生形變的可能性較大。（2）衍架式結構中存在部件交錯的特點，在開展焊接工作的過程中，出現扭曲變形的可能性更大，且一旦出現扭曲變形情況，必然導致整機裝配效果以及運行效果受到嚴重影響。（3）在開展平臺裝焊工作的過程中，需要借助支架對平衡度精度進行合理控制，以避免抽油機的安裝效果受到影響。

7.2 焊接工藝

針對支架進行焊接，其中所需應用的焊接工藝與底座焊接工藝基本相同。

8 整體組對方法對焊接工藝的影響

在開展行業工作的過程中，對整體組隊方法進行應用，其中的裝焊工藝主要為“配對倒裝法”，其中需要保障游梁與驢頭進行配對，由此，在抽油機中，各部件均能夠通過焊接工藝的靈活應用，來滿足各項技術要求，也就能夠大幅度降低對設備的依賴。但是，其中也存在較為顯著的缺點，就是驢頭、游梁之間不具有互換性。

9 結語

根據上文，對于游梁平衡式抽油機來說，其中的主要焊接件包括支架、底座、橫梁、游梁以及驢頭等多個部分，雖然其各自具有顯著的結構特點和專門的焊接工藝，可以為企業開展制造工作提供重要參考，但是，實際上，各企業中的工作人員專業技能水平以及設備實際情況均存在一定的差異性，所以還需根據其自身的實際情況選擇與自身條件最相符的加工模式和焊接工藝。