CN110905907A - 一种适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴及其焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴及其焊接方法，施工简单方便，大大降低曲轴的制造成本，该焊接曲轴包括曲轴主轴、依次设置在曲轴主轴上的第一偏心块、第二偏心块、第一圆环、第三偏心块、第二圆环、第四偏心块和第五偏心块，曲轴主轴的两端分别设置有第一工艺盘和第二工艺盘，偏心块和圆环上均开设有坡口，第一圆环分别距离第二偏心块和第三偏心块的最小距离为101.6mm，第二圆环分别距离第三偏心块和第四偏心块的最小距离为101.6mm，第一偏心块、第二偏心块、第一圆环、第三偏心块、第二圆环、第四偏心块和第五偏心块分别于曲轴主轴的轴线垂直度小于1.5mm。

Description

一种适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴及其焊接方法

技术领域

本发明涉及石油行业钻井工程领域，具体而言，涉及一种适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴及其焊接方法。

背景技术

泥浆泵是钻井生产中极其重要且不可缺少的钻井设备，但是在现有技术中钻井泥浆泵曲轴轴承承受重载，运转速度很高(145转/分钟)，工作环境比较恶劣，世界各大泥浆泵厂基本都选用整体锻造或整体铸造的方式制作曲轴。由于铸造缺陷难以控制，在功率超过1000马力的泥浆泵上基本被淘汰。主流的作法是将曲轴分成两半进行锻造，再分别进行机械加工，然后将两半热套在一起。这种锻造热套的方法主要有以下三个缺点：1、由于偏心块的存在，锻造难度大，锻造余量很大，机械加工周期长，锻造与机加工的成本很高。2、曲轴传递的扭矩很大，热套位置很容易失效，导致曲轴过早失效，给油田用户带来极大损失。3、曲轴两半热套时，很难保证两半的同轴度，导致曲轴中心线与主动轴中心线不平行，曲轴、曲轴轴承、齿轮、主动轴、主动轴轴承受力不好，出现接触率差，偏载现象严重，使用寿命大大缩短。同时给轴端密封带来极大的挑战，易出现漏油现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴及其焊接方法，其能够解决上述技术问题，并且施工简单方便，大大降低曲轴的制造成本。

本发明的实施例是这样实现的：

一种适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴，该焊接曲轴包括曲轴主轴、依次设置在曲轴主轴上的第一偏心块、第二偏心块、第一圆环、第三偏心块、第二圆环、第四偏心块和第五偏心块，曲轴主轴的两端分别设置有第一工艺盘和第二工艺盘，第一偏心块、第二偏心块、第一圆环、第三偏心块、第二圆环、第四偏心块和第五偏心块上均开设有坡口，第一圆环分别距离第二偏心块和第三偏心块的最小距离为101.6mm，第二圆环分别距离第三偏心块和第四偏心块的最小距离为101.6mm，第一偏心块、第二偏心块、第一圆环、第三偏心块、第二圆环、第四偏心块和第五偏心块分别于曲轴主轴的轴线垂直度小于1.5mm。

一种适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴的焊接方法，其焊接方法包括如下步骤：

S1：采用第一工装将曲轴主轴立式放置，将焊接位置处于平焊位置；

S2：确定焊接顺序，焊接顺序为：第一偏心块、第一圆环、第二偏心块、第三偏心块、第二圆环、第四偏心块和第五偏心块；

S3：焊接预热，对定位焊接位置进行预热，预热温度为232℃～343℃；

S4:定位焊接，采用第二工装组合偏心块和圆环并定位焊接，每次按照焊接顺序组合一件偏心块或圆环，焊接完成后，再组合下一件；

S5：焊接，按照焊接工艺参数和焊接技巧施焊，整个焊接过程中，最小预热温度为232℃，最大层间温度为343℃；

S6：去应力退火处理，曲轴焊接完成后进行整体去应力退火处理。

在本发明的较佳实施例中，上述焊接使用药芯焊丝熔化极气体保护焊，焊接根部的焊丝直径为1.2mm，焊接填充和盖面的焊丝直径为1.6mm。

在本发明的较佳实施例中，上述焊接方法包括直道焊或者摆动焊，摆动焊接的最大波动为19mm。

在本发明的较佳实施例中，上述S5还包括如下步骤：S51：采用根部焊接参数焊接前三道，然后使用填充和盖面焊接参数焊接一侧焊缝深度的50％。

在本发明的较佳实施例中，上述S5还包括如下步骤：S52：将曲轴翻面焊接另一侧，将焊接的根部焊道使用碳弧气刨进行清根，清根后使用钢丝刷打磨焊缝所有区域，然后将清根侧焊缝100％焊接完成。

在本发明的较佳实施例中，上述S5还包括如下步骤：S53：在S52完成后再次将曲轴翻面，将S51焊了50％的焊缝全部焊完。

在本发明的较佳实施例中，上述S5还包括如下步骤：S54：S53完成后，对焊接完成的偏心块或圆环按NB/T47013.3Ⅱ级探伤，合格后按给定的焊接顺序进行下一块偏心块或圆环的焊接。

在本发明的较佳实施例中，上述应力退火处理的保温温度不得低于552℃，且不得高于曲轴主轴的回火温度。

本发明实施例的有益效果是：本发明摒除现有技术中的锻造热套方式，采用整体焊接曲轴使施工简单方便，大大降低了曲轴的制造成本，本发明中的焊接曲轴，其第一偏心块、第二偏心块、第一圆环、第三偏心块、第二圆环、第四偏心块和第五偏心块上均开设有坡口，用于保证曲轴全焊透；并且在焊接手法上，先用根部焊接参数焊接前三道，然后再用填充和盖面焊接参数焊接该侧焊缝深度至50％，避免偏心块或圆环扭曲变形；然后将曲轴翻面，使用碳弧气刨进行清根并使用钢丝刷打磨，以确保另一侧100％焊透；然后再将曲轴翻面，将之前焊了一半的焊缝全部焊完，然后经过探伤合格后进入下一工序，整个焊接完成后还进行去应力退火，过程流畅容易操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的曲轴主轴结构示意图1；

图2为本发明实施例的偏心块结构示意图；

图3为本发明实施例的圆环结构示意图；

图4为本发明实施例的焊接曲轴结构示意图2；

图5为本发明实施例的热处理曲线图；

图6为本发明实施例的S51焊接示意图；

图7为本发明实施例的S52焊接示意图；

图8为本发明实施例的S53焊接示意图。

图标：100-曲轴主轴；110-第一偏心块；120-第二偏心块；130-第一圆环；140-第三偏心块；150-第二圆环；160-第四偏心块；170-第五偏心块；180-第一工艺盘；190-第二工艺盘；001-坡口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参见图1-4，本实施例提供一种适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴，该焊接曲轴包括曲轴主轴100、依次设置在曲轴主轴100上的第一偏心块110、第二偏心块120、第一圆环130、第三偏心块140、第二圆环150、第四偏心块160和第五偏心块170，曲轴主轴100的两端分别设置有第一工艺盘180和第二工艺盘190，第一偏心块110、第二偏心块120、第一圆环130、第三偏心块140、第二圆环150、第四偏心块160和第五偏心块170上均开设有坡口001，第一圆环130分别距离第二偏心块120和第三偏心块140的最小距离为101.6mm，第二圆环150分别距离第三偏心块140和第四偏心块160的最小距离为101.6mm，第一偏心块110、第二偏心块120、第一圆环130、第三偏心块140、第二圆环150、第四偏心块160和第五偏心块170分别于曲轴主轴100的轴线垂直度小于1.5mm。

在本实施例中，焊接曲轴由曲轴主轴100、偏心块、圆环组成。曲轴主轴100采用30CrMo材料锻造，经粗车后调质处理，调质后表面硬度HB245～HB280，为便于后续的机加工，曲轴主轴100左右两端各留一个φ457mm×64mm的工艺盘，请参见图1。为保证全焊透，偏心块和圆环均开有坡口001，请参见图2-3，焊接式曲轴结构简图请参见图4。

在现有技术中，焊接曲轴的焊接难点在于以下几点：

1、单边焊接厚度63.5mm，要求全焊透，并要求按NB/T47013.3Ⅱ级探伤合格。

2、偏心块、圆环之间的最小距离为101.6mm，焊接空间狭窄。

3、焊后偏心块、圆环与曲轴主轴100轴线的垂直度不超过1.5mm。

4、30CrMo调质钢与Q235B材质焊接。

基于此，本实施例提供一种适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴的焊接方法，其焊接方法包括如下步骤：

S1：采用第一工装将曲轴主轴100立式放置，将焊接位置处于平焊位置；在本实施例中的第一工装将曲轴主轴100竖直放置即可，第一工装的结构多样在此不再赘述；

S2：确定焊接顺序，焊接顺序为：第一偏心块110、第一圆环130、第二偏心块120、第三偏心块140、第二圆环150、第四偏心块160和第五偏心块170；

S3：焊接预热，对定位焊接位置进行预热，预热温度为232℃～343℃，确保定位焊不会造成任何硬化裂纹；

S4：定位焊接，采用第二工装组合偏心块和圆环并定位焊接，每次按照焊接顺序组合一件偏心块或圆环，焊接完成后，再组合下一件；在本实施例中的第二工装将偏心块和圆环能够组合定位即可，其结构多样，再此不再赘述；

S5：焊接，按照焊接工艺参数和焊接技巧施焊，在本实施例中，整个焊接过程中，最小预热温度为232℃，最大层间温度为343℃，预热和层间温度应保持在232℃-343℃之间；

S6：去应力退火处理，曲轴焊接完成后进行整体去应力退火处理。

更为具体的，在本实施例中的焊接使用药芯焊丝熔化极气体保护焊，焊接根部的焊丝直径为1.2mm，焊接填充和盖面的焊丝直径为1.6mm。在本实施例中的焊接参数如下：①焊接方法：药芯焊丝熔化极气体保护焊，简称FCAW；②主要参数，请参见表格1：

表格1

③曲轴焊后整体去应力退火处理，热处理曲线，请参见图5：

更为具体的，在本实施例中的焊接方法包括直道焊或者摆动焊，摆动焊接的最大波动为19mm。

更为具体的，请参见图6，在本实施例中的S5还包括如下步骤：S51：采用根部焊接参数焊接前三道，然后使用填充和盖面焊接参数焊接该侧焊缝深度的50％。

更为具体的，请参见图7，在本实施例中的S5还包括如下步骤：S52：将曲轴翻面焊接另一侧，将焊接的根部焊道使用碳弧气刨进行清根，清根后使用钢丝刷打磨焊缝所有区域，然后将清根侧焊缝100％焊接完成。

在本实施例中将曲轴翻面焊接另一侧。根部焊道需要使用碳弧气刨进行清根，以确保100％焊透。清根后使用4＂或者更大的钢丝刷打磨焊缝所有区域，然后将清根侧焊缝100％焊接完成。

更为具体的，请参见图8，在本实施例中的S5还包括如下步骤：S53：在S52完成后再次将曲轴翻面，将S51焊了50％的焊缝全部焊完。

更为具体的，在本实施例中的S5还包括如下步骤：S54：S53完成后，对焊接完成的偏心块或圆环按NB/T47013.3Ⅱ级探伤，合格后按给定的焊接顺序进行下一块偏心块或圆环的焊接。

更为具体的，在本实施例中的应力退火处理的保温温度不得低于552℃，且不得高于曲轴主轴100的回火温度。

综上所述，本实施例摒除现有技术中的锻造热套方式，采用整体焊接曲轴使施工简单方便，大大降低了曲轴的制造成本，本发明中的焊接曲轴，其第一偏心块110、第二偏心块120、第一圆环130、第三偏心块140、第二圆环150、第四偏心块160和第五偏心块170上均开设有坡口001，用于保证曲轴全焊透；并且在焊接手法上，先用填充和盖面焊接参数焊接一侧焊缝深度至50％，避免偏心块或圆环扭曲变形；然后将曲轴翻面，使用碳弧气刨进行清根并使用钢丝刷打磨，以确保另一侧100％焊透；然后再将曲轴翻面，将之前焊了一半的焊缝全部焊完，然后经过探伤合格后进入下一工序，整个焊接完成后还进行去应力退火，过程流畅容易操作。

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。应理解，说明书中的实施例可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。公开的具体结构和功能细节不应当作限定解释，仅仅是教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本发明的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴，其特征在于，所述焊接曲轴包括曲轴主轴、依次设置在所述曲轴主轴上的第一偏心块、第二偏心块、第一圆环、第三偏心块、第二圆环、第四偏心块和第五偏心块，所述曲轴主轴的两端分别设置有第一工艺盘和第二工艺盘，所述第一偏心块、所述第二偏心块、所述第一圆环、所述第三偏心块、所述第二圆环、所述第四偏心块和所述第五偏心块上均开设有坡口，所述第一圆环分别距离所述第二偏心块和所述第三偏心块的最小距离为101.6mm，所述第二圆环分别距离所述第三偏心块和所述第四偏心块的最小距离为101.6mm，所述第一偏心块、所述第二偏心块、所述第一圆环、所述第三偏心块、所述第二圆环、所述第四偏心块和所述第五偏心块分别于所述曲轴主轴的轴线垂直度小于1.5mm。

2.一种适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括如下步骤：

S1：采用第一工装将曲轴主轴立式放置，将焊接位置处于平焊位置；

S2：确定焊接顺序，所述焊接顺序为：第一偏心块、第一圆环、第二偏心块、第三偏心块、第二圆环、第四偏心块和第五偏心块；

S3：焊接预热，对定位焊接位置进行预热，预热温度为232℃～343℃；

S4：定位焊接，采用第二工装组合偏心块和圆环并定位焊接，每次按照焊接顺序组合一件偏心块或圆环，焊接完成后，再组合下一件；

S5：焊接，按照焊接工艺参数和焊接技巧施焊，整个焊接过程中，最小预热温度为232℃，最大层间温度为343℃；

S6：去应力退火处理，曲轴焊接完成后进行整体去应力退火处理。

3.根据权利要求2所述的适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴的焊接方法，其特征在于，焊接使用药芯焊丝熔化极气体保护焊，焊接根部的焊丝直径为1.2mm，焊接填充和盖面的焊丝直径为1.6mm。

4.根据权利要求2所述的适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴的焊接方法，其特征在于，焊接方法包括直道焊或者摆动焊，所述摆动焊接的最大波动为19mm。

5.根据权利要求2所述的适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴的焊接方法，其特征在于，所述S5还包括如下步骤：S51：采用根部焊接参数焊接前三道，然后使用填充和盖面焊接参数焊接一侧焊缝深度的50％。

6.根据权利要求5所述的适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴的焊接方法，其特征在于，所述S5还包括如下步骤：S52：将曲轴翻面焊接另一侧，将焊接的根部焊道使用碳弧气刨进行清根，清根后使用钢丝刷打磨焊缝所有区域，然后将清根侧焊缝100％焊接完成。

7.根据权利要求6所述的适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴的焊接方法，其特征在于，所述S5还包括如下步骤：S53：在S52完成后再次将曲轴翻面，将S5焊了50％的焊缝全部焊完。

8.根据权利要求7所述的适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴的焊接方法，其特征在于，所述S5还包括如下步骤：S54：S53完成后，对焊接完成的偏心块或圆环按NB/T47013.3Ⅱ级探伤，合格后按给定的焊接顺序进行下一块偏心块或圆环的焊接。

9.根据权利要求2所述的适用于五缸钻井泥浆泵的焊接曲轴的焊接方法，其特征在于，所述应力退火处理的保温温度不得低于552℃，且不得高于曲轴主轴的回火温度。

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