CN112196479A - 一种单臂吊环及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单臂吊环及其生产工艺，其技术方案要点是：包括用于与井架大钩相连接的大环和与吊卡相连接的小环，所述小环和所述大环之间具有与所述小环以及所述大环一体成型的中间直杆，所述小环和所述大环上分别具有腰形的穿槽，所述小环相对水平面具有弯度；本单臂吊环相对传统吊环而言，本吊环采用了中间直杆两端加大环和小环的设计，外观简洁明了；本单臂吊环使用时，大环可以与井架大钩相连接，根据井架大钩形状，将大环内设计腰形的穿槽，方便与大钩连接；小环与吊卡相连接，为了更好的贴合吊卡的吊臂，小环设计了一个弯度，使吊环的受力更加均匀合理。
Description
技术领域
本发明涉及吊环领域，特别涉及一种单臂吊环及其生产工艺。
背景技术
DH系列单臂吊环，是石油天然气和地质钻探部门在钻采作业中用于悬持吊卡起升或下降的重要工具。
DH系列单臂吊环选材精良，采用整体锻造成型和特殊的表面强化处理工艺精心制造。并经严格的强度试验和无损检测，具有良好结构特征和耐磨性能。吊环额定载荷有150t(1350kN)、200t(1780kN)、250t(2250kN)、350t(3115kN)、500t(4450kN)。吊环的各项技术参数与性能均符合API Spec 8C的规范要求。
DH系列吊环为单臂吊环，每两根吊环组成独立的提升系统，吊环的大环悬挂在大钩付钩上，吊环的小环用于悬持吊卡。
现有的单臂吊环存在着一些缺点，如：吊环在使用时受力不合理，不均匀，容易发生应力集中现象，并且不方便与井架大钩和吊卡相连接；此外，现有的单臂吊环生产工艺存在着一些缺点，如：加工制造不便，强度受限，内部晶粒常常容易粗大，容易导致应力集中现象。
发明内容
针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种单臂吊环及其生产工艺，以解决背景技术中提到的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种单臂吊环，包括用于与井架大钩相连接的大环和与吊卡相连接的小环，所述小环和所述大环之间具有与所述小环以及所述大环一体成型的中间直杆，所述小环和所述大环上分别具有腰形的穿槽，所述小环相对水平面具有弯度。
较佳的，所述小环的弯折初始线位于腰形的所述穿槽中心处，所述小环与水平面的倾角为40-60°。
本发明还提供了一种单臂吊环的生产工艺，具体包括以下步骤：
S1、选材：制造高级优质合金钢20SiMn2MoVE；
S2、锻造：对所述S1的钢材进行锻造，控制锻造比不小于3：1，锻造时保证整个构件上有锻造纹理，锻造采用模锻加自由锻的形式，其中所述大环和所述小环采用模锻以保证形状和尺寸，所述中间直杆采用自由锻；
S3、机加工：将所述大环和所述小环采用加工中心进行机加工，所述中间直杆采用数控机床加工；
S4、调质处理：采用正火-高温回火-淬火-回火的热处理工艺进行调制处理。
较佳的，所述S4调质处理后形位公差要求有：所述中间直杆的直线度≤2mm；所述大环和所述小环与所述中间直杆的对称度≤2mm。
较佳的，所述S4调质处理后进行S5校验，所述S5校验包括：吊环锻件按GB/T12361-2016 I级标准验收；磁粉无损检测按API 8C标准验收；锻件超声波检测应按ASTM A388进行；尺寸、形位检验用专用检具，并用红外线辅助进行。
较佳的，所述S1中的高级优质合金钢20SiMn2MoVE在熔炼时依次经过转炉冶炼、钢包精炼、脱气、去磷、去硫处理工艺。
较佳的，所述S4调质处理中，正火将钢件加热至Acm以上25-28℃并保温处理2-3h，高温回火时将钢件置于580-590℃的温度内进行高温回火2-3h，淬火时选取0-5℃的水为淬火液，回火时将钢件置于575-580℃的炉膛内保温处理3-4h。
较佳的，所述S4生产得到的单臂吊环在出厂前均进行探伤检查，以3个月为一个周期对单臂吊环进行全面的探伤检查，控制其高应力区应符合JB4730规定的2级要求，其它区域满足3级要求，如出现裂纹则严禁使用，不得维修，同时将检验结果进行记录并保存。
较佳的，所述S1选材时选用的高级优质合金钢20SiMn2MoVE中的C为0.17％-0.23％、Si为0.90％-1.20％、Mn为2.20％-2.60％、P≤0.020％、S≤0.010％、V为0.05％-0.12％、Mo为0.30％-0.40％、Cu≤0.25％、Cr≤0.30％、Ni≤0.30％。
综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
一、本单臂吊环相对传统吊环而言，本吊环采用了中间直杆两端加大环和小环的设计，外观简洁明了；
二、本单臂吊环使用时，大环可以与井架大钩相连接，根据井架大钩形状，将大环内设计腰形的穿槽，方便与大钩连接；小环与吊卡相连接，为了更好的贴合吊卡的吊臂，小环设计了一个弯度，使吊环的受力更加均匀合理；
三、本单臂吊环选用高强度优质合金结构钢，同时将大环和小环采用先进的加工中心加工，中间部分采用数控车床加工，能够做到合理的加工适配，产品热处理采用自主研发的热处理工艺，热处理工艺为：正火--高温回火--淬火--回火，经过两处回火处理，一次高温回火，使钢的组织结构分布更均匀，晶体晶粒更细化；一次低温回火，获得较高的硬度，而综合机械性能更加理想。
附图说明
图1是单臂吊环的结构示意图之一；
图2是单臂吊环的结构示意图之二。
附图标记：1、大环；2、小环；3、中间直杆；4、穿槽。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
参考图1和图2，一种单臂吊环，包括用于与井架大钩相连接的大环1和与吊卡相连接的小环2，小环2和大环1之间具有与小环2以及大环1一体成型的中间直杆3，小环2和大环1上分别具有腰形的穿槽4，其中小环2相对水平面具有弯度，且小环2的弯折初始线位于腰形的穿槽4中心处，小环2与水平面的倾角为40°。
参考图1和图2，本单臂吊环相对传统吊环而言，本吊环采用了中间直杆3两端加大环1和小环2的设计，外观简洁明了；本单臂吊环使用时，大环1可以与井架大钩相连接，根据井架大钩形状，将大环1内设计腰形的穿槽4，方便与大钩连接；小环2与吊卡相连接，为了更好的贴合吊卡的吊臂，小环2设计了一个弯度，使吊环的受力更加均匀合理。
实施例2
参考图1和图2，与实施例1的不同之处在于，小环2相对水平面具有弯度，且小环2的弯折初始线位于腰形的穿槽4中心处，小环2与水平面的倾角为60°，经过受力分析可知此时单臂吊环的受力最为平衡。
实施例3
与实施例1的不同之处在于：本发明还提供了一种单臂吊环的生产工艺，具体包括以下步骤：
S1、选材：制造高级优质合金钢20SiMn2MoVE；
S2、锻造：对S1的钢材进行锻造，控制锻造比不小于3：1，锻造时保证整个构件上有锻造纹理，锻造采用模锻加自由锻的形式，其中大环1和小环2采用模锻以保证形状和尺寸，中间直杆3采用自由锻；
S3、机加工：将大环1和小环2采用加工中心进行机加工，中间直杆3采用数控机床加工；
S4、调质处理：采用正火-高温回火-淬火-回火的热处理工艺进行调制处理。
其中，S4调质处理后形位公差要求有：中间直杆3的直线度≤2mm；大环1和小环2与中间直杆3的对称度≤2mm。
其中，S4调质处理后进行S5校验，S5校验包括：吊环锻件按GB/T12361-2016 I级标准验收；磁粉无损检测按API 8C标准验收；锻件超声波检测应按ASTM A388进行；尺寸、形位检验用专用检具，并用红外线辅助进行。
其中，S1中的高级优质合金钢20SiMn2MoVE在熔炼时依次经过转炉冶炼、钢包精炼、脱气、去磷、去硫处理工艺。
其中，S4调质处理中，正火将钢件加热至Acm以上25℃并保温处理2h，高温回火时将钢件置于580℃的温度内进行高温回火2h，淬火时选取0℃的水为淬火液，回火时将钢件置于575℃的炉膛内保温处理3h。
其中，S4生产得到的单臂吊环在出厂前均进行探伤检查，以3个月为一个周期对单臂吊环进行全面的探伤检查，控制其高应力区应符合JB4730规定的2级要求，其它区域满足3级要求，如出现裂纹则严禁使用，不得维修，同时将检验结果进行记录并保存。
其中，S1选材时选用的高级优质合金钢20SiMn2MoVE中的C为0.17％-0.23％、Si为0.90％-1.20％、Mn为2.20％-2.60％、P≤0.020％、S≤0.010％、V为0.05％-0.12％、Mo为0.30％-0.40％、Cu≤0.25％、Cr≤0.30％、Ni≤0.30％。
分析可知:本单臂吊环选用高强度优质合金结构钢，同时将大环1和小环2采用先进的加工中心加工，中间部分采用数控车床加工，能够做到合理的加工适配，产品热处理采用自主研发的热处理工艺，热处理工艺为：正火--高温回火--淬火--回火，经过两处回火处理，一次高温回火，使钢的组织结构分布更均匀，晶体晶粒更细化；一次低温回火，获得较高的硬度，而综合机械性能更加理想。
实施例4
与实施例3的不同之处在于：本发明还提供了一种单臂吊环的生产工艺，具体包括以下步骤：
S1、选材：制造高级优质合金钢20SiMn2MoVE；
S2、锻造：对S1的钢材进行锻造，控制锻造比为4：1，锻造时保证整个构件上有锻造纹理，锻造采用模锻加自由锻的形式，其中大环1和小环2采用模锻以保证形状和尺寸，中间直杆3采用自由锻；
S3、机加工：将大环1和小环2采用加工中心进行机加工，中间直杆3采用数控机床加工；
S4、调质处理：采用正火-高温回火-淬火-回火的热处理工艺进行调制处理。
其中，S4调质处理后形位公差要求有：中间直杆3的直线度≤2mm；大环1和小环2与中间直杆3的对称度≤2mm。
其中，S4调质处理后进行S5校验，S5校验包括：吊环锻件按GB/T12361-2016 I级标准验收；磁粉无损检测按API 8C标准验收；锻件超声波检测应按ASTM A388进行；尺寸、形位检验用专用检具，并用红外线辅助进行。
其中，S1中的高级优质合金钢20SiMn2MoVE在熔炼时依次经过转炉冶炼、钢包精炼、脱气、去磷、去硫处理工艺。
其中，S4调质处理中，正火将钢件加热至Acm以上28℃并保温处理3h，高温回火时将钢件置于590℃的温度内进行高温回火3h，淬火时选取5℃的水为淬火液，回火时将钢件置于580℃的炉膛内保温处理4h。
其中，S4生产得到的单臂吊环在出厂前均进行探伤检查，以3个月为一个周期对单臂吊环进行全面的探伤检查，控制其高应力区应符合JB4730规定的2级要求，其它区域满足3级要求，如出现裂纹则严禁使用，不得维修，同时将检验结果进行记录并保存。
其中，S1选材时选用的高级优质合金钢20SiMn2MoVE中的C为0.17％-0.23％、Si为0.90％-1.20％、Mn为2.20％-2.60％、P≤0.020％、S≤0.010％、V为0.05％-0.12％、Mo为0.30％-0.40％、Cu≤0.25％、Cr≤0.30％、Ni≤0.30％。
实施例5
本发明还提供了一种单臂吊环的使用方法，具体包括如下步骤：
步骤一：单臂吊环使用前，操作者应负责确定吊环的提升作业安全工作载荷，单臂吊环的提升作业安全工作载荷取额定载荷的0.8倍。
步骤二：单臂吊环使用前，操作者应确认使用的单臂吊环的额定载荷与大钩和吊卡的额定载荷相匹配；
步骤三：单臂吊环使用前应检查所配对的单臂吊环吊环是否有效的固定在一起，两单臂吊环吊环的配对号码是否一致；
步骤四：单臂吊环使用时，将配对的单臂吊环吊环拆开，将单臂吊环的大环1套在大钩付钩上，将单臂吊环的小环2套入吊卡两侧的耳孔内，最后插入安全销，以防单臂吊环脱出，安装单臂吊环时应将单臂吊环中的小环2弯曲部分朝内；
其中单臂吊环在出厂前均进行探伤检查，以3个月为一个周期对单臂吊环进行全面的探伤检查，控制其高应力区应符合JB4730规定的2级要求，其它区域满足3级要求，如出现裂纹则严禁使用，不得维修，同时将检验结果进行记录并保存。
其中单臂吊环在起吊作业中应垂直起吊。
其中严禁超出额定载荷(动载荷和静载荷的总和)作业。
其中当单臂吊环如出现承载面过度磨损(单臂吊环上、下环顶端磨损量≥3mm)，应严禁使用。
其中单臂吊环材料经-20℃试验，性能满足规定要求，因此，如气温低于–20℃时，吊环应停止使用。
对目前最常见的单臂吊环、实施例1和实施例2得到的单臂吊环进行实验；实验内容与结果如下：
其中以最常见的单臂吊环作为参考，得到表1。
表1
综上分析可知，实施例2的实验结果比其他实施例皆优，为最佳实施例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种单臂吊环，其特征在于：包括用于与井架大钩相连接的大环(1)和与吊卡相连接的小环(2)，所述小环(2)和所述大环(1)之间具有与所述小环(2)以及所述大环(1)一体成型的中间直杆(3)，所述小环(2)和所述大环(1)上分别具有腰形的穿槽(4)，所述小环(2)相对水平面具有弯度。
2.根据权利要求1所述的一种单臂吊环，其特征在于：所述小环(2)的弯折初始线位于腰形的所述穿槽(4)中心处，所述小环(2)与水平面的倾角为40-60°。
3.一种单臂吊环的生产工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、选材：制造高级优质合金钢20SiMn2MoVE；
S2、锻造：对所述S1的钢材进行锻造，控制锻造比不小于3：1，锻造时保证整个构件上有锻造纹理，锻造采用模锻加自由锻的形式，其中所述大环(1)和所述小环(2)采用模锻以保证形状和尺寸，所述中间直杆(3)采用自由锻；
S3、机加工：将所述大环(1)和所述小环(2)采用加工中心进行机加工，所述中间直杆(3)采用数控机床加工；
S4、调质处理：采用正火-高温回火-淬火-回火的热处理工艺进行调制处理。
4.根据权利要求1所述的一种单臂吊环的生产工艺，其特征在于：所述S4调质处理后形位公差要求有：所述中间直杆(3)的直线度≤2mm；所述大环(1)和所述小环(2)与所述中间直杆(3)的对称度≤2mm。
5.根据权利要求1所述的一种单臂吊环的生产工艺，其特征在于：所述S4调质处理后进行S5校验，所述S5校验包括：吊环锻件按GB/T12361-2016 I级标准验收；磁粉无损检测按API 8C标准验收；锻件超声波检测应按ASTM A388进行；尺寸、形位检验用专用检具，并用红外线辅助进行。
6.根据权利要求1所述的一种单臂吊环的生产工艺，其特征在于：所述S1中的高级优质合金钢20SiMn2MoVE在熔炼时依次经过转炉冶炼、钢包精炼、脱气、去磷、去硫处理工艺。
7.根据权利要求1所述的一种单臂吊环的生产工艺，其特征在于：所述S4调质处理中，正火将钢件加热至Acm以上25-28℃并保温处理2-3h，高温回火时将钢件置于580-590℃的温度内进行高温回火2-3h，淬火时选取0-5℃的水为淬火液，回火时将钢件置于575-580℃的炉膛内保温处理3-4h。
8.根据权利要求1所述的一种单臂吊环的生产工艺，其特征在于：所述S4生产得到的单臂吊环在出厂前均进行探伤检查，以3个月为一个周期对单臂吊环进行全面的探伤检查，控制其高应力区应符合JB4730规定的2级要求，其它区域满足3级要求，如出现裂纹则严禁使用，不得维修，同时将检验结果进行记录并保存。
9.根据权利要求1所述的一种单臂吊环的生产工艺，其特征在于：所述S1选材时选用的高级优质合金钢20SiMn2MoVE中的C为0.17％-0.23％、Si为0.90％-1.20％、Mn为2.20％-2.60％、P≤0.020％、S≤0.010％、V为0.05％-0.12％、Mo为0.30％-0.40％、Cu≤0.25％、Cr≤0.30％、Ni≤0.30％。
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