CN112605346B - 一种超深井石油钻机提升系统大钩用钩体的铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超深井石油钻机提升系统大钩用钩体的铸造方法，具体包括以下步骤：步骤1、制作大钩钩体的模型；步骤2、根据步骤1中的模型，制作大钩钩体的实样和芯盒；步骤3、手工涂刷涂料；步骤4、合箱；步骤5、浇注；步骤6、开箱，浇注后保温大约40～45小时开箱；步骤7、对钩体进行第一次喷砂，正火处理后，热切浇冒口和补贴，去氢处理，再进行第二次喷砂，对钩体其余部件进行同步加工即得。本发明的方法解决了现有技术中钩体由于缩孔缩松的铸造缺陷，导致钩体关键部位着色探伤合格率低的问题，节省能源材料，提高生产效率。

Description

一种超深井石油钻机提升系统大钩用钩体的铸造方法
技术领域
本发明属于机械设备制备技术领域，涉及一种超深井石油钻机提升系统大钩用钩体的铸造方法。
背景技术
钩体是石油钻机提升系统上最为重要的承载件，材质为ZG18CrNi2MoA，现有钩体结构复杂，由钩身、主钩、副钩组成，外形尺寸复杂，壁厚差大，属于大截面低合金高强度铸钢件，零件技术要求包括：首先铸件表面进行磁粉探伤，应符合API Spec 8C《钻井和采油提升设备规范》中的规定，并达到PSL2级质量要求；其次加工表面进行超声波探伤，应符合APISpec 8C《钻井和采油提升设备规范》中的规定，并达到PSL2级质量要求；最后钩体钩身桶壁内孔处进行着色探伤，应符合API Spec 8C规范(第5版)中的规定，并达到PSL2级质量要求。但由于钩体上半部分钩身为壁厚40-50mm的桶状，桶壁内孔内环面需加工丝扣，且需进行着色探伤，对铸造工艺设计比较困难，近几年以来生产出来的钩体钩身桶壁内孔环面处，经常会由于缩孔缩松的铸造缺陷，废损率极高。
发明内容
本发明的目的是提供一种超深井石油钻机提升系统大钩用钩体的铸造方法，解决了现有技术中钩体由于缩孔缩松的铸造缺陷，导致钩体关键部位着色探伤合格率低的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种超深井石油钻机提升系统大钩用钩体的铸造方法，具体包括以下步骤：
步骤1、制作大钩钩体1的模型；
步骤2、根据步骤1中的模型，制作大钩钩体1的实样和芯盒；
步骤3、手工涂刷涂料；
步骤4、合箱；
步骤5、浇注；
步骤6、开箱，浇注后保温大约40～45小时开箱；
步骤7、对钩体1进行第一次喷砂后，正火处理，再进行第二次喷砂，对钩体其余部件进行同步加工即得。
本发明的特点还在于：
步骤1中大钩钩体包括钩身，钩身连接钩背，钩背端部为主钩，钩身上设置副钩，钩身端部内部设置钩身内壁丝扣面，在钩体钩背最高处设置冒口，冒口为顶部大腰圆明冒口，大腰圆明冒口用发热保温板围挡，冒口的铸件壁上朝冒口方向逐渐增加的厚度设置冒口补贴。
在钩体钩身桶壁内孔环面部位对应设置砂芯a、砂芯b、砂芯c，主钩桶壁内孔环面部位对应设置砂芯d，副钩桶壁内孔环面部位对应设置砂芯e、砂芯f，钩身端部通过钩身内壁丝扣面设置芯头，在远端钩体钩身桶壁处内环面丝扣部位设置内孔壁补贴，内孔壁补贴横截面为环状月牙形、纵截面为梯形，
步骤2中采用轴向水平分型，采用碱酚醛树脂砂进行水平造型，在钩体加工面上设计加工余量。
步骤3采用铸钢用碱酚醛树脂砂用的锆英粉酒精快干涂料，涂刷砂型型腔和砂芯4～5遍。
步骤4将合好的砂箱主钩端倾斜抬高300mm，冒口处于在铸件最高点处。
步骤5使用浇注装置进行倾斜浇注，在钩背(5)最高处的冒口，主钩端倾斜抬高300mm，使用三层阶梯浇注装置进行浇注，浇注时先快后慢，等浇至大腰圆明冒口16的1/3～1/2处时，停止浇注，在大腰圆明冒口中加入保温覆盖剂，改为从大腰圆明冒口浇注，浇满后点浇2～3次；浇注温度为1560℃～1590℃，浇注时间为98s。
步骤6采用机械振动清砂，对大钩表面的粘砂清除干净，紧接着切割冒口补贴、冒口和浇注装置。
步骤7对钩体进行第一次喷砂，喷砂即打磨和修复过程；对钩体进行高温正火处理，正火温度控制在900℃～930℃，时间控制为5～7小时；再进行第二次喷砂，对钩体重新进行喷砂后，最后钩体其余部件进行同步加工即得。
步骤5的三层阶梯浇注装置包括下箱下层两道底注内浇道，上层位于上箱主钩侧面两道内浇道，最高处一道通大腰圆明冒口。
本发明的有益效果是：本发明一种超深井石油钻机提升系统大钩用钩体的铸造方法采用顺序凝固原理，在钩体钩身桶壁内孔环面部位，设计横截面为环状月牙形、纵截面为梯形的补衬，保证钩体钩身桶壁内孔处顺序凝固，有效解决了钢液补缩不畅而产生的缩孔缩松的铸造缺陷，钩体磁粉探伤、着色探伤通过率低，废损率高的难题。浇注时采用倾斜浇注相结合的铸造方案，从而提高大钩钩体的探伤合格率，最终达到了API Spec 8C规范中的规定，并达到PSL2级质量要求，保证了产品内在质量，节省能源消耗，提高了经济效益。
附图说明
图1是本发明方法所要铸造大钩的结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是图1的水平剖视图；
图4是设计的大钩钩体铸造工艺方案图；
图5是图4的水平剖视图；
图6是图5中钩体钩背处A-A剖视图；
图7是钩体钩身桶壁内孔补贴B-B剖视图；
图中，1.钩体，2.钩身，3.主钩，4.副钩，5.钩背，6.钩身内壁丝扣面，7，砂芯a，8.砂芯b，9.砂芯c，10.砂芯d，11.砂芯e，12.砂芯f，13.浇注装置，14.芯头，15.冒口补贴，16.冒口，17.内孔壁补贴，18.拉筋。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种超深井石油钻机提升系统大钩用钩体的铸造方法，具体包括以下步骤：
步骤1、制作大钩钩体1的模型；
大钩钩体1的结构如图1和图2所示，包括钩身2，钩身2连接钩背5，钩背5端部为主钩3，钩身2上设置副钩4。如图3所示，钩身2端部内部设置钩身内壁丝扣面6，大钩钩体1采用轴向水平中间分型，在最高点钩背5处设置冒口16；在钩体钩身5桶壁内孔环面部位对应设置砂芯a7、砂芯b8、砂芯c9，主钩3桶壁内孔环面部位对应设置砂芯d10，副钩4桶壁内孔环面部位对应设置砂芯e11、砂芯f12，钩身2端部通过钩身内壁丝扣面6设置芯头14。芯头14长度根据具体标准定位要求，7号砂芯采用铬铁矿砂制作，保证钩体钩身桶壁不会粘砂。
在主钩3和钩身2之间设置两道拉筋18，防止凝固时变形，影响主钩和钩身之间的定位尺寸。通过模数计算法钩体1上冒口16，在钩体钩背5最高处设置冒口16，冒口16为顶部大腰圆明冒口，大腰圆明冒口用发热保温板围挡，冒口的铸件壁上朝冒口方向逐渐增加的厚度设置冒口补贴15。
在远端钩体钩身2桶壁处内环面丝扣部位设置内孔壁补贴17，如图7所示，内孔壁补贴17横截面为环状月牙形、纵截面为梯形，保证钩体1桶身顺序凝固，防止缩孔缩松的铸造缺陷的产生。
步骤2、根据步骤1中的模型，制作大钩钩体1的实样和芯盒，采用轴向水平分型，采用碱酚醛树脂砂进行水平造型，在钩体加工面上设计加工余量。
步骤3、手工涂刷涂料，采用铸钢用碱酚醛树脂砂用的锆英粉酒精快干涂料，涂刷砂型型腔和砂芯4～5遍；
步骤4、合箱，将合好的砂箱主钩3端倾斜抬高300mm，冒口16处于在铸件最高点处；
步骤5、浇注，使用浇注装置13进行倾斜浇注，在钩背5最高处设置一个大腰圆明冒口16，主钩3端倾斜抬高300mm，使用三层阶梯浇注装置13进行浇注，浇注时先快后慢，等浇至大腰圆明冒口16约1/3～1/2处时，停止浇注，在大腰圆明冒口16中加入保温覆盖剂，改为从大腰圆明冒口16浇注，浇满后点浇2～3次；浇注温度为1560℃～1590℃，浇注时间为98s。如图4、图5和图6，其中三层阶梯浇注装置13包括下箱下层两道底注内浇道，上层位于上箱主钩侧面两道内浇道，最高处一道通大腰圆明冒口16。直浇道、横浇道和内浇道截面积根据铸造标准确定。
步骤6、开箱，浇注后保温大约40～45小时开箱，采用机械振动清砂，对大钩1表面的粘砂清除干净，紧接着切割冒口补贴15、冒口16和浇注装置13；
步骤7、对钩体1进行第一次喷砂后，正火处理，再进行第二次喷砂，对钩体其余部件进行同步加工即得。
对钩体1进行第一次喷砂，喷砂即打磨和修复过程；对钩体1进行高温正火处理，正火温度控制在900℃～930℃，时间控制为5～7小时；再进行第二次喷砂，对大钩1重新进行喷砂后，最后钩体其余部件进行同步加工即得。
实施例1
使用本发明方法制作DG450大钩钩体，图号AC450003-02，生产一批顺序号1847，4-1856共2件，探伤报告编号：BOMCO J76-MT-NR007-1901，BOMCO J75-UT-NR005-1901探伤结果：合格。
同样生产顺序号为4-1862，4-1863，4-1864，4-1866，4-1901共5件，探伤报告编号：BOMCO J76-MT-NR028-1903，BOMCO J75-UT-NR017-1903探伤结果：合格；生产顺序号为QA4-1903，QA4-1904共2件，探伤报告编号：BOMCO J76-MT-NR014-1906，BOMCO J75-UT-NR005-1906，探伤结果：合格；生产顺序号为QA4-1915，QA4-1916，QA4-1920共3件，探伤报告编号：BOMCO J76-MT-NR007-1912，BOMCO J75-UT-NR003-1912，探伤结果：合格；生产顺序号为QA4-1924，QA4-1926，QA4-1927，QA4-1928共4件，探伤报告编号：BOMCO J76-MT-NR009-2002，BOMCO J75-UT-NR023-2002，探伤结果：合格。
本发明方法采用顺序凝固原理，保证钩体钩身桶壁内孔处顺序凝固，有效防止钢液补缩不畅而产生的缩孔缩松等铸造缺陷，解决了现有技术中钩体由于缩孔缩松的铸造缺陷导致钩体关键部位钩身桶壁内孔丝扣处着色探伤合格率低的问题，提升了铸件质量，有效的节约生产成本。

Claims (4)

1.一种超深井石油钻机提升系统大钩用钩体的铸造方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、制作钩体（1）的模型；钩体（1）包括钩身（2），所述钩身（2）连接钩背（5），所述钩背（5）端部为主钩（3），钩身（2）上设置副钩（4），所述钩身（2）端部内部设置钩身内壁丝扣面（6），在钩背（5）最高处设置冒口（16），冒口（16）为顶部大腰圆明冒口，大腰圆明冒口用发热保温板围挡，大腰圆明冒口的铸件壁上朝冒口方向逐渐增加的厚度设置冒口补贴（15）；在钩背（5）桶壁内孔环面部位对应设置砂芯a（7）、砂芯b（8）、砂芯c（9），主钩（3）桶壁内孔环面部位对应设置砂芯d（10），副钩（4）桶壁内孔环面部位对应设置砂芯e（11）、砂芯f（12），钩身（2）端部通过钩身内壁丝扣面（6）设置芯头（14），在远端钩身（2）桶壁处内环面丝扣部位设置内孔壁补贴（17），内孔壁补贴（17）横截面为环状月牙形、纵截面为梯形；
步骤2、根据步骤1中的模型，制作钩体（1）的实样和芯盒；采用轴向水平分型，采用碱酚醛树脂砂进行水平造型，在钩体加工面上设计加工余量；
步骤3、手工涂刷涂料；采用铸钢用碱酚醛树脂砂用的锆英粉酒精快干涂料，涂刷砂型型腔和砂芯4~5遍；
步骤4、合箱；将合好的砂箱中主钩（3）端倾斜抬高300mm，大腰圆明冒口处于在铸件最高点处；
步骤5、浇注；
使用浇注装置（13）进行倾斜浇注，在钩背（5）最高处的大腰圆明冒口，主钩（3）端倾斜抬高300mm，浇注时先快后慢，浇至大腰圆明冒口的1/3~1/2处时，停止浇注，在大腰圆明冒口中加入保温覆盖剂，改为从大腰圆明冒口浇注，浇满后点浇2～3次；浇注温度为1560℃~1590℃，浇注时间为98s；
步骤6、开箱，浇注后保温40~45小时开箱；
步骤7、对钩体（1）进行第一次喷砂，正火处理后，热切浇冒口和补贴，去氢处理，再进行第二次喷砂，对钩体其余部件进行同步加工即得。
2.根据权利要求1所述的一种超深井石油钻机提升系统大钩用钩体的铸造方法，其特征在于，所述步骤6采用机械振动清砂，对钩体（1）表面的粘砂清除干净。
3.根据权利要求2所述的一种超深井石油钻机提升系统大钩用钩体的铸造方法，其特征在于，所述步骤7对钩体（1）进行第一次喷砂，喷砂即打磨和修复过程；对钩体（1）进行高温正火处理，正火温度控制在900℃~940℃，保温4-5小时后空冷；正火结束后，在200℃~300℃热切割冒口补贴（15）、大腰圆明冒口和浇注装置（13），再进行第二次喷砂，对钩体（1）重新进行喷砂后，最后钩体其余部件进行同步加工即得。
4.根据权利要求1所述的一种超深井石油钻机提升系统大钩用钩体的铸造方法，其特征在于，所述步骤5的浇注装置（13）包括下箱下层两道底注内浇道，上层位于上箱主钩侧面两道内浇道，最高处一道通大腰圆明冒口。
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