CN118106591A - 石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的石油钻机绞车滚筒体双焊缝同步焊接装置，石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，包括电动台车，电动台车上固接有十字焊接操作机，十字焊接操作机上固接有独立双埋弧焊接装置，电动台车一侧位于十字焊接操作机下方设置有一体式滚轮架，电动台车上还安装有控制柜和焊接电源，控制柜电连接至焊接电源，电动台车、十字焊接操作机均与控制柜电连接。本发明公开的石油钻机绞车滚筒体双焊缝同步焊接方法，简化工序流程，缩短焊接时间。本发明的双焊缝同步焊接装置及方法，可实现石油钻机绞车滚筒体双环缝同步埋弧自动焊接，提高焊接效率、缩短焊接时间，节约生产成本。

Description

石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明属于石油钻采装备制造技术领域，具体涉及一种石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，还涉及石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接方法。

背景技术

滚筒体是石油钻机绞车部件设备的主要零件之一，由铸造筒体与左、右两个轮毂焊接后加工而成，左、右两个轮毂与筒体通过两道环形焊缝连接成一体。目前，滚筒体采用单机埋弧焊工艺分别完成两条焊缝的焊接。随着油气资源的不断开发，钻井深度越来越深，钻机不断向深井和超深井钻机发展，7000米-12000米大型钻机成为钻机订单主流，需求量也越来越大。由于大型钻机绞车滚筒体直径大，轮毂与筒体焊缝坡口深度50mm-100mm，坡口宽度大，焊缝焊接金属填充量巨大，劳动强度大，特别是9000米-12000米钻机绞车滚筒体单条焊缝焊接时间需7-8小时，耗时长，每班只能完成一条焊缝的焊接。由于滚筒体材质为ZG35CrMo，材料可焊性较差，当班未完成焊接的滚筒体晚上必须装入加热炉进行保温处理，避免焊缝开裂，第二天从加热炉取出继续完成焊接，增加了物流周转，焊接效率低，生产成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，解决现有技术中存在的深井和超深井钻机绞车滚筒体焊缝焊接金属填充量大，两条焊缝需分别逐一焊接，导致焊接效率低、生产成本高的问题。

本发明的另一目的是提供石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接方法。

本发明所采用的技术方案是，石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，包括电动台车，电动台车上固接有十字焊接操作机，十字焊接操作机上固接有独立双埋弧焊接装置，电动台车一侧位于十字焊接操作机下方设置有一体式滚轮架，电动台车上还安装有控制柜和焊接电源，控制柜电连接至焊接电源，电动台车、十字焊接操作机均与控制柜电连接。

本发明的特点还在于：

电动台车底部两侧设有滑轮，滑轮下方设置有用于滑轮滑行的两条平行轨道。

十字焊接操作机包括相互垂直连接的立柱和伸缩横梁，立柱底部连接有推力轴承，推力轴承固设在电动台车上，立柱上设置有横梁滑座和用于驱动横梁滑座上下升降的立柱电机，横梁滑座上设置有横梁电机，横梁电机输出轴上键连接有齿轮，伸缩横梁的伸缩段与横梁滑座相对的一面设置有齿条，齿条与齿轮相匹配，伸缩横梁通过横梁电机驱动在横梁滑座内沿水平方向伸缩，立柱电机和横梁电机均与控制柜连接。

横梁滑座通过四个定位导向轮与立柱侧面连接。

独立双埋弧焊接装置包括滑动设置于横梁上的两个机头挂架和两个用于驱动各自机头挂架沿伸缩横梁水平方向双向移动的机头电机，机头挂架底端安装有十字滑板，十字滑板上固接有机头和窄间隙焊枪，两个机头电机与控制柜电连接；

伸缩横梁上还设置有两个用于给两个机头和窄间隙焊枪送丝的焊丝安装盘，机头挂架上设置有焊接控制器，焊接控制器与机头和窄间隙焊枪电连接，焊接控制器与焊接电源电连接。

十字滑板包括设置于机头挂架底端的十字滑座、设置在十字滑座上沿相互垂直方向滑动的滑块和驱动滑块滑动的马达，滑块与机头和窄间隙焊枪连接，用于对机头和窄间隙焊枪进行上下左右四个方向微调，马达与控制柜电连接。

焊接控制器为PEK过程控制器，PEK过程控制器信号连接有触摸屏和操控按钮。

一体式滚轮架一侧固接有避免电缆缠绕的旋转电缆夹，一体式滚轮架上设置有滚轮架控制盒，滚轮架控制盒连接有外接电源。

本发明所采用的另一技术方案是，石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接方法，采用上述的石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据绞车滚筒体直径调整一体式滚轮架两排滚轮的中心距，保持绞车滚筒体轴线中心和滚轮架两排滚轮轴线中心夹角角度为60°-70°；

步骤2、将装配好的绞车滚筒体吊装到一体式滚轮架上，使滚筒体横向中心基本处于一体式滚轮架中心位置，使两环焊缝悬空外露于一体式滚轮架滚轮之外，将焊接地线通过旋转电缆夹固定在绞车滚筒体轮缘台阶处；

步骤3、打开两台焊接电源，控制柜控制十字焊接操作机开启，将十字焊接操作机的伸缩横梁升高到机头挂架下端高于绞车滚筒体轮缘的高度，在轨道上移动电动台车，转动十字焊接操作机的立柱和伸缩横梁，使操作机横梁处于绞车滚筒体正上方且伸缩横梁延伸线和滚筒体中心线平行；

步骤4、控制柜控制立柱电机驱动带动伸缩横梁下降，控制柜同时控制横梁电机驱动带动伸缩横梁前后伸缩，使机头挂架上的机头和窄间隙焊枪下端靠近绞车滚筒体外圆表面，调整两个机头挂架至处于焊缝正上方；

步骤5、控制柜控制马达驱动，调整机头挂架上的十字滑板，使机头和窄间隙焊枪中心和焊缝中心对中一致，焊接控制器控制焊丝干伸长并使焊丝抵于坡口根部；

步骤6、将烘干后的焊剂装入机头和窄间隙焊枪上方的焊剂斗内；

步骤7、分别在各自焊接控制器的触摸屏上设置焊接电流、焊接电压和送丝速度相关焊接参数；

步骤8、打开一体式滚轮架电源，通过控制盒调整滚轮转动方向，根据绞车滚筒体调整滚轮旋转速度；

步骤9、打开焊接机头焊剂开关，焊剂铺撒覆盖满焊接坡口后，分别按下两套焊接控制器焊接启动按钮，起弧开始焊接；

步骤10、焊缝坡口焊满后，焊接操作人员按下焊接控制器息弧按钮，结束焊接。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，采用独立双埋弧自动焊接系统，通过焊接控制器控制两个机头和窄间隙焊枪联机，可一键双机同步启弧焊接，一键息弧，实现石油钻机绞车滚筒体双环缝同步埋弧自动焊接，解决了传统方法两条焊缝分别逐一焊接，提高焊接效率，滚筒体总焊接时间缩短50％，提高生产率提高；

2、本发明的石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，也可单机启动、单机息弧等不同步的灵活操作，方便生产；

3、本发明的石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，采用十字焊接操作机，伸缩横梁具有双焊接机头挂架，两机头挂架可以电动控制在伸缩横梁上移动，满足石油钻机绞车滚筒体两环缝间距不同调节机头间距的需要，十字滑板可以上下左右移动，满足焊缝对中调节和焊接过程焊缝层间抬升需求；一体式滚轮架驱动滚筒体旋转，使焊接处于平焊位置；

4、本发明的石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接方法，解决传统方法存在的每个班只能完成一条焊缝的焊接，当班未完成焊接的滚筒体必须装入加热炉进行保温处理，第二天从加热炉取出安装就位后继续完成焊接的问题，简化了工序流程；减少物流周转和保温处理成本，节约生产成本。

附图说明

图1是本发明石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置的结构示意图；

图2是本发明石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置的焊接数据传输原理图；

图3是本发明石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置的电器控制原理图；

图4是本发明石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置中绞车滚筒体外环缝埋弧焊示意图。

图中，1.十字焊接操作机，2.焊丝安装盘，3.机头挂架，4.焊接控制器，5.十字滑板，6.机头和窄间隙焊枪，7.伸缩横梁，8.立柱，9.焊接电源，10.轨道，11.控制柜，12.电动台车，13.滚轮架控制盒，14.一体式滚轮架，15.滚筒体，16.触摸屏，17.操控按钮。

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。

本发明的石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，结构如图1所示，包括十字焊接操作机1、电动台车12、一体式滚轮架14。电动台车12底部两侧设有滑轮，滑轮下方设置有用于滑轮滑行的两条平行轨道10，轨道10用于支撑电动台车12，使其在规定方向移动；电动台车12可在轨道10上移动，作为十字焊接操作机1、焊接电源9和控制柜11的安装平台，十字焊接操作机1搭载独立双埋弧焊接装置，用于焊接位置调节和焊接操作。

控制柜11连接焊接电源9、十字焊接操作机1、电动台车12，控制柜11为焊接电源9、十字焊接操作机1和电动台车12提供动力接入和电气控制。

十字焊接操作机1包括立柱8和用于调节伸缩的伸缩横梁7，电动台车12上安装有推力轴承，推力轴承与立柱8底端连接，使立柱8可以手动回转并手动锁紧，横梁滑座通过四个定位导向轮固定在立柱8侧面，定位导向轮通过立柱8上的立柱电机驱动带动横梁滑座从而带动伸缩横梁7可以沿立柱8上下升降，调整焊接高度，和前后伸缩。横梁滑座上设置有横梁电机，横梁电机输出轴上键连接有齿轮，伸缩横梁7的伸缩段加工有与齿轮相匹配的齿条，通过横梁电机驱动齿轮齿条，实现伸缩横梁7在横梁滑座直线伸缩。

独立双埋弧焊接装置包括设置于伸缩横梁7的伸缩段上的双机头挂架3，机头挂架3通过电动横臂滑架与伸缩横梁7滑动连接，机头电机的电动齿轮通过横臂的齿条实现机头挂架3沿伸缩横梁7进行左右双向移动，机头挂架3可独立在伸缩横梁7上移动，满足石油钻机绞车滚筒体两环缝间距不同调节机头间距的需要和对焊枪对中焊缝位置的快速粗调。

机头挂架3下端安装有电动十字滑板5，其包括设置于机头挂架3底端的十字滑座、丝杆、可在十字滑座上沿相互垂直方向滑动的滑块和驱动滑块滑动的马达。垂直安装，机头和窄间隙焊枪6满足坡口深度较深坡口和窄间隙坡口焊接，将焊接电流通过导电嘴传入焊丝，十字滑板5上的滑块上固接机头和窄间隙焊枪6，用于快速调整焊接位置，马达与控制柜11电连接，实现上下、左右方向对机头和窄间隙焊枪6精细微调，满足焊缝对中调节和焊接过程焊缝层间抬高需要。

伸缩横梁7上装有两个焊丝安装盘2，分别给两个机头和窄间隙焊枪6送丝，窄间隙焊枪6连接焊丝安装盘2，用于安装和固定焊丝卷，机头和窄间隙焊枪6上方的设有焊剂斗，焊丝和焊剂配套同时使用，焊丝熔化填充坡口，形成焊缝，焊剂熔化形成渣壳覆盖在熔池和已形成焊缝上，起保护作用。

如图1和图2所示，机头挂架3上设置有焊接控制器4，焊接控制器4为PEK过程控制器，PEK过程控制器通过局域网LAN通讯TCP/IP协议连接有触摸屏16，PEK过程控制器通过I/O接口连接有操控按钮17，PEK过程控制器通过控制电缆与焊接电源9和机头和窄间隙焊枪6连接，并采用CAN bus总线系统传输数据。焊接电源9为焊接提供动力，按程序输出焊接电流和焊接电压；PEK过程控制器用于焊接电流、焊接电压等焊接参数进行快速编程，控制焊接启动和关停。

机头和窄间隙焊枪6的电器控制原理图如图3所示，1号焊机和2号焊机分别对应两个机头和窄间隙焊枪6，联机可实现一键双机同步启弧焊接，一键息弧，也可单机启动、单机息弧等不同步的灵活操作。S1闭合，两个机头和窄间隙焊枪6同步启弧焊接，S4断开，则两个机头和窄间隙焊枪6同步息弧；单独闭合S2或S3，则是分别控制两个机头和窄间隙焊枪6单机启动，再单独闭合S5或S6，可分别控制两个机头和窄间隙焊枪6单机息弧。

电动台车12一侧位于十字焊接操作机1的横梁7下方设置一体滚轮架14，一体式滚轮架14一侧固接旋转电缆夹，避免滚筒体焊接过程旋转时焊接电缆缠绕，一体式滚轮架14用于支撑绞车滚筒体15，驱动绞车滚筒体15转动，使焊接处于平焊位置，一体式滚轮架14通过丝杠调节两排滚轮中心距，一体式滚轮架14上设置有滚轮架控制盒13，滚轮架控制盒13通过调节变频电机转速调整滚轮转速，用于调整一体式滚轮架14正反转和调节滚轮转动速度。

本发明的石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置工作原理为：采用独立双埋弧自动焊接系统，包括焊接电源9、焊接控制器4、机头和窄间隙焊枪6、焊丝安装盘2。焊接电源9、十字焊接操作机1与控制柜11连接，焊接控制器4与焊接电源9电气连接。采用十字焊接操作机1，操作机伸缩横梁7具有双焊接机头挂架3，两机头挂架3可以电动控制在伸缩横梁7上移动，满足石油钻机绞车滚筒体两环缝间距不同调节机头间距的需要，十字滑板可以上下左右移动，满足焊缝对中调节和焊接过程焊缝层间抬升需求。一体式滚轮架14驱动滚筒体旋转，使焊接处于平焊位置。通过焊接控制器4控制两个机头和窄间隙焊枪联机，可一键双机同步启弧焊接，一键息弧，实现石油钻机绞车滚筒体双环缝同步埋弧自动焊接，解决了传统方法两条焊缝分别逐一焊接，提高焊接效率，滚筒体总焊接时间缩短50％，生产率提高90％以上，也可单机启动、单机息弧等不同步的灵活操作。

本发明的石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据绞车滚筒体15直径调整一体式滚轮架14两排滚轮的中心距，保持绞车滚筒体15轴线中心和滚轮架两排滚轮轴线中心夹角角度处于60°-70°，工件转动平稳；

步骤2、将装配好的绞车滚筒体15吊装到一体式滚轮架14上，使滚筒体横向中心基本处于一体式滚轮架14中心位置，使两环焊缝悬空外露于滚轮架滚轮之外，将焊接地线通过旋转电缆夹固定在绞车滚筒体15轮缘台阶处；

步骤3、打开两台焊接电源9，控制柜11控制十字焊接操作机1开启，将十字焊接操作机1的伸缩横梁7升高到机头挂架3下端高于绞车滚筒体15轮缘的高度，在轨道10上移动电动台车12，转动十字焊接操作机1的立柱8和伸缩横梁7，使伸缩横梁7处于绞车滚筒体15正上方且伸缩横梁7延伸线和滚筒体15中心线平行；

步骤4、控制柜11控制立柱电机驱动带动伸缩横梁7下降，控制柜11同时控制横梁电机驱动带动伸缩横梁7前后伸缩，使机头挂架3上的机头和窄间隙焊枪6下端接近于绞车滚筒体15外圆表面，调整两个机头挂架3至处于焊缝上方，使焊枪中心相相对于滚筒体旋转方向和筒体圆柱截面最高点位置偏移20-40mm的距离，焊接处于平焊位置，如图4所示；

步骤5、控制柜11控制马达驱动，上下左右调整机头挂架3上的十字滑板5，使机头和窄间隙焊枪6中心和焊缝中心对中一致，焊接控制器4控制焊丝干伸长并使焊丝抵于坡口根部；

步骤6、将烘干后的焊剂装入机头和窄间隙焊枪6上方的焊剂斗内；

步骤7、分别在各自焊接控制器4的触摸屏16上设置焊接电流、焊接电压、送丝速度等相关焊接参数；焊接过程的控制都是在焊接控制器4的触摸屏16上进行，焊接电源与焊接控制器4之间是由1根控制电缆线连接在一起实现CAN-Bus总线通讯，可从触摸屏16上的操控按钮17进行焊接参数的设定和调节；

步骤8、打开一体滚轮架14电源，通过控制盒13调整滚轮转动方向，根据绞车滚筒体15调整滚轮旋转速度；

步骤9、打开焊接机头焊剂开关，焊剂铺撒覆盖满焊接坡口后，分别按下两套焊接控制器4焊接启动按钮，起弧开始焊接；

步骤10、焊缝坡口焊满后，焊接操作人员按下焊接控制器4息弧按钮，结束焊接。

本发明的石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接方法，解决传统方法存在的每个班只能完成一条焊缝的焊接，当班未完成焊接的滚筒体必须装入加热炉进行保温处理，第二天从加热炉取出安装就位后继续完成焊接的问题，简化了工序流程；减少物流周转和保温处理成本，节约生产成本。

Claims (9)

1.石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，其特征在于，包括电动台车(12)，电动台车(12)上固接有十字焊接操作机(1)，十字焊接操作机(1)上固接有独立双埋弧焊接装置，电动台车(12)一侧位于十字焊接操作机(1)下方设置有一体式滚轮架(14)，电动台车(12)上还安装有控制柜(11)和焊接电源(9)，控制柜(11)电连接至焊接电源(9)，所述电动台车(12)、所述十字焊接操作机(1)均与所述控制柜(11)电连接。

2.根据权利要求1所述石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，其特征在于，所述电动台车(12)底部两侧设有滑轮，滑轮下方设置有用于滑轮滑行的两条平行轨道(10)。

3.根据权利要求1所述石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，其特征在于，所述十字焊接操作机(1)包括相互垂直连接的立柱(8)和伸缩横梁(7)，立柱(8)底部连接有推力轴承，推力轴承固设在电动台车(12)上，立柱(8)上设置有横梁滑座和用于驱动横梁滑座上下升降的立柱电机，横梁滑座上设置有横梁电机，横梁电机输出轴上键连接有齿轮，伸缩横梁(7)的伸缩段与横梁滑座相对的一面设置有齿条，齿条与所述齿轮相匹配，伸缩横梁(7)通过横梁电机驱动在横梁滑座内沿水平方向伸缩，立柱电机和横梁电机均与所述控制柜(11)连接。

4.根据权利要求3所述石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，其特征在于，所述横梁滑座通过四个定位导向轮与立柱(8)侧面连接。

5.根据权利要求3所述石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，其特征在于，所述独立双埋弧焊接装置包括滑动设置于横梁(7)上的两个机头挂架(3)和两个用于驱动各自机头挂架(3)沿伸缩横梁(7)水平方向双向移动的机头电机，机头挂架(3)底端安装有十字滑板(5)，十字滑板(5)上固接有机头和窄间隙焊枪(6)，两个所述机头电机与所述控制柜(11)电连接；

所述伸缩横梁(7)上还设置有两个用于给两个机头和窄间隙焊枪(6)送丝的焊丝安装盘(2)，机头挂架(3)上设置有焊接控制器(4)，焊接控制器(4)与机头和窄间隙焊枪(6)电连接，焊接控制器(4)与所述焊接电源(9)电连接。

6.根据权利要求5所述石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，其特征在于，所述十字滑板(5)包括设置于机头挂架(3)底端的十字滑座、设置在十字滑座上沿相互垂直方向滑动的滑块和驱动滑块滑动的马达，滑块与机头和窄间隙焊枪(6)连接，用于对机头和窄间隙焊枪(6)进行上下左右四个方向微调，所述马达与所述控制柜(11)电连接。

7.根据权利要求6所述石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，其特征在于，所述焊接控制器(4)为PEK过程控制器，PEK过程控制器信号连接有触摸屏(16)和操控按钮(17)。

8.根据权利要求1所述石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，其特征在于，所述一体式滚轮架(14)一侧固接有避免电缆缠绕的旋转电缆夹，一体式滚轮架(14)上设置有滚轮架控制盒(13)，滚轮架控制盒(13)连接有外接电源。

9.石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接方法，其特征在于，采用如权利要求1-8所述的石油钻机绞车滚筒体双环焊缝同步焊接装置，具体按照以下步骤实施：

步骤1、根据绞车滚筒体(15)直径调整一体式滚轮架(14)两排滚轮的中心距，保持绞车滚筒体(15)轴线中心和滚轮架两排滚轮轴线中心夹角角度为60°-70°；

步骤2、将装配好的绞车滚筒体(15)吊装到一体式滚轮架(14)上，使滚筒体横向中心基本处于滚轮架(14)中心位置，使两环焊缝悬空外露于一体式滚轮架(14)滚轮之外，将焊接地线通过旋转电缆夹固定在绞车滚筒体(15)轮缘台阶处；

步骤3、打开两台焊接电源(9)，控制柜(11)控制十字焊接操作机(1)开启，将十字焊接操作机(1)的伸缩横梁(7)升高到机头挂架(3)下端高于绞车滚筒体(15)轮缘的高度，在轨道(10)上移动电动台车(12)，转动十字焊接操作机(1)的立柱(8)和伸缩横梁(7)，使操作机横梁(7)处于绞车滚筒体(15)正上方且伸缩横梁(7)延伸线和滚筒体(15)中心线平行；

步骤4、控制柜(11)控制立柱电机驱动带动伸缩横梁(7)下降，控制柜(11)同时控制横梁电机驱动带动伸缩横梁(7)前后伸缩，使机头挂架(3)上的机头和窄间隙焊枪(6)下端靠近绞车滚筒体(15)外圆表面，调整两个机头挂架(3)至处于焊缝正上方；

步骤5、控制柜(11)控制马达驱动，调整机头挂架(3)上的十字滑板(5)，使机头和窄间隙焊枪(6)中心和焊缝中心对中一致，焊接控制器(4)控制焊丝干伸长并使焊丝抵于坡口根部；

步骤6、将烘干后的焊剂装入机头和窄间隙焊枪(6)上方的焊剂斗内；

步骤7、分别在各自焊接控制器(4)的触摸屏(16)上设置焊接电流、焊接电压和焊接速度相关焊接参数；

步骤8、打开一体式滚轮架(14)电源，通过控制盒(13)调整滚轮转动方向，根据绞车滚筒体(15)调整滚轮旋转速度；

步骤9、打开焊接机头焊剂开关，焊剂铺撒覆盖满焊接坡口后，分别按下两套焊接控制器焊接(4)启动按钮，开始焊接；

步骤10、焊缝坡口焊满后，焊接操作人员按下焊接控制器(4)息弧按钮，结束焊接。