張志峰 李亞洲 韓院院 孫紅麗

[摘要]輪式通井機井架由于結構特殊，焊后易產生殘余變形，影響產品質量。通過對通井機井架變形原因的分析，采取合理的裝配焊接順序，選擇正確焊接方向等控制焊接變形的措施，保證了井架焊接質量。

[關鍵詞]通井機井架 焊接變形 CO2氣體保護焊

輪式通井機是我公司自主研制開發(fā)的一種石油修井、鉆井作業(yè)設備，由于其靈活、方便、移動性強，在油田的修井和鉆井作業(yè)中被廣泛應用。其中井架是輪式通井機的重要組成部件之一，在作業(yè)過程中是重要的承載部件。因其重要作用，故對井架框架尺寸和焊接質量的控制是非常嚴格的，其中對井架的焊后變形量要求，也特別的嚴格。在控制變形的技術上，現在已經有了很多種方法，可以在設計時結構上優(yōu)化控制變形，也可以改變裝配順序控制變形，也可以采用鉚工矯正的多種方法控制變形。在這里，主要通過改變焊接順序、方向等工藝措施控制輪式通井機井架的變形量。

一、井架結構特點

輪式通井機井架材料主要有16Mn，結構用冷彎矩形空心型鋼，規(guī)格為矩形管D—2—100×70×6和D—2—76×38×4，還使用了熱軋扁鋼和熱軋等邊角鋼。其整體分為上體和下體，上體長度是9m，下體長度是9m，結構上下體均采用槽形結構。下體結構如圖1所示：

井架上體要求能夠順利地從下體中抽出，并且保證在生產中，能承受500KN的拉力。在制造時，井架橫梁總長18m，要求焊后變形量必須控制在20mm范圍之內，既要保證井架有足夠的強度，又要控制它的焊接變形，這就成為焊接生產中的難題。

二、產生焊接變形原因

在井架的焊接過程中，由于經驗不足，焊接順序，焊接方法不正確，致使下體前端橫截面橫向小于與50mm，上體無法插入下體，造成必須重新割開焊縫，重新焊接。造成了人力、物力的浪費，提高了成本，降低了焊件的使用性能。經分析，造成此次事故的原因一是由于采取的焊接順序和焊接方法不正確，二是在設計時只考慮了井架的強度，而沒有充分考慮了焊接變形問題。施工時，焊接順序是從一端向另一端“直通”焊接，井架內側焊縫的焊接方向不一致，造成嚴重的焊接變形。井架的內側角焊縫選用的焊腳尺寸較大，焊腳高8mm，且全是連續(xù)焊縫，產生焊接應力很大，加之焊縫分布不均勻，致使端面橫向收縮嚴重，產生較大的焊接殘余變形。

三、控制變形的措施

（一）選擇合適的焊接方法

由于CO2氣體保護具有焊熱量集中，熱影響區(qū)范圍較小，焊后產生的殘余變形小，生產效率高，焊縫質量好等特點，為了減少焊接變形，施工中采用CO2氣體保。

（二）利用工裝減小整體變形

為了保證整體變形量的最小化，采取制作井架工裝的方法，達到保證質量、提高效率。工裝模型依據井架結構制作而成，根據上下體尺寸不同的特點，制作兩套工裝。下體工裝為方框結構，保證工裝內側尺寸與下體外側尺寸相吻合。將各部件單元分別放置到工裝的各個位置，用頂絲把尺寸控制，再加裝反變形工藝，點焊斜拉筋，控制開口橫向尺寸在設計要求范圍內。再將各部件定位焊，定位焊縫（10～15mm）對稱點固定。每處均采用這樣的工裝辦法達到減小變形。

（三）選用正確的焊接順序

焊接順序對焊接變形有很大的影響，同樣一道焊縫可以從一端向另一端進行“直通”焊接，也可以從中間向兩頭或從兩頭向中間焊接，不同的焊接方法，會引起不同的變形。通過實驗，井架的立管與橫管的焊接，每根立管與橫管形成一個“T”形結構。焊接時，原先采用取同一個方向的“直通”焊接，而不注意斜拉筋的使用，致使兩側立管上端間距明顯收縮，造成內收變形。改進后，首先焊接斜拉筋，以及立管上端面橫向拉筋，再采用相同的焊接參數焊接立管與橫管每條焊縫，使內收變形就得到克服。由于井架每處焊縫均有對稱焊縫的特點，故采用對稱焊法，并使焊縫的焊接方向一致可以防止扭曲變形。

（四）選用合適的焊接參數

目前我公司已經普及使用先進的焊接設備CO2氣體保護焊，配合合理的焊接參數，可有效的控制變形及提高焊接質量。

1.焊接電流

焊接電流是重要工藝參數之一，根據工件厚度、材質、焊絲直徑、施焊位置及要求的熔滴過度形式來選擇焊接電流的大小。每種直徑的焊絲都有一個合適的電流范圍，只有在這個范圍內焊接過程才能穩(wěn)定進行。焊絲φ1.2mm使用電流范圍在150A～180A內。應注意，焊接電流過大時，容易引起燒穿、產生裂紋等缺陷，且工件的變形大，焊接過程中飛濺很大；但焊接電流過小時，容易產生未焊透、未熔合和夾渣等缺陷以及焊縫成形不良。

2.電弧電壓

電弧電壓也是重要工藝參數之一，為保證焊縫成形良好，電弧電壓必須與焊接電流配合適當。通常焊接電流小時，電弧電壓較低；焊接電流大時，電弧電壓較高。隨著焊接電流的增大，合適的電弧電壓也增大。但也要注意，電弧電壓過高或過低對焊縫成形、飛濺、氣孔及電弧的穩(wěn)定性都有不利的影響。

3.焊接速度

焊接速度同樣是重要參數之一。焊接時，電弧將熔化金屬吹開，在電弧下形成凹坑，隨后將熔化的焊絲金屬填充進去，如果焊接速度太快，這個凹坑不能完全被填滿，將產生咬邊、凹陷或弧坑裂紋等缺陷；相反，若焊接速度過慢，熔敷金屬堆積在電弧下方，使熔深減小，將產生焊道不勻，未熔合，未焊透等缺陷。一般速度控制在30m/h～40m/h內。

4.焊絲伸出長度

保持焊絲伸出長度不變，是保證焊接過程穩(wěn)定的基本條件之一。因為CO2氣體保護焊采用的電流密度較高，伸出長度越大，焊絲的預熱作用越強，導致過熱熔斷，飛濺增大；同時得不到CO2氣體的有效保護，造成氣孔等缺陷。相反的，若焊絲伸出長度過小也影響成形和焊接質量；同時，也妨礙觀察電弧，影響操作；還容易因導電嘴過熱夾住焊絲，直至燒毀導電嘴，破壞焊接過程正常進行。這個量需要通過多次試驗后獲得。

焊接工藝參數見表1。

表1：焊接參數

四、結束語

通過利用工裝、改變焊接順序和采用合理的焊接參數，充分利用先進的CO2氣體保護焊焊接工藝方法，可以有效控制輪式通井機井架的焊接變形，使得變形量控制在了允許范圍內，完全可以達到圖紙設計要求。

（作者單位：河南省濮陽市中原油田采油一廠維修大隊）