张 敬，马振国，王 宇

（渤海石油装备制造有限公司辽河钻采装备分公司，辽宁盘锦 124010）

0 引言

随着石油价格的长期低迷，制造成本相对较低的旋升式钻机更加受到了市场的青睐。近几年，某公司生产了多部旋升式钻机，积累了一定的技术、制造经验，同时也存在着产品施工周期长、加工难度大、制造成本高等系列问题，制造工艺优化工作还存在着较大的提升空间。旋升式钻机作为公司的主力机型，通过钻机底座铆焊制造工艺、专用工装进行优化改进，对进一步提升生产效率、降低制造成本具有重要意义。

1 底座制造存在的问题

旋升式钻机作为公司主力机型和明星产品，近年来，完成了多部旋升式钻机的制造工作，根据现场反馈的使用情况显示，设备运行稳定、可靠，得到用户的高度评价。通过该项目的实施，公司积累了丰富的技术和制造经验，但是也存在着产品施工周期长、加工难度大、制造成本高等系列问题。技术人员结合生产现场情况认真研讨和分析，认为导致这些问题的原因主要集中在H 形型钢焊接工艺不完善、缺少底座片梁铆焊专用工装等方面：①旋升式钻机底座采用了大量的焊接H 形型钢，在焊接H 形型钢的制造工艺中，对腹板的坡口采用钝边为2 mm 双边V 形坡口，这种结构形式虽然能够保证产品焊接质量，但是制造成本高，焊后矫正变形工作量较大；②旋升式钻机底座中层片梁共计8 件，片梁为型钢焊接框架结构，整体尺寸较大，每件片梁上下两端共计4 个耳板座安装孔，采用整体装卡镗孔加工工艺，导致片梁整体转运、加工周期长，另外还需要使用大型龙门数控镗铣床加工，导致加工制造费用居高不下，在面对现今市场要求订单生产周期短、利润低的情况已不能满足客户需求；③旋升式钻机底座底层左右前基座结构中有4 组与中层连接的轴座，这4 组轴座之间的相对位置和平行度等要求很高，但是基座整体尺寸和重量都很大，目前公司的加工机床加工范围不能满足该工件的加工，需采用适当的工艺以解决该问题。

2 底座制造工艺优化改进方案

针对以上问题，技术人员从设计源头进行改进，通过优化钻机底座生产工艺、设计专用工装等方式，提高生产效率、降低制造成本，实现了旋升式钻机底座的整体质量提升。

（1）从设计图纸上优化焊接接头的结构形式，优化底座焊接H 形型钢制造工艺（图1）。改进前：焊接H 形型钢的腹板需要开7×45°双边坡口，单侧焊缝需要通过坡口焊缝和外侧角焊缝组合，来实现设计要求。改进后：焊接H 形型钢的腹板不需开坡口，单侧焊缝只需要焊脚高度为12 mm 的角焊缝即可，两侧角焊缝有效焊喉之和为17 mm，大于腹板的厚度16 mm，且焊接工艺采用埋弧焊焊接，实际焊喉之和大于20 mm，改进后强度完全满足设计要求。

图1 改进前后的焊缝结构形式和工艺要求

焊接H 形型钢制造工艺改进后具有以下好处：①焊接H 形型钢腹板不用开坡口，降低了制造工作量；②填充焊缝的横截面减小了，和原生产工艺相比，免除了埋弧焊之前还需二保焊打底焊一遍的工作量，同时降低了焊材消耗；③工艺改进后，焊接热输入降低，焊接变形减小，减少了焊后矫正变形的工作量。综上所述，该项改进达到了降本、提质增效的目的。

（2）为了解决底座片梁上下两端耳板座安装孔整体加工问题，设计制造底座片梁耳板座安装孔定位专用工装（图2）。用普通镗铣床T611 先将耳板座安装孔加工完成，再利用专用工装将片梁与耳板座组装施焊，通过专用工装的应用，既避免了片梁在大型龙门数控镗铣床上的整体加工问题，又节省了施工时间，降低了制造成本。

图2 底座片梁专用工装

（3）为了解决旋升式钻机底座底层左右前基座的4 组与中层连接的轴座孔精度问题，设计制造底座左右前基座铆焊工装（图3）。左右前下基座上的连接轴座可先用普通镗铣床加工轴孔，再利用专用工装将底座左右前基座组装焊好，通过专用工装来保证铆焊组对精度，再通过适当的焊接工艺控制焊接变形，来保证底座左右前基座的轴孔精度。

图3 底座左右前基座专用工装

3 应用情况分析

通过优化钻机底座焊接H 形型钢铆焊制造工艺、设计底座片梁专用工装等措施，在2020 年、2021 年又生产了5 部旋升式钻机，焊接H 形钢焊缝一次交检合格率由92%提升到96%，底座片梁耳板座安装孔的同轴度误差不超过0.5 mm，满足技术标准要求。据统计，每套底座节约制造成本约30 万元，节省施工周期约10 d，同时大大降低了制造难度，具有很好的推广和应用价值。