組裝自提升式石油鑽機齒條部分的方法
2023-06-12 08:44:06
專利名稱：組裝自提升式石油鑽機齒條部分的方法
技術領域：
本發明涉及自提升式石油鑽機的齒條部分。
自提升式石油鑽機由機身(hull)構成，該機身由機腿承載，該機腿要被支承在洋底上。為了能相對於機腿的腳而調節機身高度，就把機身安裝成沿著機腿可移動的。相對於機腿的腳而調節機身位置，藉助於一裝置進行，該裝置由與齒條相嚙合的齒輪構成，該齒條構成為機腿構件。
齒條由一些部分構成，這些部分首尾相連地焊接著，並在一個側面由一矩形板子形成，而在另外那個側面由加強件形成，該加強件為半殼體形式的，被焊接在那塊矩形板子的主面上。每塊矩形板子的橫向表面上均包括一些齒部，該齒部的用意是為了與機身的驅動裝置的齒輪合作。焊接在矩形板子主面之一上的每個加強件，其長度小於矩形板子長度，從而可讓兩個連續部分首尾相連地被焊接。為了確保各個加強件的連續性，一個形式為半殼體的連接件被置於兩個連續部分之間的連接區。各個加強件藉助於焊接而被固定在矩形板子橫向面上，焊接點質量對於齒條的機械強度是一個重要因素。就抗疲勞性而言，焊接點的表面質量尤其是一個重要因素。
為了獲得質量令人滿意的焊接點，在加強件之內沿著該加強件的縱向邊緣設置陶瓷支柱(strut)，於是，就用焊接技術從外部沿著加強件的縱向邊緣進行焊接而外加金屬。陶瓷支柱確保把焊縫處於加強件的內部部分。以此方式形成的焊縫有優點，那就是其尤其在加強件的內部部分具有優質的根部，具有良好的表面面貌，並因此具有良好的抗疲勞性。然而，尤其對焊接操作期間與熱裂隙(hot-fissuring)有關的原因而言，業已證明，在曲率半徑大於3毫米的加強件內部區域中，用所述焊接技術不可能使焊接點的根部有連接處。其結果是，這些焊接點的抗疲勞性就受到限制。所以，使用陶瓷支柱的焊接技術有時就使對焊接點的控制發生困難，因為在陶瓷支柱上進行焊接之後，必須去除該支柱才能夠對焊接點進行控制。而去除陶瓷支柱並非總是簡單的事情。尤其是可能有支柱碎片殘留在焊縫裡。這些支柱碎片會使焊接點有缺陷，影響其機械強度。
由於板子不平坦而造成的缺陷，或者由於加強件幾何形狀形成的缺陷，使得焊縫就不總是很規則的。其結果是，藉助於超聲而對焊接點質量加以控制最終是困難的。
最後還要說一點，使用陶瓷支柱的焊接技術費用昂貴，其原因首先是由於要對所用陶瓷支柱進行測量且該支柱本身就昂貴，其次還由於焊接之後對陶瓷支柱定位及去除也是費用昂貴的長時間操作。
本發明的目的就是為了克服這些缺點，提供一種針對自提升式鑽機齒條加強件的焊接技術，該技術可使焊接點的抗疲勞性改進，而且比已知技術較為容易且更為節儉地進行焊接。
為了達到這個目的，本發明涉及一種用於組裝自提升式鑽機齒條部分的方法，該齒條部分由至少一塊矩形板子和至少一個加強件構成，該矩形板子包括處於其縱向側面上的齒部，該加強件的形式為半殼體，該半殼體沿著該至少一個加強件的縱向邊緣而被焊接在該至少一塊矩形板子的主面上，其特徵在於-由一厚度為T的突出部隔開的內斜面與外斜面，在至少一個加強件每個縱向邊緣上產生；-該加強件設置在該板子上；-在該加強件每個縱向邊緣的內部部分完成至少一個焊道(welding pass)，以便產生內焊縫，該焊縫的連接半徑R大於或等於4毫米；-以及在各斜面中的該加強件每個縱向邊緣的外部部分處，以外焊縫填充，而該焊縫產生於外加金屬的至少一個焊道上。
完成於加強件每個縱向邊緣內部部分處的至少一個焊道，最好是外加金屬的焊道。
另外，在內焊縫已經產生之後，且在各斜面中的加強件每個縱向邊緣的外部部分處已經填充之前，最好對內焊縫加以控制，如果必要，就把缺陷磨光並修補焊縫。
突出部的厚度T最好不大於內焊縫貫通深度、外焊縫第一焊道貫通深度及對缺陷做任何磨光的厚度之和。
內焊縫例如可由一種方法產生，該方法從下列方法中選用埋弧焊、金屬焊絲惰性氣體保護焊(MIG welding)、活性氣體保護電弧焊(MAG welding)、鎢極惰性氣體保護電弧焊(TIG welding)以及敷料電極焊(coated electrode welding)。外焊縫可由埋弧焊方法產生。
加強件可以是兩塊相鄰矩形板子的兩個加強件之間的連接件。
本發明還涉及自提升式石油鑽機的齒條部分，該齒條部分由至少一塊矩形板子和至少一個加強件構成，該板子包括處於其縱向側面上的齒部，該加強件的形式為半殼體，且沿著至少一個加強件的縱向邊緣被焊接在至少一塊矩形板子的主面上，該加強件用於使加強件內焊縫與矩形板子相連接的曲率半徑大於或等於4毫米。
處於加強件與矩形板子之間的至少一個連接焊接點，最好由至少一個內焊縫和至少一個外焊縫構成。
最後要說一點，本發明涉及一種設備(device)，其用於執行符合本發明的方法，該設備包括一個焊頭，該焊頭由一個噴嘴和一個斜面導向件(chamfer guide)構成，並由一個臂的末端所承載，該臂被安裝成與一活動滑座(carriage)相鉸接的，且該設備還包括用於為焊頭提供填充金屬(filler metal)、焊劑以及電動力的裝置。
執行符合本發明的方法所用設備，也可以包括一滑座，該滑座懸掛在纜索上，並承載著至少一個焊頭和導向裝置，而且還可以包括為至少一個焊接吹管(welding torch)提供填充金屬、焊劑以及電動力的裝置。
現在就參照附圖詳細說明本發明，但採用的是非限制性方式，在這些附圖中
圖1大略顯示自提升式鑽機的機腿部；
圖2是自提升式鑽機的齒條部件的透視圖；圖3是一截面圖，顯示在焊接之前的鑽機上齒條的加強件與板子之間的連接區；圖4是一截面圖，顯示在焊接之後的鑽機上齒條的加強件與板子之間的連接區；圖5的圖紙大略代表一設備，該設備用於把加強件焊接在鑽機上齒條的板子上；圖6是一設備的大略視圖，該設備用於焊接兩個齒條的兩個部分之間的連接區。
如圖1大略顯示的那樣，自提升式平臺的腿部包括豎直構件60、60』，該構件由齒條構成，並由柵格(grid)62彼此連接。齒條包括齒部64、64』，該齒部與齒輪63、63』嚙合，該齒輪屬於鑽機機身的高度調節設備。齒條由多個首尾相連而組裝的部分構成。如圖2所示，兩個鄰接部分1與2被設置為彼此相當的一個連續部分，且以焊接方式而組裝。由於該兩個部分是相同的，下文僅對部分1予以說明。
部分1由薄的矩形板子3構成，該板子的橫向面4與5帶有齒部41、51，齒輪可以與該齒部嚙合。在矩形板子3的上主面6與下主面7上，設置了形式為半殼體的加強件8與9，該加強件的長度小於矩形板子3的長度。半殼體狀加強件8與9沿著矩形板子3的縱向邊緣11與12而焊接在該板子上(在圖中只看得見上部加強件8的縱向邊緣)。由於第一部分1的半殼體狀加強件8與9和第二部分2的加強件8』與9』比構成為第一與第二部分的矩形板子3與3』短一些，在這些加強件之間就留有以上部連接件10與下部連接件10』填充的空間，該兩個連接件也是形式為半殼體的。這些連接件10與10』也是加強件。
連接件10與10』沿著與矩形板子相接觸的邊緣而被焊接在矩形板子3與3』上。所述連接件也被焊接在加強件8、8』和9、9』上，與例如沿著上部連接件10的邊緣14和14』合作。
為了把加強件例如圖2中附圖標記8所示的加強件沿著縱向邊緣11或12焊接在矩形板子3上，首先要對半殼體狀加強件8的邊緣11和12進行機械加工，以便在每個邊緣上形成被突出部17分隔開的外斜面15和內斜面16，如圖3所示那樣。突出部17是為了與矩形板子3及斜面15和16鄰接，而該斜面導致的矩形板子3與加強件8的切去下部是為了接納焊縫。
外斜面15的形狀是專業人員所知的，其包括凹下的外形，以便形成斜的側面19和斜面底部18。內斜面16既有平坦形狀，也有凹下形狀，也就是說，平坦形狀基本上包括斜壁21，而凹下形狀不僅包括斜壁21，還包括斜面底部20。在凹下形狀的情況下，斜面底部與斜壁21藉助於連接半徑22而被連接。
包含在外斜面15的斜面底部18與內斜面16的斜面底部20之間的材料，構成了突出部17。突出部17具有寬度T和高度d，該高度相當於斜面底部20的寬度。
當在上部加強件8與下部加強件9的兩個縱向邊緣上產生斜面之後，就構成了預組裝。為了進行該預組裝，兩個加強件即上部加強件8與下部加強件9被定位在矩形板子3的表面6與7上。於是產生焊接點，以確保預組裝的剛性。
一旦進行了預組裝，至少一條焊道就在每個加強件的斜面底部形成了，這就是所謂根部焊道，其用於形成根部焊縫23。這些根部焊道是藉助於外加焊接金屬的方法而形成的，此種方法例如有埋弧焊、金屬焊絲惰性氣體保護焊方法、金屬活性氣體焊接方法、鎢極電弧惰性氣體保護焊方法或敷料電極焊方法。焊接操作進行得使位於斜面16底部的突出部17裡的焊縫23，達到既定貫通級別。所完成的焊道的數量是根據幾何形狀選擇的，該幾何形狀按要求是為了讓根部焊縫得到的。該幾何形狀以焊縫的連接半徑R為特徵。以專業人員所知方式來看，焊縫的連接半徑就是朝向加強件內側的焊縫內表面的曲率半徑。當焊接操作在單一焊道中進行時，連接半徑R大於或等於4毫米，但是大約為4毫米。如果焊接操作是在好幾個焊道中進行，連接半徑R可以遠遠大於4毫米。
由於所要產生的焊接點的平均長度約為12米，考慮到所要安裝在石油鑽機上齒條部分的常規尺寸，焊接操作一般分為兩個步驟進行，使焊縫插在該齒條部分的中央。也就是說，首先，在一個末端開始焊接該部分的第一個半部，接著在第二末端開始焊接該部分的第二個半部。
產生了加強件的內焊縫之後，就清除加強件裡的焊縫，以便去除在焊接操作期間可能還附帶著的焊劑。接著，在內側對焊縫根部的不平坦加以控制。這種控制例如是藉助於照相機(camera)進行的。當缺陷消除時，這些缺陷於是從加強件的外側上磨光，以便去除對應區域中的金屬。一旦去除了金屬，就用與在內側完成焊道相同的方法修補焊縫，也就是說，從內部進行焊接。當在內焊縫上的控制和修補已完成了，且因此而提供了可靠的焊縫，就藉助於外加金屬的焊接方法例如埋弧焊法最終填充外斜面。於是，就對所有的焊接接頭進行驗磁及超聲波控制。
以此方式加工，就在加強件8與矩形板子3之間產生連接，如圖4所示那樣。該連接區域在內側處包括內焊縫23，該焊縫產生於一個或更多個焊道中，且其連接半徑R大於或等於4毫米，而且，在外側處產生由多個基本焊縫(elemental welding bead)24、25構成的焊縫，該基本焊縫以埋弧焊法產生。於是，焊接質量高，而內焊縫23和位於外斜面15底部處的第一基本焊縫25必須不留下任何未被佔據的空間。這樣就表現為內焊縫23與第一外部基本焊縫25某一程度的互相貫通。為了達到這個目的，突出部的厚度T必須小於內側處焊縫貫通深度與外側處第一基本焊道貫通深度之和，減去在外側處完成第一焊道之前可以磨光而去除的金屬厚度。內側與外側二者的貫通深度依賴於所用的焊接方法、該方法的能量參數(energy parameters)以及焊縫沉積處的凹陷部的幾何形狀而定。專業人員都知道如何形成焊縫的此種貫通深度。
一般而言，填充金屬可以根據為焊接的特性所布置的目標而選擇。
填充金屬可以具有像構成為加強件與矩形板子的金屬那樣的成分。在此情況下，焊接就會獲得相當於加強件與矩形板子特性的那些特性。
填充金屬也可以熔合為比構成為加強件與矩形板子所用金屬略微沉重的。在此情況下，焊接發生裂隙的風險就降低了。
最後要說一點，如果在焊縫中產生殘留壓縮應力，以便改進抗疲勞性，那麼，就可以使用比構成為加強件與矩形板子所用金屬較為沉重的熔合填充金屬。
專業人員都知道如何選擇與特定環境相符合的那些填料產品，並因此知道該人員所要達到的特定目標。
把加強件焊接在矩形板子上一般是在車間裡進行，齒條部分被布置在水平平面上。在構造鑽機腿部時，以此得到的該部分被現場組裝為豎直位置的。
為了進行焊接操作，就使用圖5所示專用工具。這些工具由較長的臂26構成，該臂一般長於7米，其兩端承載著一般標示為27的焊頭。焊頭27首先包括焊接噴嘴28，其次包括斜面導向件29，該導向件的用意是被支承在要想產生焊縫的那個斜面上。臂26藉助於其第二末端而安裝成鉸接在滑座30上，該滑座可在軌道34上移動。滑座30也可以或者也不可以是電機驅動的。滑座還可承載用於控制焊接參數的控制箱及系統32，以及承載焊絲卷(coil of wire)31，該焊絲卷會為焊頭提供焊絲。用於控制焊接參數的控制箱及系統連接著發電機(未顯示)，該發電機遠離滑座30。臂26的長度可調節以便適應斜面的長度，在該斜面上合乎做焊接的要求，該臂具有裝置，該裝置用於首先是傳送焊劑，其次是傳送填充金屬。焊劑由加壓套(pressurised sheath)傳送，該加壓套連接著焊劑供應設備，該設備本身是人們知道的且位於電機驅動滑座附近。填充金屬絲沿著臂26而被「推拉」系統傳送，該系統本身是人們知道的，且一般由電機驅動的推動輥和拉動輥構成。推動輥被布置在填充金屬絲卷31附近，且拉動輥被布置在焊頭27附近。焊劑供應設備一般包括一個烘箱(oven)，該烘箱也位於滑座附近。
在兩個相鄰齒條部分的加強件之間形成連接的連接件10、10』，其一側被焊接在加強件8和8』或9和9』上，該連接件插入該加強件之間，而且其另一側，沿著連接線14和14』，以焊接於加強件8與9上相同的方法，焊接在矩形板子上。以此方式，連接件的焊接點包括連接半徑大於4毫米的內焊縫。然而，當齒條部分在車間裡時，並不組裝連接件10與10』，而是當組裝石油鑽機時，才在現場組裝連接件。在組裝石油鑽機期間，齒條部分的各部件不是水平放置的，而是豎直放置。為了產生連接件的焊接點例如連接件10，因此就必須把焊頭引入加強件裡，更具體地說是要引入加強件與矩形板子之間的可用空間裡，並把該焊接裝置豎直地放低，達到要產生焊接點的區域。為了在加強件裡放低焊頭，就要使用如圖6所示設備。該設備包括帶有導向裝置36的滑座35，該導向裝置例如是小輥，且承載著兩個焊接吹管37與38，該焊接吹管被定向而能夠沿著兩個內部縱向邊緣11和12進行焊接。活動滑座懸掛在兩條纜索39上，該纜索可讓滑座在加強件裡升高或放低。
另外，活動滑座的一側被圖中未顯示的裝置連接在電動力源上，另一側連接在一裝置上，該裝置提供填充金屬例如填充金屬絲卷，且該另一側最終連接在一裝置上，該裝置供應焊劑，該焊劑既可以是固態焊劑，也可以是氣態焊劑。這些裝置本身都是人們所知的。
以上說明的方法是這樣一種方法根部焊道由使用填充金屬的焊接技術所完成。然而，也可以由不使用任何填充金屬的焊接技術完成該根部焊道。以此方式，也能得到令人滿意的結果。
一般而言，以上說明的方法具有在任何情況下均能提供焊根的優點，該焊根的幾何形狀，比起使用陶瓷支柱的技術所得焊根的幾何形狀來，更為令人滿意，尤其是因為內側處焊縫的最小連接半徑大於或等於4毫米。另外，當根部焊道由使用填充金屬的技術完成時，可以更適宜地選擇填充金屬以便調節焊根的機械特性。尤其是可以產生的焊根，其機械特性相對於自然而然形成的機械特性提高了。另外，如上文所述，該焊接方法在內側重複使用，並不必然使清除加強件裡的焊接點有任何困難，而這種困難在使用陶瓷支柱的焊接技術情況下則會發生。因此，該焊接方法的生產率就會大大提高。最後要說一點，由於焊縫並不會像使用陶瓷支柱的焊接那樣被碎屑汙染，該方法就更為連貫一致，並因此而更可反覆使用，也更便於控制。因此，所得到的焊接點比起已知方法得到的焊接點來，就更加可靠。
權利要求
1.用於組裝自提升式石油鑽機齒條部分(1、2)的方法，該齒條部分(1、2)由至少一塊矩形板子(3、3』)和至少一個加強件(8、8』、9、9』、10、10』)構成，該矩形板子包括處於其縱向側面(4、5)上的齒部(41、51)，該加強件的形式為半殼體，該半殼體沿著該至少一個加強件(8、8』、9、9』、10、10』)的縱向邊緣(11、12)而焊接在該至少一塊矩形板子(3、3』)的主面(6、7)上，其特徵在於—由一厚度為T的突出部(17)隔開的內斜面(16)與外斜面(15)在該至少一個加強件(8、8』、9、9』、10、10』)的每個縱向邊緣(11、12)上產生；—該至少一個加強件(8、8』、9、9』、10、10』)設置在該矩形板子(3)的主面(6、7)上；—在該至少一個加強件(8、8』、9、9』、10、10』)的每個縱向邊緣(11、12)的內部部分完成至少一個焊道，以便產生內焊縫(23)，該內焊縫的連接半徑R大於或等於4毫米；—以及在該至少一個加強件(8、8』、9、9』、10、10』)每個縱向邊緣(11、12)的外部部分處，以外焊縫填充斜面，而該外焊縫產生於外加金屬的至少一個焊道上。
2.如權利要求1所述方法，其特徵在於在該至少一個加強件(8、8』、9、9』、10、10』)每個縱向邊緣(11、12)的內部部分完成的至少一個焊道(23)，是外加金屬焊道。
3.如權利要求1或2所述方法，其特徵在於在內焊縫(23)形成之後且在該至少一個加強件(8、8』、9、9』、10、10』)的縱向邊緣(11、12)外部部分處的斜面(15)被填充之前，內焊縫(23)被進一步控制，如果必要，就把缺陷磨光並修補內焊縫(23)。
4.如權利要求1至3中任一項權利要求所述方法，其特徵在於突出部(17)的厚度T小於內焊縫(23)貫通深度、外焊縫第一焊道貫通深度及任何磨光的缺陷厚度之和。
5.如權利要求1至4中任一項權利要求所述方法，其特徵在於內焊縫(23)由從埋弧焊、金屬焊絲惰性氣體保護焊、活性氣體保護電弧焊、鎢極惰性氣體保護電弧焊以及敷料電極焊等方法中選用的一種方法產生。
6.如權利要求1至5中任一項權利要求所述方法，其特徵在於外焊縫由埋弧焊方法產生。
7.如權利要求1至6中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於該至少一個加強件(10、10』)是一連接件，其處於兩個相鄰矩形板子(3、3』)的兩個加強件(8、8』、9、9』)之間。
8.自提升式石油鑽機的齒條部分，該齒條部分由至少一塊矩形板子(3、3』)和至少一個加強件(8、8』、9、9』、10、10』)構成，該矩形板子包括處於其縱向側面(4、5)上的齒部(41、51)，該加強件的形式為半殼體，該半殼體沿著該至少一個加強件(8、8』、9、9』、10、10』)的縱向邊緣(11、12)而焊接在該至少一塊矩形板子(3)的主面(6、7)上，其特徵在於內焊縫(23)的連接曲率半徑大於或等於4毫米。
9.如權利要求8所述的齒條部分，其特徵在於加強件(8、8』、9、9』、10、10』)與矩形板子(3)之間的至少一個連接焊接部，由至少一個內焊縫和至少一個外焊縫構成。
10.用於實施權利要求1至6中任一項權利要求所述方法的設備，其特徵在於它包括由噴嘴(28)與斜面導向件(29)構成的焊頭(27)，該焊頭由安裝成鉸接在一活動滑座(30)上的臂(26)的末端所承載，且該設備包括用於為焊頭提供填充金屬、焊劑以及電力的裝置。
11.用於實施權利要求7所述方法的設備，其特徵在於它包括承載著至少一個焊頭(37、38)和導向裝置(36)的滑座(22)，該滑座在纜索(29)上懸掛，且該設備包括用於為焊頭(37、38)提供填充金屬、焊劑以及電力的裝置。
全文摘要
本發明涉及一種組裝自提升式石油鑽機齒條部分(1)的方法，該齒條部分(1)包括至少一塊矩形板子(3)和至少一個加強件(8)，該矩形板子包括處於其縱向側面(5)上的齒部(51)，該加強件的形式為半殼體，該半殼體沿著該至少一個加強件的縱向邊緣(11)而焊接在該至少一塊矩形板子的主面(6)上，從而沿著該至少一個加強件(8)的每個縱向邊緣(11)產生被一有厚度T的隆起部分隔開的內斜面與外斜面，該至少一個加強件(8)被放置在該矩形板子(3)的主面(6)上，沿著該至少一個加強件每個縱向邊緣(11)的內部部分形成至少一個焊道，從而產生內焊縫，該焊縫的連接半徑R大於或等於4毫米，且位於該至少一個加強件每個縱向邊緣外部部分上的斜面上，被有金屬沉積的至少一個焊道所產生的外焊縫所填充。
文檔編號B23K31/02GK1833076SQ200480022781
公開日2006年9月13日 申請日期2004年6月29日 優先權日2003年7月2日
發明者D·卡達蒙, P·馬貝裡 申請人:工業鋼鐵法國公司, Civad股份有限公司