野外条件下井架型钢矫正论文
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野外条件下井架型钢的矫正
摘要：在中东地区施工的钻机普遍采用整体搬迁运输方式。
搬迁过程中难免会产生前后牵引的拉伸作用和上下颠簸的弯扭作用积压，从而造成井架主型钢产生变形。
通过利用有限的施工资源，对井架结构上局部加热，使结构的某些部位被塑性压缩，冷却以后由残留的局部收缩而获得矫正使构件的形状和功能进行恢复，使得实施达到预期的效果。
关键词：扭曲变形矫正火焰加热加强
一、前言
目前，因钻井工艺的需要，石油钻井用井架全长均超过43米。
由于中东地区的施工环境空旷，钻机普遍采用整体搬迁运输方式。
但因现场工作环境恶劣及搬迁地形崎岖不平，搬迁过程中难免产生前后牵引的拉伸作用和上下颠簸的弯扭作用积压，从而造成井架主型钢产生变形。
该变形将严重影响设备安全使用性能，使钻井工作的无法正常运转，给公司带来极大的损失。
在野外环境下，由于没有专用工装夹具不能对工件进行刚性固定，型钢的矫正问题是现场施工人员重要的质量控制点之一。
二、井架主型钢变形原因分析
井架在搬运过程中，主型钢通常会因外力原因发生弯曲变形、扭曲变形等问题。
根据钻采设备质量检验标准规定：井架总装后，应保证井架主型钢在全长范围内直线度公差值小于全长的
0.3/1000；主型钢翼缘板扭曲值h/250≤1.0。
如果结构变形量超过
了允许的数值必须进行矫正以恢复其使用功能。
1.弯曲变形
型钢构件在外力作用下实际中心线偏离设计中心线，产生一定的挠度，腹板在膨胀力作用下产生压缩塑性变形，使腹板与翼板构成的t型梁弯曲。
2.扭曲变形
由于固定位置不合理或安装质量不好，造成型钢构件实际中心线绕设计中心线发生转动，腹板与翼板成螺旋状态。
三、型钢矫正的方法
1.机械施压
机械施压为强制矫正方法，此种方法针对截面较小的工件有效。
施工前需准备临时操作平台并找平上平面，平面度小于3.0mm。
针对井架主型钢弯曲或扭曲变形，准备正反丝杠等、紧链器等工具。
用粉线把工件主型钢两侧绷直找到弯曲和扭曲变形的中心轴线，从梁的两侧测量出变形的最高点，两点的连线即为弯曲或扭曲变形的轴线。
在临时操作平台上将工件体用夹具夹紧，两端用紧链器固定锁紧。
梁的位置应凸面向上利用外力进行反向施压，梁的两端与地面接触的地方尽量减少运动阻力。
（拱面朝上，如图1）图1主型钢矫正工装
2.火焰加热
火焰加热利用不均匀的热量使结构获得反向的变形来补偿或抵
消原来的变形，适用于板厚大于10mm的工件的矫正，能消除很多机械矫正无法解决的变形。
火焰矫正的加热方法可分为点状加热、线状加热、三角形加热，掌握火焰局部加热引起的变形的规律是做好矫正的关键，决定火焰矫正效果主要是加热的位置和加热温度。
参见表1各种颜色可判别温度范围。
低碳钢和普通合金的焊接结构的加热温度应控制在650～770℃范围内，一般不宜超过8300c。
加热构件要加热透和均匀，否则易引起翘曲变形。
火焰加热要根据板厚，选择相应的合适的火焰矫正基本参数。
对于低碳钢来说，可近似地凭观察钢材的加热颜色估计加热温度，微红加热范围在中心轴线两侧50～100mm内。
板材加热颜色及其相应温度表1
2.1三角形加热法加热面成等腰三角形，加热面的的高度和底边宽度一般控制在型材高度的1/5～2/3范围内；加热位置应处于工件凸起的一侧，三角形顶部在工件内侧并指向变形中心，底边在工件外侧边缘处。
通过对工件凸起处加热数处，加热后收缩量从三角形顶点起沿等腰三角形的两边逐渐增大，当冷却时凸起部分产生收缩使得工件得以矫正。
加热面的数量由变形的幅度、板材的厚度来确定，幅度、厚度越大，则所需的加热面越多。
对于型钢拱变形，需对型钢拱形上部的翼缘和腹板加热，通过上部翼缘和腹板的收缩将钢梁拉直；对于型钢扭曲变形，则需对钢梁旁弯外侧上下翼缘边处加热，通过上下翼缘外边的收缩将钢梁拉直。
2.2采用直线加热法进行矫正。
采用构件中性轴一侧火焰，垂直
于中性轴横向线状加热，则加热冷却产生的横向压缩塑性收缩变形使构件向另一侧弯曲。
可在梁、柱外有内筋板腹板焊缝处及中性轴以下横向火焰加热，并在盖板对应处也横向加热，可矫正构件的弯曲变形；另一方面可矫正有构件内筋板横向焊缝引起的扭曲变形。
加热后立即水冷，水冷后进行二次加热。
二次加热后自然冷却，不再进行水冷。
3.消除应力
3.1加载法
现场条件的制约将矫正过得工字梁建议采用该方法。
加载法就是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相互抵消一部分，达到松驰应力的目的。
3.2 捶击法
想要更好的消除残余应力建议采用该方法。
四、型钢矫正后的加强
在矫正过得部位是受力最薄弱的地方。
所以加焊筋板和贴板。
贴板或筋板的厚度为12mm，（如图2）。
在焊接过程中采用锤击法［捶击焊缝区可是焊缝延伸从而降低内应力］锤击保持速度均匀适应。
图2 加强区域
焊接过程可采用e5016焊条，该焊条属低氢钾型焊条，其机械性能比钛钙型焊条好，特别是冲击韧性远超过钛钙型焊条，抗裂纹能力较强，适合焊接中碳钢及重要结构合金钢结构。
使用前烘干至
350℃，保温2小时，随用随取，焊接时，应采用短电弧，以减少气孔。
e5016熔渣粘度大，熔渣滞后熔池铁水，易观察熔池，不易产生夹渣。
焊条左右摆动时，两侧稍做停留，防止产生咬边。
收弧时采用回焊法，填满弧坑，焊后做磁粉探伤。
加强部位焊接坡口成30度焊接，采用合理的焊接顺序如：第一道打底焊，第二道、第三道填充，第四道盖面。
（e5016焊条焊接参数见表2。
）
表2 e5016焊条焊接工艺参数
五、结束语
野外条件下石油钻机井架主体型钢的矫正，关键是在于利用有限的施工资源，采用有效的措施对构件的形状和功能进行恢复。
由于我们在现场实践过程中，通过对变形的研究，掌握其变形规律，采用了正确的操作工艺使得实施达到预期的效果，解决了难题，保证钻井设备正常开钻，减少公司的损失。
参考文献
[1]《机械工程设计手册》.
[2]《焊接结构设计原理》.
[3]《材料与焊接规范》.
作者简介：陈刚（1979-）男，汉，山东郓城人，工程师，主要从事石油机械设计工作。
