游梁平衡式抽油机的结构分析和焊接工艺探讨

梁志波

摘要抽油机是油田开采中的重要设备，其性能稳定与否对油田的产量有着很大的影响。文章主要是通过对游梁平衡时抽油机结构进行分析，阐述了各部件的结构特点，针对结构特点探讨合理的焊接工艺，保证焊接质量，为相关制造、使用企业提供参考。

关键词抽油机；焊接；变形

中图分类号：TE933 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）11-0094-01

抽油机是油田开采中的重要设备，目前，国内油井中有超过90%的为机械采油井，在机械采油井中又以抽油机抽油井居多，达到了80%，采油量超过了总采油量的3/4。使用最多也是时间最长的机型就是常规性游梁式抽油机，该抽油机采取四连杆机构设计，组成主要包括驴头、支架、连杆、底座、横梁、游梁、动力驱动装置和曲柄装置等，其组成除了动力驱动装置、曲柄装置外，基本都是焊接结构，抽油机的使用性能以及质量就直接由焊接质量决定，制定合理的焊接工艺和有效执行就显得更为重要。本文主要是针对游梁平衡式抽油机的各个部件进行结构分析和焊接工艺的制定，以此探讨提升抽油机质量的途径。

1驴头

驴头的主要作用是支撑抽油杆悬绳以及对载荷的提升，如果发生弧面变形，会对抽油杆的运行性和稳定性产生较大影响。驴头的结构为扁箱形，两侧支撑板承受了主要力，箱内的机构为混合骨架。各构件通过焊接形成内部结构较复杂的刚性整体，如果焊缝中出现微小裂缝会朝临近构件传递，对其形成破坏而影响到整体结构，所以在焊接的过程中要严格控制焊接应力集中。与其他构件相比，驴头在焊接工作量上更大，多为内部焊接且为短缝，除长圆弧焊缝之外，都必须使用手工电弧焊，无法实现高效焊接，工作效率无法提升。

针对驴头的结构特点，在进行焊接工艺设定时要减少其焊接应力和变形。主要是通过对焊接顺序进行合理设定来对结构变形、残余应力分布进行改善。在对弧板进行焊接前需要先焊接内置加强板，再对弧板与侧板之间的角焊缝进行焊接，以此来控制驴头的形变。构件焊接的原则是先焊对接焊缝、立焊缝，后焊角焊缝、平焊缝。焊接侧板与连接板之间较大刚度的焊缝时应保证高速焊完。

2游梁

游梁决定了抽油机整体的稳定性，其结构为杠杆机构，这就需要有较好的刚度和强度。根据抽油机型号大小的不同有着不同的游梁结构，一般大型采取箱形梁，中小型采取工字形梁，多采取生产效率较高的自动焊，但是在制作过程中会出现较大的变形。鉴于游梁侧板、底板和顶板的长窄结构，进行焊接时容易出现波浪变形而影响其稳定性、强度以及刚度，同时还需要保证倾斜量以免出现扭曲变形，对安装和运行产生影响。

游梁的焊接工艺设定主要是使用工装夹具来对其波浪变形和扭曲变形进行控制，使其焊接质量得到保障。为提升装配的效率、质量，对于游梁的装焊可采用胎夹具装配法；在进行侧板、底板和顶板的焊接过程中，焊接方法为在控制电流大小的情况下采取两侧同时焊接，使游梁的变形公差不超出设计范围；鉴于筋板和封箱板之间无法焊接，以底板为封箱盖板可优化受力分布，先焊筋板焊缝，后焊底板、侧板和顶板形成的角焊缝；该角焊缝为保证变形量，在采取买弧自动焊双机头对称焊接时必须严格控制电流。大刚度焊缝须迅速完成。

3连杆

连杆的组成包括上接头、下接头和管件，通过焊接组成的简单结构，是主要的运动部件。精度不够或是较大的形位公差都会对抽油井的运行和更换部件时的互换产生影响；连杆的长杆结构使得其更为单薄，为保证运行中能适应交变载荷，就需要保证其弯曲和拉伸强度，还需要对受压稳定性进行校核；较长的工件不方便在设备中加工，所以应先加工再进行焊接。

作为抽油机部件中的薄弱环节，连接的焊接质量对抽油机性能有很大影响。为保证生产效率和质量，焊装通常采取定位装配法，焊接使用直流点焊接，速度要快且不能中断，根据焊件的不同要求进行保持温度或加热；在焊接完成后须对残余应力进行消除，如使用高频振动仪等，最后进行外观检查和无损探伤。

4横梁

横梁的主体一般是工字梁或箱形粱，要求很高的精度和形位公差。为保证连杆销孔和横梁上平面之间的同轴度和水平度，构件要在焊接完成后再采取机加。对于横梁的焊接须采取工装夹具进行固定，避免过大的扭曲变形。成型焊焊缝要在对电流进行严格控制的情况下双面焊接；采取定位装配法对连杆销套和横梁焊装及焊接；在冷加工之前需要将残余应力消除，通常采取焊后保温或是加热的方法实现。

5底座

底座是整个抽油机的支撑部件，需要有很好的刚度和强度，否则会直接影响到抽油机的稳定性。底座的框架是通过工字梁阻焊而成，支撑减速器箱体的上部通常使用效率较低的手工电弧焊，也存在一定程度的变形。底部为长窄结构，焊接会发生扭曲变形而影响到装配，为保证后续的加工精度以及安装，需要保证上部箱体和底部平行。

为提升装配效率和质量，底座的焊接采取胎夹具装配法焊接；为控制扭曲变形的程度，主梁和横筋之间的焊缝需要先焊后添加加强板，焊接方向是从中心延伸到外侧；焊接的原则是先焊对接焊缝、立焊缝，后焊角焊缝、平焊缝，大刚度焊缝须迅速完成。

6支架

支架是抽油机衍架结构的支撑部件，直接影响到整体的稳定性，需要很好的刚度和强度。其前、后架为衍架式结构，通常采用低效率的手工电弧焊，且容易发生变形。由于衍架式结构存在不同部件交错的情况，焊接时产生的扭曲变形会对安装和运行造成很大影响。影响抽油机安装精度的另一个因素是支架平焊装焊时的平行精度，需要进行严格控制。支架的焊接工艺基本与底座的焊接工艺相同。

在进行整体组队中，装焊工艺主要为配对倒装法，首先需要保证游梁和驴头是配对使用。在进行配对后焊接就较为灵活，不会过多依赖于设备，也存在一些缺点，主要是游梁和驴头没有互换性，返修时需要返厂调试。

通过对游梁平衡时抽油机结构进行分析，阐述了各部件的结构特点，针对结构特点探讨合理的焊接工艺，保证焊接质量，为相关制造、使用企业提供参考。但是由于企业之间存在人员、设备、技术能力上的差异，具体的焊接工艺就需要结合实际情况进行制定。

参考文献

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