石油钻杆自动化生产技术及应用研究

论文摘要

随着油气资源勘探开发力度的不断加大,钻井技术得到了快速发展,作为钻井的重要工具—石油钻杆越来越受到人们的重视,钻杆的品质和技术进步直接影响到钻井的效率和安全。国内钻杆的制造技术已经发展了十多年,但在生产装备和工艺技术方面仍与国外知名厂家有较大的差距。国内大多的生产线自动化程度低,工人劳动强度大,研发创新能力差,产品质量的稳定性受装备精度和操作人员技术水平的影响较大,因此我国虽然是钻杆生产的大国,但不是强国。本论文依托渤海能克钻杆有限公司钻杆生产线扩能项目,研究石油钻杆自动化生产技术与应用,设计开发一条国内领先、国际一流的自动化钻杆焊接生产线,形成拥有自主知识产权的专有技术,满足石油工业快速发展的需要。本文围绕着高效率、高品质两条主线展开研究,在分析国内外现有装备和先进工艺技术的基础上,结合渤海能克公司十多年的生产经验,重点研究对质量和效率影响较大的摩擦焊接、焊缝热处理、摩擦焊后自动化控制三个方面。对于核心设备摩擦焊机,引入技术成熟的工业机器人代替传统方式的物料搬送,与料筐转台、接头缓冲台架组成全自动生产单元,同时利用机器人进行接头长度的测量,配合焊机控制系统形成焊后焊缝长度自动测量和焊接信息自动传送的专有技术。通过感应线圈与钻杆的对中性、淬火液和温度的控制三个环节对中频热处理过程进行了质量提升。在焊后自动化控制中创造性提出焊缝齐头的理念,改变了以往靠经验判断的方式,解决了焊缝自动定位的难题。控制系统运用当前先进的工控技术组成了数字化网络结构,统一指挥协调各设备自动运转,同时结合工艺开发了质量管理软件,通过工控机和触摸屏建立起人机交互界面,实现了加工过程的自动跟踪、记录、查询、保存,在生产控制自动化的基础上实现了信息管理自动化。目前,扩能项目已建成投产,通过对产品性能分析,钻杆质量远高于行业标准。经过连续大批量的生产,证明了课题选题准确,技术先进合理,创新技术已在生产中得到检验和应用。课题的完成使企业达到了通过提高装备水平来提高核心竞争力的目的,为实现传统制造业向现代制造业转变奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 选题意义
• 1.2.1 提高装备水平是中国石油战略规划的需要
• 1.2.2 保持行业领先地位的需求
• 1.2.3 形成专有技术抢占高端市场
• 1.3 国内外发展现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 1.4.1 产品及工艺简介
• 1.4.2 技术路线
• 1.4.3 研究的重点及难点
• 第二章 钻杆摩擦焊
• 2.1 摩擦焊原理
• 2.2 工艺优化
• 2.2.1 焊接面的改进
• 2.2.2 摩擦压力控制改进
• 2.2.3 焊接过程数字化管理
• 2.3 焊接质量评价
• 2.3.1 焊缝断口检查
• 2.3.2 毛刺尺寸检查
• 2.3.3 金相组织试验
• 2.3.4 弯曲试验
• 2.3.5 硬度试验
• 2.3.6 评价结论
• 2.4 搬运机器人
• 2.4.1 机器人与传统搬运方式对比
• 2.4.2 机器人选型
• 2.4.3 机器人动作实现
• 2.4.4 机器人测量接头长度
• 2.5 焊后焊缝尺寸计算
• 2.6 焊接内毛刺冲切
• 2.6.1 内冲工艺的起因
• 2.6.2 内冲头形式
• 2.6.3 内冲实现
• 2.7 本章小结
• 第三章 焊缝热处理质量提升
• 3.1 焊缝热处理工艺及要求
• 3.2 感应线圈对中
• 3.2.1 感应加热原理
• 3.2.2 焊缝的轴向对中
• 3.2.3 焊缝的圆周方向对中
• 3.3 淬火液
• 3.3.1 淬火液选择
• 3.3.2 淬火液参数确定
• 3.4 温度控制
• 3.4.1 红外测温仪选择
• 3.4.2 温度闭环控制
• 3.4.3 温度记录仪
• 3.5 热处理质量评定
• 3.5.1 中频炉性能评定
• 3.5.2 机械性能评价
• 3.5.3 硬度试验（HRC）
• 3.5.4 焊缝金相分析
• 3.5.5 试验结论
• 3.6 本章小结
• 第四章 焊后自动化控制
• 4.1 焊后工序的生产现状
• 4.2 本章需要解决的问题
• 4.3 齐头装置
• 4.3.1 齐头装置的功能
• 4.3.2 控制方案
• 4.3.3 电气设计
• 4.4 焊后自动控制系统
• 4.4.1 系统设计
• 4.4.2 网络配置
• 4.4.3 搬送装置数据管理
• 4.4.4 触摸屏的使用
• 4.5 质量管理软件开发
• 4.5.1 需要实现的功能
• 4.5.2 用户界面开发
• 4.5.3 数据库管理与访问
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论及应用
• 5.2 展望与提高
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 作者简介
• 详细摘要