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旋挖钻机钻杆下管开裂预防技术研究
| 论文题名： | 旋挖钻机钻杆下管开裂预防技术研究 |
| 关键词： | 旋挖钻机;钻杆下管;开裂预防;焊缝打磨;焊接工艺 |
| 摘要： | 与常规钻机相比，旋挖钻机具有成孔质量好、污染小、钻进辅助时间少等特点，已成为桩孔施工的主要设备，在我国的占有率近些年一直居于首位。钻杆下管是旋挖钻机的主要传力部件，结构及受力复杂，旋挖钻机的广泛使用推动着钻杆性能的研究。国内对钻杆的研究大多集中在受力分析和仿真模拟，忽略了焊缝对结构的影响，也未进行实际的结构改进和工艺改进的研究，钻杆焊缝开裂问题依然层出不穷。在综合分析焊接对下管结构影响的基础上，进行下管结构和焊接工艺改进，对于减少钻杆焊缝开裂故障，提高钻杆的服役能力，保证工程项目的安全可靠具有重要意义。 本文对下管故障原因及开裂形式进行统计分析，对钻杆下管开裂原因进行分析，确定了需从结构和焊接工艺两个方面进行改进预防下管开裂。 对钻杆下管结构进行了分析和改进，针对外键与钢管连接结构进行了有限元分析，对比了无加强板和有加强板结构的应力状态确定了优选的结构；针对内外键连接结构，通过有限元分析环形未搭接和环形搭接结构，确定了优选的内外键连接结构；焊接热输入和施工对搭接量的影响，通过理论计算确定优选的搭接量；针对内键与钢管连接结构从焊接角度进行了分析，提出内键焊缝端部优化及塞焊孔孔形的结构改进措施。 对钻杆下管焊接工艺进行了分析和改进，研究了外键焊缝和内键焊接工艺，从焊接方法、焊接位置、焊后处理、焊接工艺参数等方面进行了改进。将外键焊接工艺由单道焊改为双道焊，焊后增加焊缝锤击和焊缝打磨，通过微观组织分析确认改进效果。将内键主焊缝焊接方法由手工焊改为机器人自动焊，焊接参数进行了优化，通过金相组织验证改进的有效性；对内键与钢管连接的腰形孔的切割工艺和焊接工艺进行了改进，得到了成形良好的腰形孔焊缝。 对改进前后的下管试样进行疲劳试验和对比分析，试验结果表明改进后下管试样平均疲劳寿命有明显提高。对改进后的钻杆进行硬质岩层施工工地打桩试验验证改进效果；对改进后钻杆工程应用情况进行跟踪，故障率显著降低。 |
| 作者： | 梁天文 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 金天国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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