石油工程专业机械制造基础考试题库

石油工程专业机械制造基础考试题库引言机械制造基础是石油工程专业的核心技术基础课，石油钻机、抽油机、输油管道、井口装置等装备的设计与制造，均依赖铸造、锻造、焊接、切削加工等工艺方法。本题库围绕“基础理论+石油工程场景”设计，涵盖选择题、判断题、简答题、综合应用题四大模块，既适配课程考核要求，又助力学生理解工艺方法在石油装备制造中的实践逻辑，为后续《石油机械设计》《石油装备制造工艺》等课程及职业发展（如石油装备工程师、工艺设计师）筑牢知识底座。一、选择题（每题1分，共20题）1.石油钻机转盘体（大型复杂铸件）优先采用的铸造工艺是（）A.金属型铸造B.砂型铸造C.压力铸造D.熔模铸造答案：B解析：转盘体属于大型、结构复杂、小批量生产的零件，砂型铸造工艺灵活、成本低，可适配复杂内腔与外形；金属型铸造适合批量大的简单件，压力铸造适合薄壁小件，熔模铸造适合高精度复杂件（如钻头叶轮），因此选B。2.加工石油钻杆接头内螺纹（高精度、大尺寸）时，优先工艺是（）A.车削B.铣削C.攻丝D.滚压答案：A解析：钻杆接头内螺纹需严格控制牙型、螺距公差，数控车削可通过编程精确控制切削参数（如进给量、切削速度），保证螺纹精度；攻丝适合小尺寸螺纹且精度略低，滚压适合外螺纹或塑性材料，铣削效率低且精度难控，因此选A。3.石油输油管道（X80管线钢）焊接时，优先焊丝类型是（）A.低碳钢焊丝B.低合金钢焊丝C.不锈钢焊丝D.铸铁焊丝答案：B解析：X80管线钢属于高强度低合金钢，焊接时需保证焊缝强度与母材匹配，低合金钢焊丝（如ER55-G）的化学成分、力学性能与X80钢适配，可避免焊缝裂纹或强度不足；低碳钢焊丝强度不足，不锈钢/铸铁焊丝与母材兼容性差，因此选B。4.抽油机曲柄（承受交变载荷）的毛坯工艺宜选（）A.铸造B.锻造C.焊接D.冲压答案：B解析：曲柄受交变载荷，需高疲劳强度与韧性，锻造通过塑性变形细化晶粒、消除铸造缺陷（如气孔、缩松），使金属组织致密，力学性能显著提升；铸造易产生内部缺陷，焊接/冲压难以满足复杂形状与力学性能要求，因此选B。5.石油钻头切削齿（硬质合金）的成型工艺是（）A.锻造B.压铸C.粉末冶金D.熔模铸造答案：C解析：硬质合金由难熔金属碳化物（如WC）与粘结剂（如Co）通过粉末冶金工艺（混粉→压制→烧结）成型，可精确控制成分与硬度（HRA85-92），满足钻头切削齿的高耐磨性要求；锻造/压铸/熔模铸造无法实现硬质合金的组织均匀性，因此选C。（注：剩余15道选择题围绕“铸造工艺选择、焊接参数匹配、切削刀具选择、热处理工艺应用、公差配合设计”等知识点，结合石油机械场景设计，解析突出行业特性。）二、判断题（每题1分，共10题）1.石油管道埋弧焊时，增加焊接电流可提高速度，但会降低焊缝强度。（）答案：×解析：合理增加焊接电流（同步匹配电压、速度）可提高熔深与效率，且焊缝强度不会显著降低；仅当电流过大且未匹配参数时，才会因热输入过高导致晶粒粗大、强度下降。因此该说法错误。2.石油钻机天车滑轮采用锻造毛坯，因锻造可提高金属力学性能。（）答案：√解析：锻造通过塑性变形细化晶粒、消除铸造缺陷，使金属组织致密，强度、韧性等力学性能显著提升；天车滑轮受交变载荷，需高力学性能，因此锻造毛坯合理。3.石油机械零件的“尺寸精度”仅由加工工艺决定，与毛坯质量无关。（）答案：×解析：毛坯的余量均匀性、组织致密性会影响加工变形（如铸造毛坯的内应力释放易导致加工后尺寸超差），因此尺寸精度需“毛坯质量+加工工艺”协同控制。4.石油井口装置闸板（密封件）的表面粗糙度越低，密封性能越好。（）答案：√解析：闸板密封面的表面粗糙度（如Ra≤0.8μm）直接影响密封效果，低粗糙度可减少泄漏通道，提高高压（如70MPa）下的密封可靠性。（注：剩余6道判断题围绕“工艺原理（如铸造分型面选择、切削刀具寿命影响因素）、质量控制（如焊接预热的作用、热处理工艺的适用场景）”设计，解析结合石油机械失效案例（如钻杆疲劳断裂、管道焊接裂纹）。）三、简答题（每题10分，共4题）1.分析石油抽油机曲柄的加工工艺路线及各工序作用。参考答案：抽油机曲柄是承受交变载荷的关键零件，工艺路线为：1.锻造毛坯：通过模锻细化晶粒、消除缺陷，提高疲劳强度（锻造比≥3）；2.粗加工（铣/刨）：去除大部分余量（留3-5mm半精加工余量），提高加工效率；3.调质处理：850℃淬火+600℃回火，获得“高强度+高韧性”的综合力学性能（抗拉强度≥800MPa，冲击韧性≥30J/cm²）；4.半精加工（数控铣/车）：加工轴颈、销孔等关键尺寸（精度IT8-IT7），为精加工留0.5-1mm余量；5.精加工（磨削）：磨削轴颈、销孔（表面粗糙度Ra≤1.6μm，圆柱度≤0.02mm），满足装配精度；6.探伤检测：磁粉/超声探伤，排查表面/内部裂纹（疲劳载荷下缺陷易扩展导致断裂）。2.阐述石油输油管道焊接的质量控制要点。参考答案：输油管道（尤其是高压、长输管道）焊接质量直接影响安全性，控制要点包括：1.材料匹配：焊丝/焊条化学成分与管材（如X70/X80管线钢）匹配，避免焊缝裂纹（如选用ER55-G低合金钢焊丝）；2.工艺参数：埋弧焊需匹配“电流（500-800A）、电压（28-36V）、焊接速度（30-60cm/min）”，保证熔深（≥管道壁厚的70%）与焊缝成形；3.坡口制备：采用V型/U型坡口（角度60°-70°，钝边1-2mm），保证根部熔合，减少未焊透；4.预热/后热：厚壁管道（壁厚≥20mm）焊接前预热（100-150℃），减少热应力；后热（200-250℃，2h）消氢，防止冷裂纹；5.无损检测：焊后采用射线探伤（RT）检测内部缺陷，超声探伤（UT）检测焊缝分层，磁粉探伤（MT）检测表面裂纹；6.应力消除：对重要管道（如深海输油管道）进行焊后热处理（如600℃退火），消除残余应力，防止使用中开裂。3.对比分析石油钻机齿轮的“滚齿”与“插齿”工艺选择。参考答案：工艺滚齿插齿------------------效率高（连续切削，适合批量生产）低（往复切削，适合单件/小批量）精度可达IT7-IT8（适合一般精度齿轮）可达IT6-IT7（适合高精度、内齿轮）适用场景钻机**外啮合直齿/斜齿齿轮**（如转盘齿轮、绞车齿轮），批量大时优先钻机**内齿轮、多联齿轮**（如变速箱内齿轮），或精度要求高的外齿轮选择依据：滚齿效率高，适合钻机外齿轮的批量生产；插齿精度高、适配复杂齿形，适合内齿轮或高精度外齿轮（如钻机分动箱齿轮）。4.说明铸造缺陷（如缩孔、砂眼）对石油机械零件的危害及预防措施。参考答案：危害：缩孔/砂眼会降低零件强度、气密性（如输油管道砂眼导致泄漏，钻机缸体缩孔导致高压失效）；缺陷处易产生应力集中，在交变载荷下（如抽油机曲柄）引发疲劳断裂。预防措施：缩孔：优化浇注系统（如设置冒口、冷铁），使铸件顺序凝固，缩孔集中于冒口后去除；砂眼：严格控制型砂质量（透气性、强度），改进造型工艺（如采用树脂砂造型，减少砂粒脱落），清理浇道杂质。四、综合应用题（20分）设计“石油井口防喷器闸板”的加工工艺方案（要求：材料选择、工艺路线、质量控制）。1.功能与材料要求防喷器闸板用于封闭高压井口（压力35-105MPa），需具备高强度、高耐磨性、耐腐蚀性。材料选用：合金结构钢（如35CrMo）：调质后硬度HRC45-55，抗拉强度≥800MPa，冲击韧性≥30J/cm²；耐磨铸铁（如镍硬铸铁）：淬火后硬度HRC50-58，耐磨性优于碳钢。2.工艺路线（以35CrMo为例）1.模锻毛坯：锻造比≥3，坯料留3-5mm加工余量（改善组织致密度，提高疲劳强度）；2.粗加工（数控铣床）：铣削平面、轮廓，钻定位孔（vc=80-120m/min，f=0.1-0.2mm/r，ap=3-5mm）；3.调质处理：850℃淬火（油冷）+600℃回火（空冷），获得综合力学性能；4.半精加工（数控铣床）：精铣平面（平面度≤0.05mm）、轮廓，铰定位孔（精度H7，vc=100-150m/min，f=0.05-0.1mm/r）；5.精加工（平面磨床）：磨削密封面（表面粗糙度Ra≤0.8μm，平面度≤0.02mm，vc=30-50m/s，f=0.01-0.03mm/r）；6.氮化处理：550℃、20h气体氮化，表面硬度HRC65以上，提高耐磨性与耐腐蚀性；7.质量检测：三坐标测量尺寸，洛氏硬度计检测硬度，磁粉探伤检测表面裂纹。3.关键工序质量控制模锻：控制锻造比（≥3）与终锻温度（850-900℃），保证组织均匀；调质：严格控温（±5℃），淬火后1h内回火，防止开裂；磨削：采用乳化液冷却，定期修整砂轮，防止热变形与烧伤；氮化：控制氨气流量（0.5-1.0m³/h）与温度，保证氮化层厚度（0.1-0.2mm）均匀。五、总结本题库立足“石油工程+机械制造”的交叉场景，通过“基础理论题+工程应用题”的组合，帮助学生构建“工艺