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。