[發(fā)明專利]V150鋼級(jí)鉆桿壓接成型工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210236025.2
• 申請(qǐng)日: 2012-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN102773603A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫家棟;趙紹春;徐斌;尹剛乾;梁賀強(qiáng);李松;王青林;李慧;果鴿;左斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司;渤海能克鉆桿有限公司;中國(guó)石油天然氣管道局
• 主分類號(hào): B23K20/12
• 分類號(hào): B23K20/12
• 代理公司: 石家莊國(guó)為知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120
• 代理人: 米文智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鉆桿成型工藝，屬于油田鉆井設(shè)備加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種V150鋼級(jí)鉆桿壓接成型工藝。

背景技術(shù)

石油鉆桿是油田鉆井的主要工具，結(jié)構(gòu)中包括鉆桿管體和鉆桿管體兩端的鉆桿接頭。在油氣的開采和提煉過(guò)程中，要求鉆桿管體必須能夠承受巨大的內(nèi)外壓、扭曲、彎曲和振動(dòng)。

隨著石油行業(yè)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的深井、超深井被開發(fā)，這對(duì)鉆桿就提出了越來(lái)越高的要求。由于石油鉆桿尺寸細(xì)長(zhǎng)，且為中空結(jié)構(gòu)，通過(guò)鍛造成型和提高精度困難較多。鉆桿毛坯的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式為采用高性能材料通過(guò)機(jī)械加工的方法成型，在通過(guò)熱處理來(lái)保證產(chǎn)品的最終性能要求，該方法的優(yōu)點(diǎn)是工序少，生產(chǎn)線投資少，但存在著材料浪費(fèi)嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量不容易控制等缺陷。隨著能源和材料的短缺，直接采用機(jī)械加工的方式難以滿足當(dāng)前節(jié)材降耗的行業(yè)需求。目前，鉆桿主要采用胎膜鍛和擠壓成形，相對(duì)于機(jī)械加工，此成形方法雖然在產(chǎn)品的機(jī)械性能上有了較大的提高，但生產(chǎn)工藝落后，效率低。

另外，經(jīng)檢索，申請(qǐng)?zhí)枮?00610098616.2的專利公開了一種是有鉆桿結(jié)構(gòu)擠壓成形工藝方法，其生產(chǎn)工序包括加熱、鐓粗、復(fù)合擠壓和沖連皮，其中加熱溫度1100℃-1210℃，在擠壓時(shí)限制了壓力機(jī)的行程。該工藝方法為一次擠壓成型，工藝步驟太少，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及加工精度很難控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種V150鋼級(jí)鉆桿壓接成型工藝，該工藝通過(guò)三次摩擦成型及精確的壓力和時(shí)間控制，使其焊接部位質(zhì)量好、結(jié)合強(qiáng)度高，工藝簡(jiǎn)便，設(shè)備使用壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)效率高，從而增強(qiáng)了鉆桿對(duì)焊部位的工藝性能。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：V150鋼級(jí)鉆桿壓接成型工藝，鉆桿包括接頭和管體，其特征在于該工藝包括一次摩擦階段、二次摩擦階段和頂鍛階段，按如下步驟和工藝參數(shù)進(jìn)行操作：

①一次摩擦階段：把接頭和管體置于壓接機(jī)上，管體固定，接頭固定于壓接機(jī)卡爪，啟動(dòng)壓接機(jī)，使接頭和管體開始接觸，然后調(diào)整壓接機(jī)的軸向壓力和轉(zhuǎn)速，持續(xù)一段時(shí)間T1，監(jiān)測(cè)摩擦面的溫度升高到1200℃～1300℃，完成一次摩擦階段；

②二次摩擦階段：經(jīng)過(guò)一次摩擦階段后，再次施加軸向壓力，使管體和接頭的金屬接觸面完全接觸，接觸面之間的溫度穩(wěn)定在1300℃，并保持一段時(shí)間T2，觀察接觸面開始形成摩擦對(duì)焊毛刺，則完成二次摩擦階段；

③頂鍛階段：經(jīng)過(guò)二次摩擦階段后，繼續(xù)增大軸向壓力，主軸在電機(jī)反向制動(dòng)作用下停轉(zhuǎn)，保持軸向壓力一段時(shí)間T3，觀察管體和接頭的焊接響應(yīng)區(qū)毛刺迅速擴(kuò)大，同時(shí)接觸面的雜質(zhì)被完全擠出，則完成頂端階段，整個(gè)鉆桿壓接成型工藝結(jié)束。

對(duì)上述工藝做進(jìn)一步說(shuō)明，所述壓接機(jī)為三次成型的摩擦壓接裝置，壓接機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為650轉(zhuǎn)/分。

對(duì)上述工藝做進(jìn)一步說(shuō)明，所述一次摩擦階段中，從接頭和管體接觸開始到軸向壓力達(dá)到60KN～160KN值為止，并持續(xù)時(shí)間T1為10～15秒。在這一階段，平滑純凈的金屬面開始接觸，摩擦面的溫度可以升高到1200℃～1300℃左右，金屬面之間的作用力由金屬粘連作用逐步過(guò)度到分子作用力。

對(duì)上述工藝做進(jìn)一步說(shuō)明，所述二次摩擦階段中，壓接機(jī)的軸向壓力達(dá)到130KN～460KN值為止，并持續(xù)時(shí)間T2為40～50秒。經(jīng)過(guò)一次摩擦作用，純凈的金屬接觸面完全接觸，分子間作用力增強(qiáng)為主要的扭矩力，溫度穩(wěn)定在1300℃左右，受熱變形的金屬層在軸向力的作用下，開始形成摩擦對(duì)焊毛刺。

對(duì)上述工藝做進(jìn)一步說(shuō)明，所述頂鍛階段中，從接頭和管體接觸開始到軸向壓力達(dá)到350KN～1200KN值為止，并持續(xù)時(shí)間T3為10～15秒。由于高溫變形和軸向擠壓，焊接熱響應(yīng)區(qū)毛刺迅速擴(kuò)大，同時(shí)接觸面的雜質(zhì)被完全擠出，從而保證良好穩(wěn)定的焊接質(zhì)量。

本發(fā)明中的壓接機(jī)可選用英國(guó)湯普森公司的M250摩擦壓接機(jī)。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：經(jīng)本發(fā)明的壓接工藝處理后的V150鋼級(jí)鉆桿有利于對(duì)焊區(qū)建立完整的摩擦塑性變形層及熱導(dǎo)高溫區(qū)，有利于產(chǎn)生顯著的摩擦變形量和飛邊，從而充分將對(duì)焊面內(nèi)的雜質(zhì)帶出；三段焊接相對(duì)兩段焊接更加平緩，接頭溫度分布寬，冷卻速度慢，接頭不易淬硬；有效避免了摩擦扭矩的峰值對(duì)設(shè)備的沖擊；經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，工作噪音由原來(lái)的87分貝減少到70分貝，且本發(fā)明的壓接操作步驟、工藝參數(shù)合理。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。