煤矿用外平钻杆加工方法

2020-06-09 14:46:34 admin 211

针对钻杆种种失效情况,改善接头的连接形式和几何形状,减少应力集中,保证加工精度,提高钻杆材料的强度和韧性是防止或减少钻杆折断的有效技术途径。为了在不过分增加钻具重量的前提下尽量提高接头的强度,通常将钻杆接头部位局部加厚。钻杆体与接头连接的方法有两种:一种是传统的方法,即在壁厚均匀的中间杆两端局部加热镦粗、加工出母螺纹后再与两端都是公螺纹的接头连接;另一种较先进的方法是将较薄的中间杆与较厚的公、母接头分别焊接在一起。

一、热镦粗法

煤炭、地质、冶金等部门使用的钻杆大都是采用加热镦粗后在中间杆上加工出连接螺纹的方法。近年来也出现将钻杆壁厚加大,不经镦粗而直接在中间杆上加工螺纹的方法。

近几年来,出现了自动控制加热温度、自动进行镦粗的加工工艺,提高了镦粗效率和加工质量。

二、电弧焊法

电弧焊就是利用电弧作为热源的熔焊方法。在焊接过程中,将焊件接头加热至熔化状态不加压力就可完成焊接。熔化焊接应用最广泛,一般要使用外加填充材料(如焊条、焊丝、焊粉等),以及高温热源保护介质。这种焊接方法存在一些缺点,如:焊接容易引起变形和产生内应力,焊后要进行消除内应力和校正处理;重要构件要进行焊前预热,焊后去应力退火,否则焊缝容易形成裂纹;某些焊接方法还会产生强烈的弧光或有害气体、烟尘、粉尘污染环境,对人体有一定危害。用这种方法焊接钻杆杆体与接头虽有成功的事例,但生产效率低,质量不稳定是其应用上的主要障碍。

三、摩擦焊接法

钻杆的摩擦焊接就是利用钻杆接头与中间杆在一定摩擦压力下相对旋转产生的热量将摩擦接触表面加热到很高的温度( 1200-1300,使金属处于热塑状态,然后施加一定的顶锻力,由于接头和管体焊接面上的分子互相渗透、扩散再结晶,形成一个具有一定厚度、金属相互镶嵌的空间结构的坚固结合面,从而将接头和中间杆焊接在一起。在我国率先把摩擦焊接技术应用于钻杆生产的是石油系统。

用上述三种方法制成的钻杆比较见表 2-4。

 2-4 三种方法制成的钻杆比较

类 别

热镦钻杆

电弧焊钻杆

摩擦焊钻杆

丝扣耐磨性

接头、中间杆材料

相同

要求可焊性好

可以不同

保证定尺长度

焊缝强度

较低

较高

直线度

较好

使用性能

较差

较好

生产成本

生产效率

性价比

从表中可以看出,采用摩擦焊接技术制造钻杆有以下几方面优点:

(1)摩擦焊接钻杆的丝扣耐磨性高,使用寿命长。

镦粗钻杆的母接头与中间杆材料相同,整体进行热处理时很难同时达到最佳效果。电弧焊要求焊接材料的可焊性好,但钻杆材料为合金结构钢,其焊接性能一般较差,焊前要预热,焊缝组织为铸造组织,强度较低。

摩擦焊接是金属在粘塑性状态下热、力耦合的过程,故对一些熔点差别较大或可焊性较差的材料之间的焊接具有独特的实用性。高强度钻杆对接头的强度要求更高, 所以在摩擦焊接时接头的材料可选得好一些。通过对接头毛坯进行热处理,使其综合机械性能均高于中间杆,这样钻杆的丝扣耐磨性就会提高,使用寿命延长,达到最佳的使用性能。

(2) 摩擦焊接工件具有良好的尺寸一致性和足够的尺寸精度。

焊接时工件高速旋转并沿摩擦表面均匀加热,故其焊接能量密度大,焊接表面热传递速度快,焊接热影响区窄,焊接缩短量变化小,易于控制焊件的尺寸精度,保证钻杆的定尺长度。

摩擦焊接钻杆的直线度要比热镦粗钻杆、电弧焊钻杆好,这是因为摩擦焊接过程中接头和中间杆分别夹持在同轴度较高的两组夹具中,悬伸短,焊接时间短,发热区间小,故不易变形。

(3) 焊接面的焊合率高,焊缝强度好。

由于摩擦焊接是一种固态焊接技术,被焊材料通常不熔化,处于固相状态,焊接加压顶锻又能挤掉焊缝中产生的有害夹杂物微粒等,故不会产生诸如气孔、偏析、夹渣等缺陷,易于获得与母材等强的焊接接头。采用摩擦焊接工艺焊接的钻杆,焊接面的焊合率为 100%,焊缝为锻造组织,避免了电弧焊等焊接方法易产生的各种焊接缺陷,焊缝强度高。

(4) 焊接质量稳定,适合批量生产。

摩擦焊接钻杆的焊接过程由计算机控制完成,焊接参数基本不受外界环境条件的干扰,易于保证焊接质量的稳定。一个钻杆接头的纯焊接时间只有十几秒钟,生产效率高、成本低,适合大批量生产。

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