石油鉆桿焊縫熱處理與摩擦焊接分析

楊秋生

中石化華東石油工程有限公司六普鉆井分公司 江蘇泰州 225300

一、石油鉆桿焊縫熱處理與摩擦焊接今朝怎樣發(fā)展

石油鉆桿工具相接的源頭與管體之間的焊牢對接，最適應現(xiàn)在潮流的是慣性摩擦的焊接方法，這種方法非常實用可靠，它有著獨特的地方，有著吸引人的優(yōu)點。

慣性摩擦焊接法的好處囊括：

1.可以極快地完成焊接，焊接之后，對某些區(qū)域的熱影響也非常的小，這樣就導致晶粒成長速度很慢，晶粒不容易產生；

2.連續(xù)驅動摩擦焊接也是比較新型的焊接方法，但是與慣性摩擦焊接相比，速度就遠遠不如，比慣性摩擦焊接法慢了至少一半的時間；

3.用慣性摩擦焊接就很難產生灰色的斑點，倘若用閃光的方法，灰色的斑點顯而易見；

4.慣性摩擦焊接不僅在質量上可以得到保證，在節(jié)能上也有很大的功勞，這種方法是很少用到剎車的，因此可以節(jié)約很大的能量。

慣性摩擦焊接的這些顯著的優(yōu)點，使得焊接技術更加成熟，增強了鉆桿的安全性。針對它的長處鉆研成長，使得焊縫的技藝越來越值得信賴。

二、API標準中提到的對鉆桿焊縫的基本準則

1.對于焊縫，一定要對其進行奧氏體化處理，與此同時回火的溫度不可以太低，最低也只能593OC。

2.保證進行奧氏體化處理還不夠，還一定要實行百分之一百的磁粉檢驗加上超聲波的檢驗，這樣才能確保焊接的質量。

3.焊接鉆桿的工作法則也很嚴格，必須依照批次來工作。然后在每一個批次里抽樣一根來檢測。

4.進行拉出伸展的測試，焊接區(qū)域的截取面的強度應該比鉆桿管體的截取面的強度大很多。

5.焊縫的常溫（21OC）沖擊要領：①每個接頭拿出幾個沖擊樣本；②幾個樣本的沖擊平均值比16.3J大；③幾個樣本的沖擊數(shù)值最小要大于13.6J。

6.整個焊縫熱處理的熱影響區(qū)范圍內，其任何1點的硬度值不能大于 37HRC(約 347HV/341HB)。

三、鉆桿摩擦焊接技藝的剖析

1.工具接頭和管端在焊接之前的處理辦法

（1）工具接觸的頭部對焊前的處理

①使用平面砂輪磨砂需要焊接的接頭表面，②一定要壓印工具接頭攻螺紋的根部，寫清進行焊接的年月日、鋼的級別和生產廠家的姓名。

（2）管端預先打理的辦法

①為了符合配焊的大小，對于鉆桿的前端，要向鏜內打孔；②車削有一端是要增加厚度的，那一端的外部面貌，要盡量靠近工具接頭焊接的地方外徑的大小；③一直維持焊接之處的清潔。

2.摩擦焊接的基本步驟

（1）把需要焊接的部件放在湊近焊接環(huán)的處所；

（2）除了焊接環(huán)還有填充環(huán)，填充環(huán)是為了與焊接的零件觸碰，從而讓焊接環(huán)轉動起來；

（3）壓力在軸向上升起來，溫度也愈來愈熱，等到了鍛造所需的溫度后才終止壓力；

（4）焊接環(huán)轉動到一定程度就會停止，這時候要使出最后的鍛造力量。

3.焊接進程中的有關節(jié)制的輸入、輸出參數(shù)

輸入?yún)?shù)包括：焊接開始時的運轉速度(輸入)，主軸飛輪的匹配重量(輸入)，頂端鍛的壓力(輸入)。

輸出參數(shù)包含：焊牢接口被減短的數(shù)量(輸出)。

4.對摩擦焊接參數(shù)進行計算的方法

（1）頂鍛壓力的計算方法：

公式法：頂鍛壓力=焊接斷面承受的壓力*（管端外徑2-管端內徑2）/[2*（油缸活塞直徑2-油缸活塞桿直徑2）]（單位：毫米）。

（2）配重的計算

焊機的配重=3.14*焊接端面單位面積上所必須的能量*（管端外徑2-管端內徑2）/2*3600*主軸開始轉動的速度2）-主軸轉動慣量

注：焊機配重（kg·mc）；主軸轉動慣量（kg·m2）；焊接端面單位面積上所需要的能量（J/mm2）；管端外徑（mm）；管端內徑（mm）；主軸起始轉速（轉/分）。

（3）肯定主軸起初轉動的速度

對于一些新的產品，它們先前并沒有生產過，那就要先對它們進行焊接參數(shù)的計算與確定。依據(jù)不同的廠家對鉆桿生產的不同要求，以及各自摩擦焊機的不同優(yōu)點與缺點，選擇適合自己的轉速。

四、石油鉆桿焊接縫隙的熱處理

1.如何選擇接頭材料

通過熱處理之后，還可以承受得起力學性能的磨練；充分符合存在危害元素的限定需求；全面照顧到各種應力腐蝕的環(huán)境要求；切割、削起來比較方便，加工便捷；十分經(jīng)濟有效。

選擇接頭材料的時候應當優(yōu)先選擇符合以上要求的，這樣的接口材料才是適合焊接的，在焊接的過程中才不會出現(xiàn)差錯，更加增加了鉆桿焊接的安全性。

2.鉆桿焊縫的淬火

焊縫淬火的方法有兩種，一種是運用水冷法，另一種是運用高壓空氣冷卻法。至于如何選擇這兩種方法，關鍵是對鉆桿材料的運用。如果鉆桿的材料自身是水淬類型的，那么就應該使用水冷卻法的方法對焊縫靜置冷卻，倘若是油淬這一類型的，那就要選擇第二種高壓空氣冷卻法。

3.向鉆桿焊縫進行高溫回火

鉆桿焊縫的高溫回火是在焊縫淬火之后的重要一環(huán)，是無法省略的。如此重要的原因是淬火之后，焊縫的硬度非常高，不進行高溫回火就達不到預想的效果。在實行高溫回火的進程中，要注意如下一些重要問題：

（1）回火的溫度不能設定的很死，要依據(jù)不同種類的鉆桿特質進行調節(jié)。

（2）為了使回火的溫度能得到很好的控制，要對溫度進行專業(yè)的測量，測量的工具可以采用紅外測溫儀，這是比較專業(yè)可靠的。

（3）寬度是回火時需要保證的量，寬度足夠是為了能使奧氏體化的區(qū)域全方位的覆蓋，防止高溫回火的失敗。

[1]APISPEC 7.1997版：9-14.

[2]張玉英，王永宏，巴魯軍.鉆桿摩擦焊接及熱處理工藝分析[J].石油礦場機械，2005，（01）：26-27.

[3]毛信孚，傅莉，尚高鋒，馮紅超.S135鉆桿摩擦焊接頭熱處理后的組織和性能[J].金屬熱處理，2004，（06）：230-232.