采用自由鍛工藝生產套管吊卡

文/李偉陽，李嶺·寶雞石油機械有限責任公司研究院工藝材料研究所

采用自由鍛工藝生產套管吊卡

文/李偉陽，李嶺·寶雞石油機械有限責任公司研究院工藝材料研究所

套管吊卡是石油鉆采機提升設備中的關鍵配件，所有提升載荷均由吊卡承受，其對材料及力學性能要求都十分嚴格，而且吊卡必須符合API 8C的要求。吊卡系列包括75t、150t、250t、350t、500t、750t、1000t等規格，其外形尺寸如圖1所示，重量一般在100～2500kg之間，長度在400～1200mm之間，寬度在250～800mm之間，高度在200～600mm之間。

套管吊卡的鍛造工藝極其復雜，而且需要采用整體鍛造來完成。吊卡一般為小批量生產，工步多且對加工參數的要求極高。小吊卡可以在模鍛設備上進行生產，也可以在自由鍛設備上進行生產。

圖1 套管吊卡的形狀

吊卡的鍛造過程一般分為三種：⑴直接鍛為方塊，然后利用機械切削加工來成形。⑵壓出中間凹槽，其余利用機械切削加工來成形。⑶利用模具鍛出形狀。

我們根據多年的生產實踐經驗，摸索出一套成功鍛造吊卡的工藝，利用簡單的工具，采用獨特的加工過程，所制造的吊卡，鍛件外形和成品外形相似，弓背可不進行機械加工。這種加工工藝的優勢主要有以下4點：

⑴鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續性，使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致，金屬流線完整。

⑵其力學性能指標優于機械加工件，能夠保證完整的金屬流線走向。

⑶不用進行機械切削，節省原材料，降低成本，提高質量。

⑷利用自由鍛工藝，解決了原有技術中存在的不合理和不科學工步，以及成品合格率低等問題。

石油鉆采吊卡所采用的材料為20SiMn2MoVA，鍛造吊卡全過程包括以下步驟：

⑴下料。根據不同吊卡規格，選擇下料所需鋼錠規格。

⑵制坯鍛方（圖2）。考慮在壓槽時，金屬自身在高度方向上的收縮性，為了保證吊卡的尺寸，經過多次試驗，250t（含）以下的吊卡鍛方高度尺寸要比鍛件圖規定的尺寸大20mm；350～500t吊卡鍛方高度尺寸要比鍛件圖規定的尺寸大30mm；750t以上吊卡鍛方高度尺寸要比鍛件圖規定的尺寸大40mm；寬度的尺寸不需要加大，按照吊卡工藝要求的尺寸來選擇就可以。

圖2 制坯鍛方規格

圖3 用小圓鋼壓痕

圖4 壓槽沖子沿正中間壓痕向下鍛造

圖5 鍛完后的多余部分

⑶用小圓鋼壓痕（圖3）。在要壓槽的正中間用小圓鋼壓痕，向左右量出凸臺寬度尺寸，用小圓鋼壓痕。

⑷上下胎。將下胎置于下砧上，將壓痕過的坯料放在下胎上。

⑸壓槽。用壓槽沖子沿正中間壓痕向下鍛造，如圖4所示。此時，由于向下鍛造時會有部分金屬向兩側流動，所以不能一次鍛壓到底。在鍛到工藝尺寸一半的位置時，將壓槽沖子取出，然后將坯料翻轉90°，將流向兩側的金屬回籠，也就是將兩側的料壓回去，此時只要輕擊，鍛平就可以了。然后再將壓槽沖子沿正中間位置放回去壓到底，最后再將坯料翻轉90°，輕輕回籠兩側的金屬鍛平，這樣就滿足工藝尺寸要求了。

⑹鍛兩邊翅膀。將方形坯料放在一側（坯料厚度與凸臺高度一樣），以壓痕為定位基準，如圖4所示，鍛打坯料與凸臺平齊。然后再將坯料翻轉90°，輕輕回籠并鍛平兩側的金屬；鍛完一邊再鍛另一邊翅膀，最后對鍛好的翅膀進行修正。

⑺氧氣熱切兩端。由于在鍛制兩邊翅膀時金屬會向周邊流動，流向兩側的凸出金屬可以鍛回去，保持表面平整，而流向兩邊翅膀端部的金屬，由于吊卡較長，卻無法鍛回，并且中間已經壓好中間槽，回鍛會使中間槽變形。傳統的鍛造方法是在下料時多下一些料，鍛完后切除多余部分（圖5）。

圖6 端部預先壓凹心

現在，我們采用一種全新的鍛造工藝，在工步2制坯鍛方時，采用端部預先壓凹心的方法（圖6）來滿足鍛造工藝要求。端部預先壓凹心可以平衡流向端面的多余金屬，使端面保持平齊。

具體方法是工步2制坯鍛方時，其他要求不變，在兩端分別用圓弧工具壓凹心，經過反復試驗得出結論：250t（含）以下的吊卡壓凹心深度為80～90mm；350～500t吊卡壓凹心深度為100～120mm；750t以上吊卡由于鍛件太大采用其他方法。

由于預先用圓弧工具壓凹心，在鍛制翅膀時鍛造過程向端部流動的金屬會將凹心填滿，使端部不會產生較大的凸出。只需修正或稍微將端部用氧氣修平，即可滿足工藝要求。經過生產實踐證明，250t（含）以下的吊卡可以節約金屬25kg，350～500t吊卡可以節約金屬35kg。我們廠年產吊卡1000只，可節約原材料30t。