油管螺紋加工質(zhì)量缺陷及解決辦法

李哲

（大慶油田有限責任公司井下作業(yè)分公司工具廠，黑龍江 大慶 163000）

油井作業(yè)管柱油管與接箍通過油管螺紋聯(lián)接，油管螺紋還是油井作業(yè)工具與管柱之間的連接螺紋，也是油井作業(yè)工具零件之間的主要聯(lián)接方式之一，是油井作業(yè)施工配套工具生產(chǎn)的重要質(zhì)量檢測點，其加工精度和質(zhì)量直接影響油井作業(yè)工具使用的安全性能和施工成功與否。油管螺紋連接主要應(yīng)具備兩個功能：一是承載性能，即螺紋嚙合后應(yīng)具備足夠的連接強度，不至于在一定外力的作用下使結(jié)構(gòu)受到破壞；二是密封性，即能夠保證含有數(shù)以百計油管螺紋聯(lián)接的管柱在額定的工作壓力下長期作用而不泄漏。為了保證油管螺紋的承載性能和密封性能，加強對油管螺紋的成品檢驗，嚴格控制油管螺紋的加工質(zhì)量是提高油管螺紋使用安全性的有效途徑。通過對油管螺紋加工過程中出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷進行分析，查找導(dǎo)致油管螺紋加工質(zhì)量缺陷的原因，并提出相應(yīng)的解決方案，不斷完善油管螺紋的加工檢驗規(guī)范，提升油管螺紋的加工質(zhì)量，可以避免或減少因油管螺紋質(zhì)量缺陷造成的經(jīng)濟損失。

1 油管螺紋加工過程中常見質(zhì)量缺陷

1.1 外觀缺陷

油管螺紋的外觀缺陷，一是外表有氧化皮，導(dǎo)致靠近螺紋收尾端有效螺紋周向部分絲尖梳不圓，或是由于加工工藝選擇不當，導(dǎo)致靠近螺紋收尾端周向全部有效螺紋絲尖梳不圓，絲尖表面粗糙度達不到圖紙要求等質(zhì)量缺陷；二是螺紋全牙形表面粗糙度達不到圖紙要求；三是螺紋起始端倒角角度和寬度不符合要求；四是螺紋端部起始牙形存在銳利的飛邊、細小的毛刺等問題。

1.2 螺紋單項參數(shù)超差

油管螺紋的加工質(zhì)量是各項參數(shù)的綜合表現(xiàn)，如牙形角（此項參數(shù)精度由加工時選用螺紋梳刀刀片的精度確定，本文不做分析）、錐度、螺距、牙高、緊密距等。任何尺寸的超差都導(dǎo)致油管螺紋質(zhì)量不合格。無論是外觀缺陷，還是單項尺寸超差都可能造成螺紋密封性能差、螺紋連接強度不夠等情況的發(fā)生，直接影響螺紋的后續(xù)使用，嚴重的還會造成經(jīng)濟損失。

2 導(dǎo)致油管螺紋加工質(zhì)量缺陷的原因分析

2.1 原材料因素

油管螺紋加工前一般情況都需要對零件半成品進行調(diào)質(zhì)處理，如果調(diào)質(zhì)前預(yù)留內(nèi)孔或外徑余量過小，在調(diào)質(zhì)加熱時由于氧化皮的產(chǎn)生，調(diào)質(zhì)后零件還會發(fā)生內(nèi)孔變大、外徑變小。加工油管螺紋裝夾工件與粗車內(nèi)孔或外徑時裝夾基準不能完全一致，導(dǎo)致車螺紋與粗車內(nèi)錐孔或外錐面時中心不同心，發(fā)生車螺紋時，在螺紋有效長度范圍內(nèi)圓周方向靠近螺紋收尾端的有效螺紋絲尖不能梳圓的現(xiàn)象。此外，原材料的硬度也是影響螺紋外觀質(zhì)量的因素之一，材料硬度過高、過低、硬度不均等均會影響油管螺紋加工的表面粗糙度。

2.2 加工工藝因素

目前，油管螺紋的加工主要在數(shù)控車床或?qū)Ｓ玫臄?shù)控管螺紋車床上完成，加工刀片的選用、裝夾方式的選擇、加工程序的編排等都會影響油管螺紋的加工質(zhì)量。

油管螺紋不同于普通螺紋，油管螺紋的絲底及絲尖都是光滑的小圓弧過渡，加工油管螺紋如果刀片選擇不正確，就會產(chǎn)生絲尖梳不圓的情況，如果絲尖出現(xiàn)尖角，可能會影響螺紋副的配合，導(dǎo)致內(nèi)外螺紋中徑不重合，影響螺紋副的密封及軸向抗拉強度。

油管螺紋加工工件裝夾方式的選擇也直接影響加工質(zhì)量，如工件伸出夾具太長，工件剛性下降，在吃刀抗力的作用下易使工件的中心偏離原來的中心，導(dǎo)致車出的螺紋圓度、錐度等超差。油管螺紋錐度加工是靠加工車床精度來控制的，數(shù)控車床加工錐度原理是采用數(shù)控車床的插補原理，通常將起點及終點坐標值編寫入程序，設(shè)備系統(tǒng)自動計算插補值，引導(dǎo)刀片進行加工，編寫程序時如不考慮刀尖圓弧對加工錐度的影響，會出現(xiàn)因刀尖圓弧導(dǎo)致的錐面過切或欠切問題。螺距的加工精度主要也與車床精度有關(guān)，一是絲杠軸向竄動量，二是主軸至絲杠間的傳動誤差。同時，加工工藝選擇或是加工程序編排不當，也會導(dǎo)致油管螺紋端面倒角角度及寬度不符合圖紙要求，螺紋起始端有毛刺或前幾牙螺紋絲尖有銳角及飛邊，在運輸及使用過程中磕碰導(dǎo)致堆扣無法安裝。此外，刀片的選擇、切削用量、切削系統(tǒng)剛性都可能導(dǎo)致加工的油管螺紋表面有震紋，達不到油管螺紋的表面粗糙度要求。

2.3 質(zhì)量檢驗因素

油管螺紋檢驗是個綜合性的測量和檢驗，包括螺紋參數(shù)檢驗和外觀檢驗。螺紋參數(shù)檢驗有錐度、螺距、牙高等單項尺寸測量，以及緊密距的測量，在日常加工、檢驗中，由于螺紋單項尺寸測量效率低，因此在日常加工、檢驗過程中，為提高檢驗工作效率，檢驗時主要是外觀檢驗，并結(jié)合光滑錐度規(guī)和工作規(guī)共同檢驗，如僅使用一種方法檢驗可能導(dǎo)致加工油管螺紋有質(zhì)量缺陷未被及時發(fā)現(xiàn)，造成批量廢品。

3 提高油管螺紋加工質(zhì)量的有效途徑

通過上述原因分析，針對缺陷的成因制定相應(yīng)防范措施，具體來說，分為以下幾方面。

3.1 防止油管螺紋外觀缺陷的方法

原材料的加工余量過小和彎曲度超差是導(dǎo)致油管螺紋的收尾端螺紋有氧化皮的主要原因，尤其是在加工細長軸類零件的外油管螺紋時表現(xiàn)得更明顯，加工油管螺紋錐面前的加工余量應(yīng)大于2mm，彎曲度應(yīng)低于1mm/m。

同時，在實際加工中，因機床的精度等原因會造成機床主軸中心與加工件中心不在同一直線上，因此，在杜絕了加工余量小和彎曲度超差后，還應(yīng)保證卡爪的定心性能，檢測卡爪是否磨損嚴重，調(diào)整后旋轉(zhuǎn)卡盤，檢測工件旋轉(zhuǎn)360°，直徑誤差應(yīng)不超過0.03mm。

3.2 防止螺紋錐度及緊密距超差的方法

提高加工螺紋錐度及螺距精度的有效手段是選擇加工精度高的數(shù)控車床，并定期校準機床精度，保證機床在規(guī)定的精度范圍內(nèi)使用。

在加工中，檢測油管螺紋外螺紋及內(nèi)螺紋車螺紋之前粗車錐面，用光滑錐度規(guī)檢驗錐面時，保證錐度規(guī)與工件錐面配合良好。同時，為了保證車油管螺紋進最后一刀時刀片能車到螺紋絲尖，車錐面的尺寸應(yīng)比螺紋絲尖所在圓錐面大（對于外螺紋）或者小（對于內(nèi)螺紋）。螺紋加工完成后，用錐度規(guī)檢驗，錐度規(guī)端面最好在凸出或凹入工件端面1mm范圍內(nèi)，同時還需用工作規(guī)檢驗，用工作規(guī)檢驗前先清理螺紋表面殘留的鐵屑、油泥等贓物，工作規(guī)手動擰緊在加工好的螺紋上，敲打工件數(shù)次，然后再擰工作規(guī)，反復(fù)做2～3次，確保工作規(guī)已擰緊，測量緊密距。緊密距是否合格直接影響螺紋連接的密封性能及連接強度，在《石油天然氣工業(yè)套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗》（GB/T 9253.2-1999）中有明確規(guī)定：對于10牙/吋油管螺紋，環(huán)規(guī)對管子端部緊密距的極限偏差，以及塞規(guī)對接箍端面緊密距的極限偏差為±1.5倍螺距。對于8牙/吋油管螺紋，環(huán)規(guī)對管子端部緊密距的極限偏差，以及塞規(guī)對接箍端面緊密距的極限偏差為±1倍螺距。油管螺紋量規(guī)配對緊密距的極限偏差為±0.625mm。綜合考慮油管螺紋量規(guī)配對緊密距的極限偏差、測量緊密距時的測量誤差，結(jié)合實際工作中的經(jīng)驗，確定現(xiàn)場檢驗時緊密距的范圍如下。

（1）對于10牙/吋油管螺紋外螺紋，緊密距為螺紋端面凹入工作環(huán)規(guī)測量端面2.5mm到凸出工作環(huán)規(guī)測量端面2.5mm之間。（2）對于10牙/吋油管螺紋內(nèi)螺紋，緊密距為螺紋端面至工作塞規(guī)測量面距離2.58～7.58mm之間。（3）對于8牙/吋油管螺紋外螺紋，緊密距為螺紋端面凹入工作環(huán)規(guī)測量端面2mm到凸出工作環(huán)規(guī)測量端面2mm之間。（4）對于8牙/吋油管螺紋內(nèi)螺紋，緊密距為螺紋端面至工作塞規(guī)測量面距離4.35 ～ 8.35mm 之間。

光滑錐度規(guī)是用來檢驗螺紋錐度符合性的，雖然在檢驗螺紋時它可以用來快速判斷螺紋絲尖直徑是否合格，但不能只利用錐度規(guī)檢驗來判斷螺紋是否合格，用錐度規(guī)檢驗合格后，每加工5件需用工作規(guī)檢驗一次，發(fā)現(xiàn)有不合格的將前4件全部檢驗，找出其它不合格的零件。使用錐度規(guī)檢驗時一定要特別注意，錐度規(guī)檢驗合格后，還要仔細觀察絲底是否光滑圓弧過渡，一旦發(fā)現(xiàn)絲底不光滑很可能是刀尖磨損造成的，這樣螺紋絲底直徑有可能不夠，必須隨時用工作規(guī)檢驗緊密距，確定螺紋中徑、底徑是否合格。同樣也不能只利用工作規(guī)檢驗緊密距來判斷螺紋是否合格，因為如果螺紋絲尖直徑小了或者大了，雖然螺紋中徑、底徑符合要求，即緊密距合格，但是螺紋的牙高可能不合格，還需要用錐度規(guī)檢驗螺紋絲尖所在錐面是否合格，用以間接判斷牙高是否合格，必要時還應(yīng)使用單項測量儀檢驗螺紋牙高。

4 結(jié)語

綜上所述，油管螺紋的加工質(zhì)量是外觀質(zhì)量和單項參數(shù)合格與否的綜合體現(xiàn)，其質(zhì)量對工具的使用性能、安全系數(shù)都有著至關(guān)重要的影響。通過對油管螺紋加工檢驗過程中常見質(zhì)量缺陷形成原因的分析，找到相對應(yīng)的解決方法，即通過嚴格控制半成品的質(zhì)量、合理選擇刀片及設(shè)備、合理的編排加工工藝，進而保證油管螺紋的加工質(zhì)量，為后續(xù)工具的組裝、使用提供有力保障，避免出現(xiàn)安全隱患。

參考文獻：

[1]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，GB/T 9253.2-1999,石油天然氣工業(yè)套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗[S].1999,02(05).

[2]何巍.油管螺紋的加工質(zhì)量缺陷.包鋼科技,2011.06:27-29.