我國的鉆桿生產(chǎn)開始于20世紀90年代,鉆桿的生產(chǎn)大致包括三個部分:管端加厚、工具接頭加工、摩擦對焊及后續(xù)處理。
1.管端加厚
石油鉆桿的管體材料是低碳合金鋼,連鑄連軋的圓鋼坯經(jīng)過大型回轉爐加熱后進入延伸機、芯棒自動穿孔機成型,再次加熱后進行內外徑精整,矯直進入墩鍛工序。由于石油鉆桿的焊縫部位是使用過程中最薄弱的環(huán)節(jié),無縫管在焊接前要對管體的兩端進行管端加厚,以增加厚度來提高薄弱部位的強度,使焊縫部位的整體強度大于管體的整體強度。根據(jù)管徑不同一般分為內外加厚、內加厚、外加厚3種型式,其中以內外加厚型式為主。管端加厚的過程首先是對無縫管的管端進行加熱、均熱;其次是用液壓或者氣動的方式對管端進行墩打,外表面靠模具成型,內表面靠溫度梯度自然成型;最后對整個管體進行熱處理、矯直、無損探傷檢查。管端加厚管的關鍵技術在于內表面過渡帶的成型,因為這個部位在使用中最薄弱,受力最復雜,大約有70%的事故都發(fā)生在這個部位,所以對鉆桿的質量舉足輕重。
2.工具接頭加工
工具接頭的材料一般采用中碳合金鋼,毛坯經(jīng)過加熱后分三次沖壓成型,經(jīng)過正火后進行機械加工。首先對毛坯進行內孔、外圓、端面的車削加工,其次是對接頭進行調質熱處理以獲取綜合的力學性能,最后對接頭進行螺紋加工,螺紋部分要進行鍍銅或磷化處理,防止在使用過程中發(fā)生粘扣現(xiàn)象。
接頭質量的好壞在于熱處理和螺紋加工這兩個關鍵工序。熱處理組織直接影響接頭的各項力學性能,所以先進的鉆桿廠采用全自動連續(xù)可控氣氛保護加熱,油質或水基淬火劑淬火,接頭加熱過程中采用還原性氣氛保護,保證了工件不氧化、脫碳和滲碳。接頭淬火和回火后,逐個進行表面硬度檢測和磁粉探傷。熱處理之后進行螺紋加工,鉆桿螺紋是粗牙錐形螺紋,在鉆桿的連接過程中,螺紋起著關鍵的作用。因此,螺紋加工大都采用高精度數(shù)控機床進行,對加工出的接頭逐個進行螺紋緊密距、螺距、錐度、牙高等參數(shù)的測量,以保證螺紋扣型和精度要求,從而有力保證了鉆桿接頭的連接性能。
3.摩擦對焊及后續(xù)處理
鉆桿的摩擦對焊是整個鉆桿生產(chǎn)的重要一環(huán),為了保證焊接質量,幾乎所有的鉆桿廠都采用全自動摩檫焊機,并配備焊接參數(shù)監(jiān)控裝置,對焊接過程中的摩擦時間、摩擦壓力、頂鍛壓力、頂鍛時間和縮短量等參數(shù)進行自動監(jiān)控和記錄,從而保證焊縫質量。焊后需把焊接毛刺去除,對焊接熱影響區(qū)進行調質處理,對焊縫進行無損探傷檢查。其中焊縫的調質熱處理至關重要,幾乎全部廠家都采用中頻加熱方式進行,并對加熱溫度、加熱時間、保溫時間、淬火時間等參數(shù)自動記錄。這種焊縫熱處理的優(yōu)點是:加熱熱影響區(qū)窄,加熱時間短;焊區(qū)組織均勻穩(wěn)定,性能可靠;焊區(qū)表面的殘余應力小。
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