鋁棒電加熱爐恒遠(yuǎn)工藝研究

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1、鋁棒電加熱爐恒遠(yuǎn)工藝研究1—“一■■—亠、刖舌在油井管產(chǎn)品中，鉆桿由于要直接承受打井作業(yè)過(guò)程中復(fù)雜的彎扭組合載荷，其油田服役的安全性顯得至關(guān)重要。根據(jù)油田的使用經(jīng)驗(yàn)，鉆桿的失效主要體現(xiàn)在焊縫及內(nèi)加厚過(guò)渡帶兩個(gè)部位。在提高焊縫的安全性方面，目前國(guó)內(nèi)外各大鉆桿生產(chǎn)廠家主要是通過(guò)摩擦焊接方法及適當(dāng)?shù)匿X棒電加熱爐工藝來(lái)提高焊縫的安全系數(shù)，當(dāng)然，摩擦焊接工藝的可靠性是至關(guān)重要的。鉆桿的生產(chǎn)流程如圖1示。2、鉆桿摩擦焊接及鋁棒電加熱爐技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀鉆桿工具接頭與管體之間的對(duì)焊從早期的電弧焊、閃光對(duì)焊逐步發(fā)展到當(dāng)今的連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊接及慣性摩擦焊接

2、，鉆桿對(duì)焊的生產(chǎn)效率越來(lái)越高，焊縫的質(zhì)量卻是越來(lái)越好。目前，慣性摩擦焊接方法是最流行，也是最可靠的鉆桿對(duì)焊方法。與其他焊接方法相比，慣性摩擦焊接方法有如下優(yōu)點(diǎn)：2.1慣性摩擦焊接方法焊接速度快，焊接熱影響區(qū)窄，晶粒不容易長(zhǎng)大，而普通弧焊方式則容易產(chǎn)生寬大的熱影響區(qū)及晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象。2.2慣性摩擦焊接方法基本上不會(huì)產(chǎn)生焊接灰斑，而閃光對(duì)焊方法卻較容易產(chǎn)生焊接灰斑而嚴(yán)重影響焊縫質(zhì)量。2.3慣性摩擦焊接過(guò)程屮由于基本上不用剎車，因此這種方法要比連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊接方法更節(jié)約能量。2.4與連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊接方法相比，慣性摩擦焊接方法的焊接時(shí)間大約

3、是前者的一半，生產(chǎn)效率可以大大提高。另外，為了提高焊縫的強(qiáng)韌性，鉆桿對(duì)焊焊縫的熱處理工藝也逐步由焊后回火工藝向焊后焊縫的調(diào)質(zhì)工藝發(fā)展。這種焊后熱處理方法顯著增加了焊縫的抗疲勞斷裂能力。3、API標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鉆桿焊縫力學(xué)性能的基本要求[1]1997年12月的APISPEC7的新版標(biāo)準(zhǔn)中，首次將鉆桿對(duì)焊焊縫的工藝及性能要求明確地列入了標(biāo)準(zhǔn)中。其基本要求如下：3.1焊縫必須耍進(jìn)行奧氏體化處理，而且其回火溫度不可以低于593°Co3.2為了保證焊接質(zhì)量，對(duì)焊縫還必須進(jìn)行100%的磁粉檢驗(yàn)及超聲波檢驗(yàn)。3.3鉆桿對(duì)焊必須按批進(jìn)行，對(duì)于每批（不超過(guò)

4、400根）焊后的鉆桿抽取1根進(jìn)行力學(xué)性能解剖實(shí)驗(yàn)。3.4做拉伸實(shí)驗(yàn)，要求焊區(qū)的截血強(qiáng)度（焊縫屈服強(qiáng)度*焊區(qū)截面積）大于鉆桿管體的截面強(qiáng)度（管體屈服強(qiáng)度*管體不加厚部位的截面積）。3.5焊縫的常溫（21°C）沖擊要求：a、每個(gè)接頭取3個(gè)沖擊樣；b、3個(gè)試樣的沖擊平均值不小于16.3J;c、3個(gè)試樣的最小沖擊值不小于13.6Jo3.6整個(gè)鋁棒電加熱爐的熱影響區(qū)范圍內(nèi)，其任何1點(diǎn)的硬度值不能大于37HRC（約347HV/341HB）o4、鉆桿的摩擦焊接工藝4.1工具接頭及管端的焊前預(yù)處理4.1.1工具接頭的預(yù)處理為了保證焊縫的純凈，工具

5、接頭必須經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，才可以與預(yù)處理后的管體進(jìn)行配焊。預(yù)處理的內(nèi)容包括：a、用平面砂輪對(duì)將耍進(jìn)行配焊的接頭端面進(jìn)行打磨，其目的是為了去除接頭端面上的銹跡及其它污染物;b、為了滿足API標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須在工具接頭公螺紋的根部進(jìn)行壓印，注明焊接的年份、月份、鋼級(jí)及生產(chǎn)廠家的名稱。4.1.2管體的預(yù)處理對(duì)于經(jīng)過(guò)加厚及整體調(diào)質(zhì)處理的鉆桿管體的管端必須進(jìn)行管端加工，使得端面的尺寸達(dá)到配焊規(guī)定的尺寸。其預(yù)處理的內(nèi)容包括：a、車削加厚端的外表面，使其接近工具接頭焊接處的外徑；b、對(duì)端面進(jìn)行加工，去除端面的氧化鐵皮，確保對(duì)焊表面干凈。C、對(duì)鉆桿的

6、端頭要鎮(zhèn)內(nèi)孔，使其達(dá)到配焊的尺寸。4.2摩擦焊接基本過(guò)程以寶鋼的慣性摩擦焊機(jī)為例，由液壓夾具將管體緊緊地夾持在焊接小車上，工具接頭由卡套緊緊地夾持在主軸的中心，由電機(jī)帶動(dòng)主軸高速旋轉(zhuǎn),當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定值時(shí)，電磁離合器動(dòng)作，將電機(jī)與主軸脫開(kāi)。之后,焊接小車在液壓的驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)管體向工具接頭移動(dòng)并通過(guò)焊機(jī)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的頂鍛壓力將管體的端面緊緊地壓在工具接頭的端面上，從而產(chǎn)生大量的摩擦熱，此熱量使得焊接面上的金屬迅速升溫并塑性化，然后在頂鍛壓力的作用下被擠出焊接面，形成為內(nèi)、外毛刺。當(dāng)焊機(jī)主軸中貯存的能量消耗完后，主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)，延時(shí)

7、保壓后焊接過(guò)程結(jié)束。此臺(tái)焊機(jī)除了具有焊接功能外，還具有粗去毛刺的功能，即焊接過(guò)程結(jié)朿后，乘著焊縫內(nèi)毛刺還未冷卻而用焊機(jī)上的沖頭將紅熱的內(nèi)毛刺基本沖除。之后，管身夾具松開(kāi)，主軸啟動(dòng)并帶動(dòng)已焊好的鉆桿旋轉(zhuǎn)，利用外毛刺車削刀具將外毛刺基本去除。4.3焊接過(guò)程中需控制的輸入、輸出參數(shù)輸入?yún)?shù)有：焊接起始轉(zhuǎn)速（輸入），主軸飛輪配重（輸入），頂鍛壓力（輸入）。輸出參數(shù)有：焊接縮短量（輸出）。其中，焊接縮短量的控制最為關(guān)鍵，因?yàn)楹附涌s短量是三個(gè)輸入?yún)?shù)綜合結(jié)果的體現(xiàn)。4.4摩擦焊接參數(shù)的計(jì)算441頂鍛壓力的計(jì)算P1=Po*（D2-d2）/（2*

8、（D12-d12））注：Pl:頂鍛壓力（Kg/cm2）;Po:需要施加在焊接端面上的壓力（Kg/cm2）；D:管端外徑（mm）;d:管端內(nèi)徑（mm）;D1:油缸活塞直徑（mm）;dl:油缸活塞桿直徑（mm）。頂鍛油缸的示意圖如下圖2示（寶鋼摩擦焊機(jī)