專利名稱：一種高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆桿鉆鋌接頭的制造技術(shù)，尤其是指一種高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
鉆桿鉆鋌接頭是石油鉆探開采中廣泛使用的部件，用于連接鉆桿、鉆鋌用。鉆桿或鉆鋌的兩端分別通過摩擦焊接的工藝連接著鉆桿鉆鋌接頭中的公接頭與母接頭，作業(yè)時通過這些接頭把鉆桿或鉆鋌連接起來。鉆桿和鉆鋌作業(yè)過程中是處于高速、高強度轉(zhuǎn)動的狀態(tài)，因此對鉆桿鉆鋌接頭的抗扭力和接頭螺紋的變形這兩項指標(biāo)要求很高。這兩項指標(biāo)不高的產(chǎn)品，作業(yè)過程很容易產(chǎn)生接頭螺紋粘扣死的問題，因此為提高接頭的使用壽命接頭的防粘扣是廣大商家一直以來尋求解決的技術(shù)難題。由于鉆桿鉆鋌接頭在作業(yè)過程中承受巨大扭力，因此選擇需柔韌性能良好的鋼材作為其基體材料，目前商家大多選擇4145h作為其基體材料。4145h是美國鋼材牌號，中國鋼材牌號42CrMo類似于此鋼材。為改善接頭的抗扭力和接頭螺紋的變形這兩項指標(biāo)性能，目前都采用對接頭螺紋淬火強化的方法，但是傳統(tǒng)的淬火手段(例如高頻淬火、中頻淬火、火焰淬火等)使接頭的變形量都很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到產(chǎn)品的要求。不經(jīng)過淬火強化的接頭，其抗扭力很低。目前，市場上有一 種叫QPQ的工藝，QPQ是Quench — Polish 一 Quench的縮寫，是指將黑色金屬零件放入兩種性質(zhì)不同的鹽浴中，通過多種元素滲入金屬表面形成復(fù)合滲層，從而達(dá)到使零件表面改性的目的。它沒有經(jīng)過淬火，但達(dá)到了表面淬火的效果。經(jīng)過QPQ處理的接頭，其抗扭力比原產(chǎn)品大致提高20%，但還是不能滿足實際使用的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種抗扭性能好，接頭螺紋的變形量小，使用壽命高的高抗扭型石油鉆桿鉆鋌接頭的制造方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種高抗扭型石油鉆桿鉆鋌接頭的制造設(shè)備。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造方法，其包含以下步驟:SI，選用產(chǎn)品毛坯:采用沒有淬火的鉆桿鉆鋌接頭基體作為產(chǎn)品的毛坯；S2，對毛坯表面擦拭清潔:S3，對清潔后的毛坯進(jìn)行激光相變強化處理，實施激光淬火，成為產(chǎn)品半成品:S4，對產(chǎn)品半成品進(jìn)行檢驗，符合要求的為高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品；S5，對高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品進(jìn)行包裝打包。
所屬毛坯采用4145H材料。所述步驟S2中采用酒精和抹布將要進(jìn)行激光淬火的螺紋部位擦凈。所述步驟S3包含:S31，將清潔后的毛坯安裝在激光熱處理裝置的機床工作臺上，用卡盤夾緊；S32，用毛刷在即將實施激光淬火的螺紋部位涂抹一層吸光劑；S33，啟動激光熱處理裝置的激光器及機床工作臺，對清潔后的毛坯進(jìn)行激光相變強化處理，實施激光淬火；激光相變強化處理的工作條件如下:激光器工作功率:1480-1500W ；激光淬火掃描光斑:公接頭用2x15mm的寬光斑掃描；母接頭直接米用Φ2-Φ2.5mm的圓光斑掃描；機床工作臺上的卡盤轉(zhuǎn)速:公接頭用的轉(zhuǎn)速為500_550mm/分鐘；母接頭用的轉(zhuǎn)速為 800-850mm/ 分鐘；公接頭與母接頭淬火前都無需預(yù)熱，淬火后都無需冷卻介質(zhì)，自然冷卻；S34，激光淬火至淬火所需的全部區(qū)域范圍，停止激光相變強化處理，此時的鉆桿鉆鋌為產(chǎn)品半成品。所述步驟S4包含 :S41，缺陷檢查:人工觀察激光相變強化的部位是否存在缺陷，若有缺陷，當(dāng)廢品處理；S42，硬度檢查:對沒有缺陷的產(chǎn)品半成品用硬度計檢測其硬度是否符合要求，不符合要求的作廢品處理；S43，變形量檢查:對符合硬度要求的產(chǎn)品半成品用螺紋規(guī)檢測其變形量是否在要求范圍內(nèi)，不符合要求的作廢品處理，符合要求的產(chǎn)品為高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品。本發(fā)明的另一目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造設(shè)備，其包含:清潔工具，采用對鉆桿鉆鋌接頭毛坯的表面清潔的酒精和抹布；激光熱處理裝置，是對表面清潔后的毛坯進(jìn)行激光相變強化處理的裝置，其包含:激光器，是CO2激光器，其激光波長為10.6 μ m，工作功率為1480-1500W ；數(shù)控加工機床，其機床工作臺卡盤上置放車清潔后的毛坯，所述激光器發(fā)出的激光正對車削后的毛坯端部；控制器，其是一個數(shù)控系統(tǒng)，分別與所述激光器，數(shù)控加工機床連接，使激光器產(chǎn)生的激光將清潔后的毛坯進(jìn)行激光熱處理，成為鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品半成品；；檢測工具，包括對產(chǎn)品半成品進(jìn)行硬度檢測的硬度計以及對符合硬度要求的產(chǎn)品半成品檢測變形量的螺紋規(guī)，檢測合格的為高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品；打包裝置，采用木箱打包機，對高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品進(jìn)行包裝打包。所述激光器發(fā)出激光的光路上，設(shè)有發(fā)出一束紅光的同步指示系統(tǒng)，發(fā)出的這束紅光的路線和激光的路線一致。所述激光器發(fā)出激光的光路上，設(shè)有外光路系統(tǒng)，外光路系統(tǒng)由數(shù)個透射鏡與數(shù)個反射鏡組成。所述激光器與外光路系統(tǒng)分別與一個冷水機組連接。本發(fā)明的有益效果:采用本發(fā)明的激光相變強化的方法制造的鉆桿鉆鋌接頭與現(xiàn)有方法制造的鉆桿鉆鋌接頭相比:一是激光相變強化的方法實施淬火后變形量極小，在產(chǎn)品允許的范圍之內(nèi)(這個指標(biāo)傳統(tǒng)淬火手段是達(dá)不到)，二是激光淬火之后的鉆桿鉆鋌接頭基體的柔韌性能不會遭到破壞，硬度高，提高了接頭螺紋表面的抗扭性能，提高了抗扭力，本發(fā)明的方法制造的鉆桿鉆鋌接頭的抗扭力，比現(xiàn)有產(chǎn)品提高了 55%。因此，用本方法制造的鉆桿鉆鋌接頭比傳統(tǒng)的鉆桿鉆鋌接頭相比，出現(xiàn)粘扣問題的幾率大大降低，從而大幅提高了產(chǎn)品的使用壽命O為進(jìn)一步說明本發(fā)明的上述目的、結(jié)構(gòu)特點和效果，以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1為本發(fā)明高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭制造方法的流程圖；圖2為本發(fā)明高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造設(shè)備示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例的附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。為了表述方便，下文中將本發(fā)明的高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭，命名為“LQAT鉆桿鉆鋌接頭”(LQAT:Laser Quen ching&Ant1-Torque,即，激光淬火+抗扭)。本發(fā)明是用激光技術(shù)手段對鉆桿鉆鋌接頭進(jìn)行激光相變強化處理，對鉆桿鉆鋌接頭進(jìn)行激光淬火，由于激光工藝對產(chǎn)品變形小的特點，解決了鉆桿鉆鋌在傳統(tǒng)淬火中使接頭變形量大的問題。參見圖1，本發(fā)明的高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭制造方法的流程包含如下步驟:SI，選用產(chǎn)品毛坯:將現(xiàn)有鉆桿鉆鋌接頭(沒有淬火的鉆桿鉆鋌接頭基體，市場有供應(yīng))作為本發(fā)明產(chǎn)品的毛坯(采用4145H或性能相近的材料)。S2，對毛坯表面擦拭清潔:用酒精和抹布將要進(jìn)行激光淬火的螺紋部位擦拭干凈。S3，對清潔后的毛坯進(jìn)行激光相變強化處理，實施激光淬火，成為產(chǎn)品半成品，該步驟具體包含:S31，將清潔后的毛坯安裝在激光熱處理裝置的機床工作臺上，用卡盤夾緊；S32，用毛刷在即將實施激光淬火的螺紋部位涂抹一層調(diào)制好的吸光劑(有助于工件快速吸收激光的能量);S33，啟動激光熱處理裝置的激光器及機床工作臺，開始對清潔后的毛坯進(jìn)行激光相變強化處理，實施激光淬火，激光器最大功率為5KW，將工作功率調(diào)到1480-1500W ；鉆桿鉆鋌接頭有公接頭(螺紋在外)與母接頭(螺紋在內(nèi))之分，兩者在激光相變強化處理時的工作條件如下:激光淬火掃描光斑:公接頭用2xl5_的寬光斑掃描(用積分鏡調(diào)整光斑)；母接頭直接采用Φ2-Φ2.5mm的圓光斑掃描；機床工作臺上的卡盤轉(zhuǎn)速:公接頭用的轉(zhuǎn)速500_550mm/分鐘；母接頭用的轉(zhuǎn)速800-850mm/ 分鐘；公接頭與母接頭淬火前都無需預(yù)熱，淬火后都無需冷卻介質(zhì)，靠自然冷卻；S34，激光淬火至淬火所需的全部區(qū)域范圍，停止激光相變強化處理，此時的鉆桿鉆鋌為產(chǎn)品半成品。S4,對廣品半成品進(jìn)彳丁檢驗,具體包含:S41，缺陷檢查:通過人工觀察，看激光相變強化的部位是否存在開裂、凹坑等缺陷，若有缺陷，當(dāng)廢品處理(一旦工作參數(shù)調(diào)整好，出現(xiàn)缺陷的概率很小);S42，硬度檢查:對沒有缺陷的產(chǎn)品半成品用硬度計檢測其硬度，檢測其硬度值是否符合要求(例對于材質(zhì)為4145H的接頭，激光淬火后硬度能達(dá)到HV630度左右，一般定標(biāo)準(zhǔn)為HV600以上為符合要求，而傳統(tǒng)的熱處理方法是達(dá)不到此要求的)，不符合要求的產(chǎn)品半成品作廢品處理(一旦設(shè)備工作參數(shù)調(diào)整好，出現(xiàn)缺陷的概率很小)。硬度計采用的是型號為THllO硬度計。S43，變形量檢查:對符合硬度要求的產(chǎn)品半成品用螺紋規(guī)檢測(螺紋規(guī)采用常規(guī)的螺紋規(guī))，看變形量是否在要求范圍內(nèi)(這個范圍對不同規(guī)格的產(chǎn)品有不同的指標(biāo)，同樣規(guī)格大小的接頭，公接頭和母接頭的表述數(shù)字也不一樣。舉一個例子如下，對NC50-G105的公接頭，激光相變強化前的緊密距控制范圍為15.85-16.0Omm之間，要求強化之后緊密距控制范圍在15.78-16.16之間；對％50-6105的母接頭，激光相變強化前的緊密距控制范圍為0.05-0.20之間，要求強化之后緊密距控制范圍在0.02-0.27之間，這樣的變形范圍要求本發(fā)明用激光手段達(dá)到了，而傳統(tǒng)的熱處理方法是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的)，另外對產(chǎn)品半成品的垂直度、錐度、螺距、齒高等的變形量指標(biāo)均應(yīng)在控制范圍內(nèi)。不符合要求的產(chǎn)品半成品作廢品處理，符合要求的產(chǎn)品為LQAT鉆桿鉆鋌接頭。至此，LQAT鉆 桿鉆鋌接頭完成制造。S5，對合格的LQAT鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品進(jìn)行包裝打包:主要用木箱包裝，適合于汽車裝卸和運輸。本發(fā)明采用了激光相變強化工藝技術(shù)，對鉆桿鉆鋌接頭實施激光淬火，激光淬火之后的鉆桿鉆鋌接頭基體的柔韌性能不會遭到破壞，同時提高了接頭螺紋表面的抗扭性能，且變形量小，抗扭力大幅提升，抗扭力比現(xiàn)有接頭提高了 55%。本發(fā)明提供的高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造設(shè)備參見圖2，其包含:清潔工具2，采用對鉆桿鉆鋌接頭毛坯的表面清潔的酒精和抹布。激光熱處理裝置1，是對表面清潔后的毛坯進(jìn)行激光相變強化處理的裝置，其包含:激光器12,是C02激光器,其激光波長為10.6 μ m ;同步指示系統(tǒng)15，置于激光器12發(fā)出激光的光路上，其是一種發(fā)出一束紅光的裝置，發(fā)出的這束紅光的路線和激光的路線完全一致，在激光的光路上安裝該裝置的作用是用來“對光”的，即在正式打開光閘使激光器12的激光照射到鉆桿鉆鋌接頭工件的工作點之前，先要用這束紅光來校準(zhǔn)激光的照射位置，以便激光器12的激光對準(zhǔn)鉆桿鉆鋌接頭工件的工作點位置。外光路系統(tǒng)16，是置于激光器12發(fā)出激光的光路上的數(shù)個透射鏡與數(shù)個反射鏡，激光經(jīng)過外光路系統(tǒng)16的幾次透射、反射、折射、聚焦后到達(dá)鉆桿鉆鋌接頭工件的工作點。
冷水機組13，是水冷卻器，分別與激光器12及與外光路系統(tǒng)15連接(冷水機組13的冷水管連到激光器腔體里的散熱器上對激光器進(jìn)行散熱冷卻；冷水管還連到每一個透射鏡、反射鏡的鏡座上，對各鏡座進(jìn)行散熱冷卻。)數(shù)控加工機床14，其機床工作臺卡盤上置放清潔后的毛坯，所述激光器的激光正對清潔后后的毛坯端部(激光熱處理掃描從一個端部開始到另一端部);控制器11，其是一個數(shù)控系統(tǒng)，分別與所述激光器12，數(shù)控加工機床14連接，其控制數(shù)控加工機床14的機床工作臺卡盤轉(zhuǎn)速及機床X軸移動速度，控制激光器12的輸出功率，另外，通過控制器11來打開或關(guān)閉激光器光閘，使激光器12產(chǎn)生的激光對清潔后的毛坯進(jìn)行激光熱處理，成為鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品半成品；由于鉆桿鉆鋌接頭有公接頭(螺紋在夕卜)與母接頭(螺紋在內(nèi))之分，控制器11控制兩者在激光相變強化處理時的工作條件如下:激光淬火掃描光斑:公接頭用2x15mm的寬光斑掃描(用積分鏡調(diào)整光斑)；母接頭直接采用Φ2-Φ2.5mm的圓光斑掃描；機床工作臺上的卡盤轉(zhuǎn)速:公接頭用的轉(zhuǎn)速500_550mm/分鐘；母接頭用的轉(zhuǎn)速800-850mm/分鐘。檢測工具3，包括:對產(chǎn)品半成品進(jìn)行硬度檢測的硬度計，本實施例采用的是型號為THllO的硬度計；對符合硬度要求的產(chǎn)品半成品檢測變形量的螺紋規(guī)，合格的為LQAT鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品。打包裝置4，采用木箱打包機，對LQAT鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品進(jìn)行包裝打包。圖2中虛線所示的是產(chǎn)品生產(chǎn)流程中設(shè)備所屬各裝置或工具的使用狀態(tài)示意線。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明的目的，而并非用作對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi) 。
權(quán)利要求
1.一種高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造方法，其特征在于包含以下步驟: Si，選用產(chǎn)品毛坯:采用沒有淬火的鉆桿鉆鋌接頭基體作為產(chǎn)品的毛坯； S2，對毛坯表面擦拭清潔: S3，對清潔后的毛坯進(jìn)行激光相變強化處理，實施激光淬火，成為產(chǎn)品半成品: S4，對產(chǎn)品半成品進(jìn)行檢驗，符合要求的為高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品； S5，對高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品進(jìn)行包裝打包。
2.如權(quán)利要求1所述的高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造方法，其特征在于: 所屬毛坯采用4145H材料。
3.如權(quán)利要求1所述的高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造方法，其特征在于: 所述步驟S2中采用酒精和 抹布將要進(jìn)行激光淬火的螺紋部位擦凈。
4.如權(quán)利要求1所述的高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造方法，其特征在于: 所述步驟S3包含: S31，將清潔后的毛坯安裝在激光熱處理裝置的機床工作臺上，用卡盤夾緊； S32，用毛刷在即將實施激光淬火的螺紋部位涂抹一層吸光劑； S33，啟動激光熱處理裝置的激光器及機床工作臺，對清潔后的毛坯進(jìn)行激光相變強化處理，實施激光淬火； 激光相變強化處理的工作條件如下: 激光器工作功率:1480-1500W ； 激光淬火掃描光斑:公接頭用2x15mm的寬光斑掃描；母接頭直接采用Φ2-Φ2.5mm的圓光斑掃描； 機床工作臺上的卡盤轉(zhuǎn)速:公接頭用的轉(zhuǎn)速為500-550mm/分鐘；母接頭用的轉(zhuǎn)速為800-850mm/ 分鐘； 公接頭與母接頭淬火前都無需預(yù)熱，淬火后都無需冷卻介質(zhì)，自然冷卻； S34，激光淬火至淬火所需的全部區(qū)域范圍，停止激光相變強化處理，此時的鉆桿鉆鋌為廣品半成品。
5.如權(quán)利要求1所述的高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造方法，其特征在于: 所述步驟S4包含: S41，缺陷檢查:人工觀察激光相變強化的部位是否存在缺陷，若有缺陷，當(dāng)廢品處理；S42，硬度檢查:對沒有缺陷的產(chǎn)品半成品用硬度計檢測其硬度是否符合要求，不符合要求的作廢品處理； S43，變形量檢查:對符合硬度要求的產(chǎn)品半成品用螺紋規(guī)檢測其變形量是否在要求范圍內(nèi)，不符合要求的作廢品處理，符合要求的產(chǎn)品為高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品。
6.一種高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造設(shè)備，其特征在于包含: 清潔工具，采用對鉆桿鉆鋌接頭毛坯的表面清潔的酒精和抹布； 激光熱處理裝置，是對表面清潔后的毛坯進(jìn)行激光相變強化處理的裝置，其包含: 激光器，是CO2激光器，其激光波長為10.6 μ m，工作功率為1480-1500W ； 數(shù)控加工機床，其機床工作臺卡盤上置放車清潔后的毛坯，所述激光器發(fā)出的激光正對車削后的毛還端部; 控制器，其是一個數(shù)控系統(tǒng)，分別與所述激光器，數(shù)控加工機床連接，使激光器產(chǎn)生的激光將清潔后的毛坯進(jìn)行激光熱處理，成為鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品半成品；； 檢測工具，包括對產(chǎn)品半成品進(jìn)行硬度檢測的硬度計以及對符合硬度要求的產(chǎn)品半成品檢測變形量的螺紋規(guī)，檢測合格的為高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品； 打包裝置，采用木箱打包機，對高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品進(jìn)行包裝打包。
7.如權(quán)利要求6所述的高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造設(shè)備，其特征在于: 所述激光器發(fā)出激光的光路上，設(shè)有發(fā)出一束紅光的同步指示系統(tǒng)，發(fā)出的這束紅光的路線和激光的路線一致。
8.如權(quán)利要求6所述的高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造設(shè)備，其特征在于: 所述激光器發(fā)出激光的光路上，設(shè)有外光路系統(tǒng)，外光路系統(tǒng)由數(shù)個透射鏡與數(shù)個反射鏡組成。
9.如權(quán)利要求8所述的高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造設(shè)備，其特征在于: 所述激光器與外光路系統(tǒng)分別`與一個冷水機組連接。
全文摘要
本發(fā)明為一種高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭的制造方法及設(shè)備，涉及鉆桿鉆鋌接頭的制造技術(shù)，克服現(xiàn)有鉆桿鉆鋌接頭抗扭性能差的問題，本方法包含選沒有淬火的鉆桿鉆鋌接頭基體作為毛坯；對毛坯表面擦拭清潔對清潔后的毛坯進(jìn)行激光相變強化處理，實施激光熱處理，成為產(chǎn)品半成品對產(chǎn)品半成品進(jìn)行檢驗，符合要求的為高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭產(chǎn)品；對產(chǎn)品進(jìn)行包裝打包。本方法制成的高抗扭型鉆桿鉆鋌接頭淬火后變形量極小，硬度高，其基體的柔韌性能不會遭到破壞，提高了抗扭力，比現(xiàn)有產(chǎn)品提高了55%，使用中出現(xiàn)粘扣問題的幾率大大降低，大幅提高了產(chǎn)品的使用壽命。
文檔編號C21D1/09GK103103318SQ20131004731
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者王綏義 申請人:上海高斯雷潔激光技術(shù)有限公司