專利名稱：使用摩擦焊接制造油管及外加厚油管短節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種直接用于制造石油工業(yè)油井管柱中的油管及油管短節(jié)，特別是使用摩擦焊制造石油工業(yè)油井管柱中的油管及外加厚油管短節(jié)。
在工業(yè)油井管柱中的油管現(xiàn)場(chǎng)使用中，常有油管因斷裂而失效的問(wèn)題發(fā)生，特別是 和 155級(jí)平式油管，失效的主要部位是油管螺紋基面處，失效形式為疲勞斷裂。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析認(rèn)為絲扣部分是在管體兩端直接加工而成，兩端螺紋錐度為1∶16，螺距為2.54mm的油管，雖然螺紋處的材料與管體材料相同，但承載面積變小，且表面加工后產(chǎn)生了螺紋溝槽，降低了承受抗拉載荷和疲勞載荷的能力。以 J55平式油管為例，其管體極限抗拉載荷為44.3噸，而絲扣極限抗拉載荷僅為29.4噸，使油管材料性能得不到充分利用。另外各種規(guī)格外加厚油管、整體接頭油管，需要使用平鍛機(jī)進(jìn)行管體兩端墩粗，然后方能加工絲扣，其設(shè)備體積大、投資大、能耗較高，致使油管生產(chǎn)成本偏大，較大的生產(chǎn)成本使制造相應(yīng)規(guī)格的外加厚油管短節(jié)異常困難，因?yàn)闆](méi)有加厚油管短節(jié)，在油井檢泵作業(yè)中，配管柱泵掛深度不夠精確。
在國(guó)內(nèi)，目前有關(guān)工業(yè)油井管柱中的油管制造的公知方法是以符合SY/T6194-1996《套管和油管》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求為依據(jù)，采用鍛軋無(wú)縫鋼管或使用電阻焊或電感應(yīng)方法，無(wú)填充金屬焊接而成的具有一條縱焊縫的電焊管，選擇必要的熱處理后，在鋼管兩端加工出相應(yīng)規(guī)格的平式油管螺紋制成平式油管或先將無(wú)縫鋼管或電焊管兩端墩粗后，再加工出相應(yīng)規(guī)格的外加厚油管螺紋制成外加厚油管，再同相應(yīng)的油管接箍聯(lián)接，進(jìn)行表面防腐處理后得到油管成品，而外加厚油管短節(jié)則還沒(méi)有直接可獲得的產(chǎn)品。
本實(shí)用新型發(fā)明的目的是提供一種使用摩擦焊焊接制造的油管及外加厚油管短節(jié)，在解決油田現(xiàn)場(chǎng)因油管絲扣失效發(fā)生斷裂造成管斷問(wèn)題同時(shí)，解決使用平鍛機(jī)對(duì)平式油管管體墩粗后加工外加厚油管或整體接頭油管工藝的能耗大，生產(chǎn)效率低、成本高的問(wèn)題，還可直接提供外加厚油管短節(jié)的產(chǎn)品。
本實(shí)用新型是采用下面技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的油管及外加厚油管短節(jié)的制造是使用摩擦焊的焊接方法。焊制的油管分別是H40、J55、K55、N80鋼級(jí)平式油管、外加厚油管及外加厚油管短節(jié)。
使用本實(shí)用新型解決H40、J55、K55、N80鋼級(jí)平式油管絲扣部分與管體比較在強(qiáng)度上相對(duì)薄弱的問(wèn)題，使平式油管絲扣部分強(qiáng)度得到提高，達(dá)到與管體強(qiáng)度均衡，減少油田現(xiàn)場(chǎng)因油管絲扣失效發(fā)生斷裂造成管斷的現(xiàn)象。
焊接制造平式油管時(shí)，首先優(yōu)選平式焊接接頭材料及熱處理工藝，要求1、焊接接頭的抗拉強(qiáng)度及綜合機(jī)械性能優(yōu)于管體，從而增強(qiáng)抗拉極限載荷及疲勞壽命，2、應(yīng)保證焊接接頭與油管管體具有良好的焊接性能。根據(jù)這兩點(diǎn)要求，選擇合金調(diào)質(zhì)鋼類符合要求的相應(yīng)牌號(hào)的無(wú)縫鋼管作為焊接接頭的材料。焊接接頭的制作方法是先將選定牌號(hào)的無(wú)縫鋼管粗加工后單邊留1～2mm余量，800℃～900℃進(jìn)行油淬，再經(jīng)500℃～700℃回火，機(jī)加工至設(shè)計(jì)尺寸，該焊接接頭與管體在焊接前要保證兩個(gè)焊接摩擦端面粗糙度應(yīng)不大于1.6um，清潔無(wú)油污、無(wú)銹蝕。對(duì)于油管規(guī)格在 ～ 的油管，焊接轉(zhuǎn)速為1000～1500rpm，摩擦?xí)r間選為16～30s之間，摩擦壓力為36～80×106N/m2，頂鍛壓力為80～200×106N/m2，頂鍛速度為14mm/s～20mm/s，頂鍛保持時(shí)間為14s～25s，工件焊縫表面溫度為1100℃～1380℃，將焊縫在800℃～890℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行水冷淬火，淬火后再進(jìn)行中頻感應(yīng)加熱至550℃～650℃進(jìn)行高溫回火并保溫3～30min后室溫冷卻，這時(shí)焊縫將會(huì)獲得細(xì)小而均勻的回火索氏體組織，機(jī)械性能優(yōu)良。焊接中產(chǎn)生的內(nèi)外飛邊需使用車床或其它設(shè)備清除，外圓飛邊清除后的高度允許在0.10mm以內(nèi)，表面粗糙度要求達(dá)到1.6um，內(nèi)孔飛邊清除應(yīng)平滑，表面粗糙度應(yīng)不大于6.3um，最大深度不得超過(guò)0.20mm。對(duì)摩擦焊縫需要進(jìn)行磁粉探傷檢驗(yàn)。在該過(guò)程中，焊接工藝參數(shù)及焊縫熱處理工藝參數(shù)的選擇是確保焊接質(zhì)量并保證焊縫具有良好綜合機(jī)械性能的關(guān)鍵。
焊接制造外加厚油管或整體接頭油管時(shí)，首先根據(jù)油管規(guī)格設(shè)計(jì)外加厚焊接接頭或整體接頭油管焊接接頭，在外加厚焊接接頭或整體接頭油管焊接接頭的焊接端至少要設(shè)計(jì)一段10～15mm長(zhǎng)度的外圓，它與所焊管體外圓和內(nèi)孔尺寸一致。接頭材料仍為合金調(diào)質(zhì)鋼類無(wú)縫鋼管，粗加工后調(diào)質(zhì)處理，精加工至尺寸，按照前述平式油管的焊接工藝及熱處理工藝將油管與外加厚油管或整體接頭油管使用摩擦焊進(jìn)行焊接。該方法解決了使用平鍛機(jī)對(duì)平式油管管體墩粗后加工外加厚油管或整體接頭油管工藝的能耗大，生產(chǎn)效率低、成本高的問(wèn)題。
焊接制造外加厚油管短節(jié)時(shí)，使用與制造外加厚焊接接頭及整體接頭同樣的焊接工藝及熱處理工藝，根據(jù)用戶需求可制造出不同長(zhǎng)度的外加厚油管短節(jié)，使制造任意長(zhǎng)度的外加厚短節(jié)更為經(jīng)濟(jì)和方便。
對(duì)于 ～ 油管，摩擦焊接過(guò)程一般不超過(guò)1分鐘，生產(chǎn)效率與在管體上加工油管螺紋相比，效率提高近一倍。
摩擦焊接對(duì)中精度高，油管螺紋可以先在焊接接頭上加工完成，最后通過(guò)摩擦焊接焊到管體上，這樣加工油管螺紋就更為方便，便于規(guī)?；a(chǎn)，也便于對(duì)螺紋進(jìn)行檢驗(yàn)。
通過(guò)摩擦焊技術(shù)生產(chǎn)外加厚油管、整體接頭油管、外加厚油管短節(jié)與生產(chǎn)平式油管在工藝過(guò)程中兩者都不需要增加其他特殊相應(yīng)設(shè)備，只在焊接接頭的設(shè)計(jì)加工制作上有所改變，焊接及配套工藝沒(méi)有變化。
本實(shí)用新型還可以用于舊油管的修復(fù)，針對(duì)油田超期服役的舊油管進(jìn)行改制，使用摩擦焊接先把舊油管管體帶有絲扣斷裂端去掉，將合金調(diào)質(zhì)鋼焊接接頭焊到舊油管管體兩端，加工后的油管符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可重新用于油井管柱中。
本實(shí)用新型的技術(shù)效果由于摩擦焊接具有焊接質(zhì)量好、穩(wěn)定；適于焊接異種金屬；焊件尺寸精度高、焊后形位誤差不大；焊件尺寸精度高、焊后形位誤差不大；焊接生產(chǎn)率高，焊機(jī)功率小，省電能；加工費(fèi)用低；設(shè)備容易機(jī)械化、自動(dòng)化，操作技術(shù)簡(jiǎn)單易學(xué)；工作場(chǎng)地衛(wèi)生，環(huán)保性能好，沒(méi)有火花、弧光及有害氣體等方面的優(yōu)點(diǎn)。因此將此技術(shù)用于油管及短節(jié)的制造，不僅克服了現(xiàn)場(chǎng)使用中油管螺紋基面處因疲勞斷裂而失效的問(wèn)題，而且還較好的解決了使用平鍛機(jī)對(duì)平式油管管體墩粗后加工外加厚油管或整體接頭油管工藝的能耗大，生產(chǎn)效率低、成本高的問(wèn)題，收到極好的技術(shù)效果。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明


圖1是本實(shí)用新型的技術(shù)工藝流程圖。
圖2是本實(shí)用新型平式油管剖視圖。
圖3是本實(shí)用新型平式接頭剖視圖。
圖4是本實(shí)用新型外加厚油管剖視圖。
圖5是本實(shí)用新型外加厚接頭剖視圖。
圖6是本實(shí)用新型外加厚油管短節(jié)剖視圖。
圖中1護(hù)絲 2平式接頭 3外加厚接頭 4焊縫 5油管管體6油管接箍實(shí)施例1 平式油管的制造根據(jù)
圖1所描述的技術(shù)工藝流程，選用35CrMo無(wú)縫鋼管為焊接接頭的材料，將35CrMo無(wú)縫鋼管粗加工后單邊留1.5mm余量，850℃進(jìn)行油淬，再經(jīng)550℃回火，機(jī)加工成平式接頭2。在焊接前，平式接頭2與油管管體5兩個(gè)焊接摩擦端面粗糙度為1.6um，清潔無(wú)油污、無(wú)銹蝕。焊接轉(zhuǎn)速為1240rpm，摩擦?xí)r間選為16～20s之間，摩擦壓力為45×106N/m2，頂鍛壓力為120×106N/m2，頂鍛速度為20mm/s，頂鍛保持時(shí)間為20s，工件焊縫4表面溫度為1150℃～1250℃，將焊縫4在850℃～890℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行水冷淬火，淬火后再進(jìn)行中頻感應(yīng)加熱至620℃～650℃進(jìn)行高溫回火并保溫3～4min后室溫冷卻，用車床或其它設(shè)備清除焊接中產(chǎn)生的內(nèi)外飛邊，外圓飛邊清除后的高度為0.10mm，表面粗糙度為1.6um，最大深度不超過(guò)0.20mm，然后，對(duì)摩擦焊縫4需要進(jìn)行磁粉探傷檢驗(yàn)。平式接頭2經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理與油管管體5焊接后測(cè)試，其絲扣部分的抗拉強(qiáng)度達(dá)到980N/mm2，提高了89.6％，屈服強(qiáng)度達(dá)到835N/mm2，提高了120％，而N80級(jí)平式油管的允許最小屈服強(qiáng)度為552N/mm2，最大屈服強(qiáng)度為758N/mm2，抗拉強(qiáng)度為689N/mm2。由此看來(lái)，使用摩擦焊技術(shù)生產(chǎn)的J55平式油管的絲扣抗拉強(qiáng)度達(dá)到甚至超過(guò)了N80級(jí)平式油管的水平，在一定條件下完全可以替代N80級(jí)油管，而在價(jià)格上每噸可節(jié)約400元。
實(shí)施例2 J55外加厚油管的制造根據(jù)
圖1所描述的技術(shù)工藝流程，先選用35CrMo無(wú)縫鋼管為外加厚接頭材料，將35CrMo無(wú)縫鋼管粗加工后單邊留1.5mm余量，850℃進(jìn)行油淬，再經(jīng)550℃回火，機(jī)加工成外加厚接頭3。焊接工藝條件同實(shí)施例1。外加厚接頭3經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理與油管管體5焊接后測(cè)試，其絲扣部分的抗拉強(qiáng)度為980N/mm2，提高了89.6％，而屈服強(qiáng)度為835N/mm2，提高了120％。制成的外加厚油管與目前采用墩粗加工的外加厚油管相比，使用性能相當(dāng)，而每噸成本降低了300余元。
實(shí)施例3外加厚油管短節(jié)根據(jù)
圖1所描述的技術(shù)工藝流程，選用35CrMo無(wú)縫鋼管為外加厚油管短節(jié)材料，采用與實(shí)施例1相同的焊接工藝條件，將35CrMo無(wú)縫鋼管根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要加工制造成不同長(zhǎng)度的外加厚油管短節(jié)，為施工現(xiàn)場(chǎng)直接提供產(chǎn)品，極大的方便油田現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)施工。
權(quán)利要求1.一種用于石油工業(yè)油井管柱中的油管及油管短節(jié)，其特征是該油管和外加厚油管短節(jié)的制造方法都是使用摩擦焊焊接；油管的制造是先將鋼管加工成焊接接頭，再將焊接接頭與油管管體使用摩擦焊的焊接方法進(jìn)行焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于石油工業(yè)油井管柱中的油管及油管短節(jié)，其特征是油管的焊接接頭為平式接頭(2)、外加厚接頭(3)或整體接頭；
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種用于石油工業(yè)油井管柱中的油管及油管短節(jié)，其特征是制造油管和外加厚油管短節(jié)所使用的摩擦焊焊接方法是在焊接轉(zhuǎn)速為1000～1500rpm，摩擦?xí)r間為16～30s之間，摩擦壓力為36～80×106N/m2，頂鍛壓力為80～200×106N/m2，頂鍛速度為14mm/s～20mm/8，頂鍛保持時(shí)間為14s～25s的焊接工藝條件下焊接制造，工件焊縫表面溫度為1100℃～1380℃，將焊縫(4)經(jīng)800℃～890℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行水冷淬火，淬火后再進(jìn)行中頻感應(yīng)加熱至550℃～650℃進(jìn)行高溫回火并保溫3～30min后室溫冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的一種用于石油工業(yè)油井管柱中的油管及油管短節(jié)，其特征是外加厚油管的焊接制造時(shí)，外加厚接頭(3)與油管管體(5)的焊接端至少要設(shè)計(jì)一段10～15mm長(zhǎng)度的外圓，它與所焊油管管體(5)外圓和內(nèi)孔尺寸一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的一種用于石油工業(yè)油井管柱中的油管及油管短節(jié)，其特征是外加厚油管短節(jié)的焊接制造是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要尺寸制成500mm～4000mm任意長(zhǎng)度的外加厚油管短節(jié)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種使用摩擦焊接方法制造石油工業(yè)油井管柱中的油管、外加厚油管短節(jié)。先將淬火性好、強(qiáng)度能滿足使用要求的合金調(diào)質(zhì)鋼加工成焊接接頭,再將管體與焊接接頭在焊接轉(zhuǎn)速為1000～1300rpm,摩擦?xí)r間選為16～30s之間,摩擦壓力為36～50×106N/m
文檔編號(hào)B23K20/12GK2511426SQ0127661
公開(kāi)日2002年9月18日 申請(qǐng)日期2001年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月24日
發(fā)明者趙建軍, 姚鳳岐, 梁洪山 申請(qǐng)人:安達(dá)市慶升摩擦焊油管修復(fù)廠