專利名稱：一種石油鉆桿接頭、鉆桿及慣性摩擦焊接工藝和工裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油鉆桿制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種石油鉆桿接頭、鉆桿以及慣性摩擦焊接工藝和工裝。
背景技術(shù)：
早期石油鉆桿接頭與管體之間的對焊為電弧焊、閃光對焊，這種焊接形式存在很多問題，如焊接質(zhì)量差，焊接過程不穩(wěn)定，效率低、勞動強度大。當(dāng)今逐步發(fā)展到連續(xù)驅(qū)動摩擦焊接及慣性摩擦焊接，鉆桿對焊的生產(chǎn)效率越來越高，焊縫的質(zhì)量也越來越好。目前， 慣性摩擦焊接方法是最可靠的鉆桿對焊方法，但是在摩擦焊接工藝中也存在一些問題，主要表現(xiàn)在①焊接完成后焊縫飛邊處理上，內(nèi)飛邊采用車削，效率低；②加工外飛邊后容易出現(xiàn)凹凸不平的臺肩和凹坑；③焊接內(nèi)外螺紋接頭時要用不同的定位塊，增加了更換工裝的頻率，效率低、勞動強度大等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一在于針對現(xiàn)有石油鉆桿摩擦焊接工藝中所存在的加工外飛邊后容易出現(xiàn)凹凸不平的臺肩和凹坑的問題而提供一種石油鉆桿接頭，該石油鉆桿接頭與鉆桿摩擦焊接加工外飛邊后，其焊接處不會存在凹凸不平的臺肩和凹坑。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二在于針對現(xiàn)有石油鉆桿摩擦焊接工藝中所存在的加工外飛邊后容易出現(xiàn)凹凸不平的臺肩和凹坑的問題而提供一種石油鉆桿，該石油鉆桿與鉆桿接頭摩擦焊接加工外飛邊后，其焊接處不會存在凹凸不平的臺肩和凹坑。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之三在于針對現(xiàn)有石油鉆桿摩擦焊接工藝中所存在的問題而提供一種石油鉆桿慣性摩擦焊接工藝。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之四在于針對現(xiàn)有石油鉆桿摩擦焊接工藝中所存在的問題而提供一種用以對鉆桿接頭進行軸向定位且沖切焊接內(nèi)飛邊的工裝。作為本發(fā)明第一方面的鉆桿接頭，包括中空的接頭本體，所述接頭本體的一端為與鉆桿摩擦焊接的焊接端，其特征在于，所述焊接端為由內(nèi)、外兩段組成，外段與鉆桿焊接連接，所述內(nèi)段的直徑等于鉆桿成品焊徑直經(jīng)，外段直徑大于內(nèi)段直徑，且外段與內(nèi)段之間通過倒角過渡。所述倒角為15°。所述外段的長度為15mm。作為本發(fā)明第一方面的石油鉆桿，包括中空的鉆桿本體，所述鉆桿本體的兩端為與鉆桿摩擦焊接的焊接端，其特征在于，所述焊接端為由內(nèi)、外兩段組成，外段與鉆桿接頭焊接連接，所述內(nèi)段的直徑等于鉆桿成品焊徑直經(jīng)，外段直徑大于內(nèi)段直徑，且外段與內(nèi)段之間通過倒角過渡。所述倒角為15°。所述外段的長度為15mm。
作為本發(fā)明第二方面的摩擦焊接工藝，包括如下步驟(1)接頭焊前預(yù)處理用車床將要進行配焊的鉆桿接頭焊接端的端面進行車削，以去除端面上的銹跡和污染物；(2)鉆桿焊前預(yù)處理用車床對鉆桿焊接端的端面進行車削，以去除端面上的銹跡和污染物；(3)在慣性摩擦焊機上裝夾鉆桿接頭和鉆桿a、通過接頭夾塊在拉緊缸的作用下將鉆桿接頭緊緊地夾持在隨主軸同步旋轉(zhuǎn)的接頭夾緊盤上，并采用安裝在慣性摩擦焊機上且隨主軸轉(zhuǎn)動的導(dǎo)向套和定位塊進行軸向定位，同時將滑動設(shè)置在導(dǎo)向套內(nèi)的沖桿端部的沖頭插入到鉆桿接頭的內(nèi)孔中；b、采用鉆桿夾塊將鉆桿緊緊地夾持在焊接小車上并在焊接小車的帶動下到達預(yù)頂鍛位置；(4)鉆桿接頭與鉆桿摩擦焊接液壓馬達啟動主軸，通過接頭夾緊盤帶動鉆桿接頭旋轉(zhuǎn)，當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速達到預(yù)定值時，將液壓馬達與主軸脫開；之后，焊接小車在液壓的驅(qū)動下，帶動鉆桿向鉆桿接頭方向直線移動，這時鉆桿不轉(zhuǎn)動；通過焊機液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的頂鍛壓力將鉆桿焊接端的端面緊緊地壓在鉆桿接頭焊接端的端面上，使之產(chǎn)生大量的摩擦熱，所述摩擦熱熱量使得鉆桿接頭與鉆桿之間的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，使鉆桿接頭與鉆桿并形成為內(nèi)、外飛邊；當(dāng)主軸中貯存的能量消耗完后，主軸停止轉(zhuǎn)動；(5)去除內(nèi)飛邊在主軸停止轉(zhuǎn)動^后，沖桿帶著沖頭在剪切缸的作用下，由導(dǎo)向套導(dǎo)引，向前快速移動沖掉焊接形成的內(nèi)飛邊，然后沖桿帶動沖頭在剪切缸的作用下回到原位；(6)拆卸工件在內(nèi)飛邊被沖掉后，卸掉焊機液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的頂鍛壓力，松開接頭夾緊盤上的接頭夾塊和鉆桿夾塊，取下焊接好的工件，完成一次焊接；再按上述步驟C3)、(4)、(5)、(6)完成二次焊接，二次焊接好以后上車床車去外飛邊得石油鉆桿成品。在所述步驟(1)中，在鉆桿接頭遠離焊接端的端部進行壓印，注明焊接日期及生產(chǎn)廠家的名稱。作為本發(fā)明第四方面的一種用以對鉆桿接頭進行軸向定位且沖切焊接內(nèi)飛邊的工裝，包括安裝在慣性摩擦焊機上且隨主軸轉(zhuǎn)動的導(dǎo)向套和滑動穿過所述導(dǎo)向套內(nèi)的導(dǎo)向孔的沖桿，所述導(dǎo)向套面向鉆桿接頭的那一面為對鉆桿接頭軸向定位的第一定位面；所述鉆桿的一端設(shè)置有插入所述鉆桿接頭內(nèi)孔中的沖頭，鉆桿的另一端與慣性摩擦焊機上的剪切缸連接并受剪切缸的驅(qū)動進行直線運動。所述導(dǎo)向套遠離鉆桿接頭的那一面通過加長套與慣性摩擦焊機的主軸連接，所述導(dǎo)向套與所述加長套以及加長套與所述主軸之間均采用圓鍵定位連接。在所述導(dǎo)向套的導(dǎo)向孔內(nèi)設(shè)置有防塵圈，以防止灰塵或雜物進入所述的拉緊缸內(nèi)。所述導(dǎo)向套面向鉆桿接頭的那一面安裝有一定位塊，定位塊和導(dǎo)向套一起通過緊固件安裝在慣性摩擦焊機的主軸上；所述定位塊的中心具有一個穿孔，以便于所述沖桿穿過所述定位塊而插入到鉆桿接頭的內(nèi)孔中，在所述穿孔靠近鉆桿接頭的那一端設(shè)置有倒角，該倒角構(gòu)成對鉆桿接頭軸向定位的第二定位面。本發(fā)明與其他焊接方法相比，具有以下優(yōu)點(1)焊接速度快，焊接熱影響區(qū)窄，晶粒不容易長大；普通弧焊方式則容易產(chǎn)生寬大的熱影響區(qū)及晶粒長大現(xiàn)象。(2)焊接過程中基本上不會產(chǎn)生焊接灰斑；閃光對焊方法較容易產(chǎn)生焊接灰斑而
嚴重影響焊縫質(zhì)量。(3)焊接過程中由于基本上不用剎車，因此本發(fā)明要比連續(xù)驅(qū)動摩擦焊接方法更節(jié)約能量。(4)與連續(xù)驅(qū)動摩擦焊接方法相比，本發(fā)明的焊接時間大約是前者的一半，生產(chǎn)效率可大大提高。(5)焊機的參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)使得焊接縮短量的檢測更加準(zhǔn)確，并判斷其是否達到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)。如果未達到，系統(tǒng)則產(chǎn)生報警信號。通過這種方法可以大大提高焊縫焊合的可靠性。(6)對焊接過程的全面監(jiān)視，由計算機系統(tǒng)實時記錄下焊接過程的主軸轉(zhuǎn)速-時間曲線、頂鍛壓力-時間曲線及焊接縮短量-時間曲線，并將這些數(shù)據(jù)保存在計算機硬盤上，隨時備查詢。(7)在焊接前可以在鉆桿接頭根部打成品印記，與加工完成品后再打印記相比有很多優(yōu)點，首先接頭比鉆桿成品小巧輕便很多在打印記時比較容易操作，另外接頭比鉆桿成品更容易流轉(zhuǎn)，避免生產(chǎn)現(xiàn)場的混亂，減小勞動強度。(7)焊徑形式變成臺肩以后，不但依然能保證焊接的質(zhì)量，而且焊徑已加工到尺寸所以在焊接完成后車削外圓飛邊時，消除了焊徑表面出現(xiàn)凹凸不平的缺陷，使加工表面更加平整，表面質(zhì)量得到提高，同時也減少了勞動強度，大大提高生產(chǎn)效率。(8)通過對工裝的設(shè)計能加工規(guī)格為23/8" 51/2"的鉆桿，工裝的系列化，使得在進行生產(chǎn)時，更換工裝變的簡單化，操作工很容易掌握，勞動強度小，工作效率高。(9)該工藝的實施使得焊接質(zhì)量和穩(wěn)定性大大提高，單臺設(shè)備每年鉆桿的產(chǎn)量可以達到1萬噸以上。


圖1為本發(fā)明石油鉆桿成品示意圖。
圖2為本發(fā)明的鉆桿公接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的鉆桿母接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明鉆桿的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明的鉆桿公接頭焊接端平端面的示意圖。
圖6為本發(fā)明的鉆桿母接頭焊接端平端面的示意圖。
圖7為現(xiàn)有鉆桿母接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為本發(fā)明焊接端重新進行設(shè)計后的鉆桿母接頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為本發(fā)明的鉆桿焊接端平端面的示意圖。
圖10為本發(fā)明鉆桿母接頭裝夾示意圖。圖11為本發(fā)明鉆桿公接頭裝夾示意圖。圖12為本發(fā)明定位塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施方式
來詳細說明本發(fā)明。下面的具體實施方式
僅以5" 石油鉆桿為例予以說明，但是本發(fā)明還可以用來制造加工2 3/8" 5 1/2"規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)鉆桿。參看圖1，整個石油鉆桿由鉆桿100和焊接在鉆桿100兩端的鉆桿公接頭200、鉆桿母接頭300焊接而成，圖中400為鉆桿公接頭200與鉆桿100之間的焊縫，500為鉆桿母接頭300與鉆桿100之間的焊縫。整個石油鉆桿的長度為8000-10000mm。參見圖2，鉆桿公接頭200包括一個中空的接頭本體210，接頭本體210的一端設(shè)置有外錐螺紋220，另一端為與鉆桿100焊接的焊接端230。參見圖3，鉆桿母接頭300包括一個中空的接頭本體310，接頭本體310的一端設(shè)置有內(nèi)錐螺紋320，另一端為與鉆桿100焊接的焊接端330。參見圖4，鉆桿100為一管件，其兩端分別為與鉆桿公接頭200和鉆桿母接頭300 焊接的焊接端110、120。本發(fā)明的鉆桿公接頭200、鉆桿母接頭300和鉆桿100的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的鉆桿公接頭、鉆桿母接頭和鉆桿結(jié)構(gòu)有所不同，其改進之處在于焊接端230、330、110、120，下面就鉆桿母接頭300的焊接端330來說明本發(fā)明對鉆桿公接頭200、鉆桿母接頭300和鉆桿100的焊接端230、330、110、120的改進。參見圖5，現(xiàn)有的鉆桿母接頭300’，其焊接端330’為一直徑為132mm的圓柱結(jié)構(gòu)， 長度為40mm。參見圖6，本發(fā)明的鉆桿母接頭300的焊接端330改為由內(nèi)、外兩段331、332 組成，內(nèi)、外兩段331、332均為圓柱形，但是外段32直徑為132mm，長度為15mm，內(nèi)段331直徑等于鉆桿成品焊徑直經(jīng)，為130mm，這樣焊接段330就形成一臺階軸狀，且外段332與內(nèi)段 331之間通過15°倒角333過渡，以防止產(chǎn)生應(yīng)力集中。焊接端330的外段332與鉆桿焊接連接。鉆桿公接頭200的焊接段230和鉆桿100兩端的焊接端110、120的改進同鉆桿母接頭300的焊接端330的改進，在此不再作詳細描述。通過對焊接端的改進，不但依然能保證焊接的質(zhì)量，而且焊徑已加工到尺寸，所以在焊接完成后車削外圓飛邊時，消除了焊徑表面出現(xiàn)凹凸不平的缺陷，使加工表面更加平整，表面質(zhì)量得到提高，同時也減少了勞動強度，大大提高生產(chǎn)效率。本發(fā)明的摩擦焊接工藝是在美國MTI公司的320BX慣性摩擦焊機上實現(xiàn)的，當(dāng)然也不局限于該慣性摩擦焊機。該摩擦焊接工藝的具體步驟如下(1)接頭焊前預(yù)處理為了保證焊縫的純凈，鉆桿接頭必須經(jīng)過預(yù)處理后才可以與預(yù)處理后的鉆桿進行配焊。預(yù)處理的內(nèi)容包括參見圖7和圖8，用車床將要進行配焊的鉆桿公接頭200的焊接端230的端面234 和鉆桿母接頭300的焊接端330的端面334進行車削，以去除端面上的銹跡和污染物；同時必須在鉆桿公接頭300的外錐螺紋220的根部進行壓印，注明焊接的年份、月份、鋼級及生產(chǎn)廠家的名稱。(2)鉆桿焊前預(yù)處理參見圖9，用車床對鉆桿100的焊接端110、120的端面112、122進行車削，以去除端面上的氧化鐵皮，確保對焊表面干凈，外段111、121外徑與鉆桿公接頭、鉆桿母接頭的焊接端的外段焊徑一致；(3)在慣性摩擦焊機上裝夾鉆桿母接頭和鉆桿a、參見圖10，首先在慣性摩擦焊機裝配用以對鉆桿母接頭300進行軸向定位且沖切焊接內(nèi)飛邊的工裝，具體安裝方式是將工裝中的導(dǎo)向套710的臺階面與主軸620的定位面621壓緊，再將定位塊720與導(dǎo)向套710 —起用螺栓730安裝在主軸620上，同時在主軸 620的定位面622與導(dǎo)向套710之間加裝一加長套730，加長套730主要起填塞壓緊的作用， 它一端與主軸620的定位面622壓緊用圓鍵定位，另一端與導(dǎo)向套710壓緊用圓鍵定位，不需要螺栓連接。在導(dǎo)向套710內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)向孔712，主要對沖桿740起導(dǎo)向作用，在導(dǎo)向孔712內(nèi)鑲有防塵圈712a，防止灰塵或雜物進入拉緊缸。參見圖12，定位塊720的中心具有一個穿孔721，以便于沖桿740穿過定位塊720， 在穿孔721靠近鉆桿母接頭300的那一端設(shè)置有45°倒角721a，該倒角721a構(gòu)成對鉆桿母接頭300軸向定位的定位面，該定位面對鉆桿母接頭300定位后，可以防止鉆桿母接頭300
軸向竄動。最后將沖桿740穿過加長套730、導(dǎo)向套710的導(dǎo)向孔712、定位塊720的穿孔 721，沖桿740帶螺紋741的一端與慣性摩擦焊機上的剪切缸(圖中未示出)連接，另一端通過螺栓743連接有沖頭742。沖頭742的直徑比鉆桿母接頭300和鉆桿100的內(nèi)孔直徑小0. 5mm，這樣能很容易沖切掉內(nèi)飛邊，不再需要車削，只需進行簡單的修磨。在裝配好上述工裝后，鉆桿母接頭300放置在隨主軸620同步旋轉(zhuǎn)的接頭夾緊盤 630上的六瓣結(jié)構(gòu)的接頭夾塊610之間，同時使鉆桿母接頭300具有內(nèi)錐螺紋320那一端的端部頂在定位塊720的倒角721a構(gòu)成的定位面上，并使沖桿740上的沖頭742插入到鉆桿母接頭300的內(nèi)孔中。裝夾鉆桿母接頭300時，要保證鉆桿母接頭300的焊接端330的端面334伸出接頭夾緊盤630的長度在90 105mm范圍內(nèi)。啟動拉緊缸，在拉緊缸的作用下，六瓣結(jié)構(gòu)的接頭夾塊610之間的間隙由3mm逐漸變小，接頭夾塊610內(nèi)徑逐漸減小，從而緊緊夾住鉆桿母接頭300。b、采用鉆桿夾塊將鉆桿緊緊地夾持在焊接小車上并在焊接小車的帶動下到達預(yù)頂鍛位置(圖中未示出，與現(xiàn)有技術(shù)一樣)；(4)鉆桿母接頭與鉆桿摩擦焊接液壓馬達啟動主軸620，通過接頭夾緊盤610帶動鉆桿母接頭300旋轉(zhuǎn)，當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速達到預(yù)定值時，將液壓馬達與主軸脫開；之后，焊接小車在液壓的驅(qū)動下，帶動鉆桿向鉆桿母接頭300方向直線移動，這時鉆桿不轉(zhuǎn)動；通過焊機液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的頂鍛壓力將鉆桿焊接端的端面緊緊地壓在鉆桿母接頭300的焊接端330的端面上，使之產(chǎn)生大量的摩擦熱，摩擦熱熱量使得鉆桿母接頭300與鉆桿之間的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，使鉆桿母接頭300與鉆桿并形成為內(nèi)、外飛邊；當(dāng)主軸中貯存的能量消耗完后，主軸停止轉(zhuǎn)動；(5)去除內(nèi)飛邊在主軸620停止轉(zhuǎn)動k后，沖桿740帶著沖頭742在剪切缸的作用下，由導(dǎo)向套 710導(dǎo)引，向前快速移動沖掉焊接形成的內(nèi)飛邊，然后沖桿740帶動沖頭742在剪切缸的作用下回到原位；(6)拆卸工件在內(nèi)飛邊被沖掉后，主軸620停止轉(zhuǎn)動1 后，卸掉焊機液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的頂鍛壓力，松開接頭夾緊盤630上的接頭夾塊610和鉆桿夾塊，取下焊接有鉆桿母接頭300的鉆桿 100，完成一次焊接。(7)在慣性摩擦焊機上裝夾鉆桿公接頭和鉆桿a、參見圖11，將鉆桿公接頭200放置在隨主軸620同步旋轉(zhuǎn)的接頭夾緊盤630上的六瓣結(jié)構(gòu)的接頭夾塊610之間，同時使鉆桿公接頭200具有外錐螺紋220那一端的端部頂在導(dǎo)向套710與定位塊720接觸的那一面713上，并使沖桿740上的沖頭742插入到鉆桿公接頭200的內(nèi)孔中。裝夾鉆桿公接頭200時，要保證鉆桿公接頭200的焊接端230的端面234伸出接頭夾緊盤630的長度在90 105mm范圍內(nèi)。啟動拉緊缸，在拉緊缸的作用下，六瓣結(jié)構(gòu)的接頭夾塊610之間的間隙由3mm逐漸變小，接頭夾塊610內(nèi)徑逐漸減小，從而緊緊夾住鉆桿公接頭200。b、將焊接有鉆桿母接頭300的鉆桿100掉頭，采用鉆桿夾塊將鉆桿緊緊地夾持在焊接小車上并在焊接小車的帶動下到達預(yù)頂鍛位置(圖中未示出，與現(xiàn)有技術(shù)一樣)；(4)鉆桿公接頭與鉆桿摩擦焊接液壓馬達啟動主軸620，通過接頭夾緊盤610帶動鉆桿公接頭200旋轉(zhuǎn)，當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速達到預(yù)定值時，將液壓馬達與主軸脫開；之后，焊接小車在液壓的驅(qū)動下，帶動鉆桿向鉆桿公接頭200方向直線移動，這時鉆桿不轉(zhuǎn)動；通過焊機液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的頂鍛壓力將鉆桿焊接端的端面緊緊地壓在鉆桿公接頭200的焊接端230的端面上，使之產(chǎn)生大量的摩擦熱，摩擦熱熱量使得鉆桿公接頭200與鉆桿之間的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，使鉆桿公接頭200與鉆桿并形成為內(nèi)、外飛邊；當(dāng)主軸中貯存的能量消耗完后，主軸停止轉(zhuǎn)動；(5)去除內(nèi)飛邊在主軸620停止轉(zhuǎn)動k后，沖桿740帶著沖頭742在剪切缸的作用下，由導(dǎo)向套 710導(dǎo)引，向前快速移動沖掉焊接形成的內(nèi)飛邊，然后沖桿740帶動沖頭742在剪切缸的作用下回到原位；(6)拆卸工件在內(nèi)飛邊被沖掉后，主軸620停止轉(zhuǎn)動1 后，卸掉焊機液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的頂鍛壓力，松開接頭夾緊盤630上的接頭夾塊610和鉆桿夾塊，取下焊接有鉆桿母接頭300和鉆桿母接頭300的鉆桿100，完成二次焊接。二次焊接后，上車床車去外飛邊的石油鉆桿成品。上述焊接過程中所采用的焊接參數(shù)如下表所示
權(quán)利要求
1.鉆桿接頭，包括中空的接頭本體，所述接頭本體的一端為與鉆桿摩擦焊接的焊接端， 其特征在于，所述焊接端為由內(nèi)、外兩段組成，外段與鉆桿焊接連接，所述內(nèi)段的直徑等于鉆桿成品焊徑直經(jīng)，外段直徑大于內(nèi)段直徑，且外段與內(nèi)段之間通過倒角過渡。
2.如權(quán)利要求1所述的鉆桿接頭，其特征在于，所述倒角為15°。
3.如權(quán)利要求1所述的鉆桿接頭，其特征在于，所述外段的長度為15mm。
4.石油鉆桿，包括中空的鉆桿本體，所述鉆桿本體的兩端為與鉆桿摩擦焊接的焊接端， 其特征在于，所述焊接端為由內(nèi)、外兩段組成，外段與鉆桿接頭焊接連接，所述內(nèi)段的直徑等于鉆桿成品焊徑直經(jīng)，外段直徑大于內(nèi)段直徑，且外段與內(nèi)段之間通過倒角過渡。
5.如權(quán)利要求4所述的石油鉆桿，其特征在于，所述倒角為15°。
6.如權(quán)利要求4所述的石油鉆桿，其特征在于，所述外段的長度為15mm。
7.石油鉆桿慣性摩擦焊接工藝，其特征在于，包括如下步驟(1)接頭焊前預(yù)處理用車床將要進行配焊的鉆桿接頭焊接端的端面進行車削，以去除端面上的銹跡和污染物；(2)鉆桿焊前預(yù)處理用車床對鉆桿焊接端的端面進行車削，以去除端面上的銹跡和污染物；(3)在慣性摩擦焊機上裝夾鉆桿接頭和鉆桿a、通過接頭夾塊在拉緊缸的作用下將鉆桿接頭緊緊地夾持在隨主軸同步旋轉(zhuǎn)的接頭夾緊盤上，并采用安裝在慣性摩擦焊機上且隨主軸轉(zhuǎn)動的導(dǎo)向套和定位塊進行軸向定位， 同時將滑動設(shè)置在導(dǎo)向套內(nèi)的沖桿端部的沖頭插入到鉆桿接頭的內(nèi)孔中；b、采用鉆桿夾塊將鉆桿緊緊地夾持在焊接小車上并在焊接小車的帶動下到達預(yù)頂鍛位置；(4)鉆桿接頭與鉆桿摩擦焊接液壓馬達啟動主軸，通過接頭夾緊盤帶動鉆桿接頭旋轉(zhuǎn)，當(dāng)主軸的轉(zhuǎn)速達到預(yù)定值時， 將液壓馬達與主軸脫開；之后，焊接小車在液壓的驅(qū)動下，帶動鉆桿向鉆桿接頭方向直線移動，這時鉆桿不轉(zhuǎn)動；通過焊機液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的頂鍛壓力將鉆桿焊接端的端面緊緊地壓在鉆桿接頭焊接端的端面上，使之產(chǎn)生大量的摩擦熱，所述摩擦熱熱量使得鉆桿接頭與鉆桿之間的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，使鉆桿接頭與鉆桿并形成為內(nèi)、外飛邊；當(dāng)主軸中貯存的能量消耗完后，主軸停止轉(zhuǎn)動；(5)去除內(nèi)飛邊在主軸停止轉(zhuǎn)動^后，沖桿帶著沖頭在剪切缸的作用下，由導(dǎo)向套導(dǎo)弓丨，向前快速移動沖掉焊接形成的內(nèi)飛邊，然后沖桿帶動沖頭在剪切缸的作用下回到原位；(6)拆卸工件在內(nèi)飛邊被沖掉后，卸掉焊機液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的頂鍛壓力，松開接頭夾緊盤上的接頭夾塊和鉆桿夾塊，取下焊接好的工件，完成一次焊接；再按上述步驟C3)、(4)、(5)、(6)完成二次焊接，二次焊接好以后上車床車去外飛邊得石油鉆桿成品。
8.如權(quán)利要求7所述的石油鉆桿慣性摩擦焊接工藝，其特征在于，在所述步驟(1)中， 在鉆桿接頭遠離焊接端的端部進行壓印，注明焊接日期及生產(chǎn)廠家的名稱。
9.一種用以對鉆桿接頭進行軸向定位且沖切焊接內(nèi)飛邊的工裝，其特征在于，包括安裝在慣性摩擦焊機上且隨主軸轉(zhuǎn)動的導(dǎo)向套和滑動穿過所述導(dǎo)向套內(nèi)的導(dǎo)向孔的沖桿，所述導(dǎo)向套面向鉆桿接頭的那一面為對鉆桿接頭軸向定位的第一定位面；所述鉆桿的一端設(shè)置有插入所述鉆桿接頭內(nèi)孔中的沖頭，鉆桿的另一端與慣性摩擦焊機上的剪切缸連接并受剪切缸的驅(qū)動進行直線運動。
10.如權(quán)利要求9所述的工裝，其特征在于，所述導(dǎo)向套遠離鉆桿接頭的那一面通過加長套與慣性摩擦焊機的主軸連接，所述導(dǎo)向套與所述加長套以及加長套與所述主軸之間均采用圓鍵定位連接。
11.如權(quán)利要求9所述的工裝，其特征在于，在所述導(dǎo)向套的導(dǎo)向孔內(nèi)設(shè)置有防塵圈。
12.如權(quán)利要求9所述的工裝，其特征在于，所述導(dǎo)向套面向鉆桿接頭的那一面安裝有一定位塊，定位塊和導(dǎo)向套一起通過緊固件安裝在慣性摩擦焊機的主軸上；所述定位塊的中心具有一個穿孔，以便于所述沖桿穿過所述定位塊而插入到鉆桿接頭的內(nèi)孔中，在所述穿孔靠近鉆桿接頭的那一端設(shè)置有倒角，該倒角構(gòu)成對鉆桿接頭軸向定位的第二定位面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石油鉆桿接頭、鉆桿以及慣性摩擦焊接工藝和工裝，其石油鉆桿接頭和鉆桿焊接端分為內(nèi)、外兩段組成，內(nèi)段的直徑等于鉆桿成品焊徑直經(jīng)，外段直徑大于內(nèi)段直徑，且外段與內(nèi)段之間通過倒角過渡。采用這樣的結(jié)構(gòu)，不但依然能保證焊接的質(zhì)量，而且焊徑已加工到尺寸所以在焊接完成后車削外圓飛邊時，消除了焊徑表面出現(xiàn)凹凸不平的缺陷，使加工表面更加平整，表面質(zhì)量得到提高，同時也減少了勞動強度，大大提高生產(chǎn)效率。本發(fā)明還公開了石油鉆桿接頭與鉆桿之間的慣性摩擦焊接工藝和工裝。其焊接工藝與連續(xù)驅(qū)動摩擦焊接方法相比，焊接時間大約是前者的一半，生產(chǎn)效率可大大提高。
文檔編號B23K20/12GK102211248SQ201110115908
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者杜清海, 馬欣華 申請人:衡陽鴻錦石油鉆具有限公司