CN101116927A - 防砂管的焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了防砂管的焊接设备，采用双面单点焊或缝焊工艺直接将金属编织网固定在支撑套外侧，消除了金属网焊接部位的漏孔现象，能够构成具有多层金属编织网的防砂管，提高了防砂管的防砂能力和使用寿命。另外，上述防砂管的焊接设备，实现了细长过滤套穿透式焊接，使金属编织网的焊接质量得到提高，降低了防砂管的制造成本。

Description

防砂管的焊接设备

本申请是申请日为2004年10月25日、申请号为200410084147.X、发明名称为《防砂管的制造方法及焊接设备》的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及防砂管(或称筛管)的焊接设备，特别是指一种采用电阻点焊或缝焊工艺制造由金属编织网等过滤材料构成的防砂管的焊接设备，属于石油开采技术领域。

背景技术

在石油天然气开采领域，为了防止出砂油气井内的地层砂随着油气水带到井筒或地面的设备内，需要使用能够有效过滤油气水的井下防砂管。在几十到几百米长的井下防砂管段上，一个漏砂孔就会使整个井下防砂失效。一旦防砂失效，轻则影响油气井的正常生产，重则导致油气井报废。这就要求防砂管过滤材料应具有如下的综合性能：精密可控的孔隙、较高的整体强度、变形能力、优良的抗腐蚀性和高可靠性。

目前，高级防砂管(premium screen)使用的防砂过滤材料大多是非常昂贵的多层金属烧结网。这种多层金属烧结网是采用真空烧结工艺制成的多孔过滤材料，其由多层金属编织网或金属纤维或金属粉末复合而成。其可焊性较好，可用电弧焊或等离子焊电弧焊接而不产生漏孔，同时能够保证焊接强度。但这种过滤材料的制造成本较高，生产率低，尺寸也会受到真空烧结设备的限制。

用金属编制网替代上述的烧结过滤材料具有很高的经济效益。但是常规的焊接技术要么焊接强度底，要么存在金属网焊接部位存在出现漏孔(缩孔现象)。因此，采用单层金属编织网做为防砂管的过滤材料时，在电弧焊接的地方容易出现焊接孔洞；所以，一般采用机械固定方式(如折边、压紧等方式)将单层金属编织网固定在防砂管的基管上，但是，采用这种方法制造的防砂管的强度和可靠性都相对较低。

虽然可以使用非烧结的多层复合网来制造防砂管，但是，在焊接时，多层复合网的缩孔现象比采用单层网时更为严重。同时，由于防砂管的厚度大，过滤段长达数米，也给焊接带来一系列的困难，致使通过焊接方法并采用金属网焊接高品质、低成本的防砂管一直是困扰业界的一大难题。

发明内容

本发明的目的之一是提供防砂管的焊接设备，该焊接设备能够采用电阻点焊或缝焊工艺直接将金属编织网进行复合，消除金属网焊接部位存在出现漏孔现象，构成具有多层金属编织网的防砂管，提高防砂管的防砂能力和使用寿命。

本发明的目的之二是提供防砂管的焊接设备，采用双面单点的焊接方式，以提高金属编织网焊接质量，降低防砂管的制造成本。

本发明提供的一种防砂管的焊接设备，包括电焊机，防砂管驱动装置等；该电焊机至少由电焊机本体、焊臂、内焊头、外焊头所构成；其中，外焊头设置在电焊机本体上，且可由外焊头驱动装置驱动上下移动，内焊头相对于外焊头而设置在焊臂上，且当外焊头向内焊头方向移动时，其可分别与防砂管过滤套相抵顶；内焊头、外焊头分别连接到焊接电源上，用于对防砂管过滤套的焊接部位施加焊接电流；防砂管驱动装置上至少设有握持装置和移动装置；其中，握持装置用于夹紧防砂管过滤套，移动装置用于将所述的防砂管过滤套沿其焊接的方向移动。

本发明的防砂管的焊接设备，采用电阻点焊或缝焊工艺直接将金属编织网进行复合，这种复合实质上是将一层以上的金属编织网固定为一体，消除了金属网焊接部位存在的漏孔现象，能够构成具有多层金属编织网的防砂管，提高了防砂管的防砂能力和使用寿命。另外，本发明的防砂管的焊接设备，能够采用双面单点的焊接方式，使得金属编织网的焊接质量得到了提高，降低了防砂管的制造成本。

附图说明

图1为本发明防砂管的结构示意图；

图2为本发明过滤套的结构示意图；

图3为本发明过滤套纵缝焊接设备示意图；

图4为本发明焊臂焊端处的限位支点示意图；

图5为本发明过滤套端部环缝焊接设备示意图；

图6为本发明过滤套端部焊接示意图之一；

图7为本发明过滤套端部焊接示意图之二；

图8为本发明过滤套端部焊接示意图之三；

图9为本发明另一过滤套示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明：

参见图1，采用本发明制造的防砂管由管壁上具有多个通孔的基管1、过滤套2和管壁上具有多个渗漏孔外保护套3构成；其中，过滤套2罩设在基管1外侧，外保护套3罩设过滤套2外侧；具体的制造方法是：

步骤1：将金属过滤网21裹设在支撑套22外侧，并采用焊接方式将金属过滤网21固定在所述支撑套22外壁上，金属过滤网21完全覆盖支撑套22上的所有过滤孔，形成过滤套2；

步骤2：将所述的过滤套2固定在基管1外壁上，且过滤套2完全覆盖基管1上的所有通孔；

步骤3：将所述的外保护套3套设在过滤套2外侧，并与基管1外壁固定，且所述的外保护套3完全覆盖所述过滤套2过滤部的外表面。

其中，上面所述的金属过滤网21分为过滤网和扩散网两种。过滤网起过滤作用，其网孔的大小决定了过滤精度，一般为斜纹密纹网(也称为斜纹席型网)或平纹密纹网(也称为平纹席型网)，其材料为不锈钢；扩散网起分散流体，降低流体流动阻力的作用，其网孔大于过滤网网孔，一般为方孔网，目数为10-30目，丝径为过滤精度的2-5倍。过滤网的搭接余量一般为5-40mm。

上述焊接防砂管最为关键的步骤是所述过滤套2的焊接，具体如下：

参见图2，首先，将金属过滤网21先焊成过滤套2；具体的焊接方法是：

利用不锈钢管作为支撑套22，并在其上开设多个过滤孔；将金属过滤网21裹在所述的具有多个通孔的支撑套22外壁上，并且使金属过滤网21完全覆盖支撑套22上的所有过滤孔。裹网时，首先需要将金属过滤网21的起始端通过点焊的方式，固定在支撑套22外壁上，然后再向一个方向转动支撑套22，使金属过滤网21裹到支撑套22外壁上；此外，为了保证裹网质量，每裹上一段距离，则再通过点焊的方式将裹好的部分焊为一体，使其固定。

上述的裹网方式可以利用支撑套22本身的自重在摩擦面的相对转动、摩擦，使金属过滤网21平直地裹到支撑套上；具体的裹网方法是：

将金属过滤网21平铺到一个与支撑套22外缘弧度相匹配的弧形摩擦面上，并将金属过滤网21的起始沿以储能点焊或电阻点焊的方式固定在支撑套上；使用旋转机构驱动支撑套22向一个方向转动，使金属过滤网21平直地裹到支撑套22上，直到支撑套22裹上的金属过滤网21达到设计的要求；将金属过滤网21裹紧后用储能点焊或电阻点焊方式固定。

为了保证金属过滤网21能和支撑套22贴合好，上述的摩擦面采用一个弹性面，且所述的摩擦面采用耐磨表面、弹性体、支撑体组成，摩擦件表面采用金属网构成，以提高其耐磨性。

参见图3，裹好过滤套2后，需要将过滤套2上的金属过滤网21的纵缝焊接好，具体的焊接方法是：将所述的过滤套2套设到焊接设备10上，该焊接设备10由外焊头驱动机构101、焊机102等构成；其中，所述的焊接设备10的焊机102由焊接电源以及内焊头103、外焊头104、焊臂105构成；内焊头103固定在焊臂105上，且内焊头103和外焊头104相互一一对应。

在焊接时，将过滤套2套设到焊接设备10的焊臂105上，使内焊头103能够从其内部抵顶过滤套3内壁；然后驱动外焊头104与内焊头103相向运动，使外焊头104抵顶到过滤套2外壁上的金属过滤网上；使外焊头104和内焊头103将图2所示的支撑套22和金属过滤网21在焊点的位置相互压紧；其压力控制在0.17-170kgf/mm²；最好控制在17kgf/mm²左右。

外焊头104和内焊头103将支撑套22和金属过滤网21在焊点的位置相互压紧后，向所述的内焊头103和外焊头104瞬间施加焊接电流，施加时间长度不超过0.3秒，使支撑套22和金属过滤网21通过焊接电流的局部相互焊接为一体；

当停止施加焊接电流后，焊接设备10的外焊头驱动机构101使内焊头103和外焊头104与过滤套2分离，步进驱动设备106驱动过滤套2沿其轴向移动，使所述的内焊头103和外焊头104对应未焊接的位置；再次重复上述的焊接步骤，直到覆盖在支撑套22外侧的金属过滤网21沿过滤套2轴向全部焊接完毕。在驱动过滤套移动时，该过滤套2每次移动的距离应该不大于焊点的尺寸，这样就可以使所有被焊接的点相互联通为一体，构成密集的焊缝，保证焊接的质量。

为了防止焊点因发热而氧化，在焊接时，采用水冷方式，使焊点处迅速降温。另外，为了解决大电流连续焊，电缆通风条件不好引起的发热问题，在所述的悬臂内可设置循环冷却***。

参见图4，由于过滤套2具有一定的长度，可以在焊臂105的焊点后侧处采用限位支点107。当使外焊头104向内焊头103方向压紧过滤套2时，该限位支点107用于支撑过滤套2的外壁，并进一步支撑住焊臂105，使得焊臂105不会严重变形，而位于焊臂105上的内焊头103与外焊头104之间不会因此相互错位。另外，所述的限位支点107可以是V型、U型或其他能够防止过滤套2摆动的形状，该形状与过滤套2外缘相互匹配。

实际上，上述的焊接，也可以采用不同于内焊头103、外焊头104相向压紧过滤套2的方式，而是在过滤套2外侧采用两个焊头同时压紧过滤套2的外壁，然后施加瞬间焊接电流。这种焊接方法可以不采用上述的焊臂105，但焊接效果要比上述的内焊头103、外焊头104相向压紧过滤套2后再焊接的方式差一些。另外，采用上述的内焊头103、外焊头104相向压紧过滤套2的焊接方式时，其内焊头103、外焊头104可以采用焊轮，对焊点实行滚焊。

当采用上述内焊头103、外焊头104相向压紧过滤套2的焊接方式时，所述的焊臂105可以采用非磁性金属，这样的焊臂105既可以导电，由可以避免焊接电流不稳定、过滤套2和焊臂105严重发热问题。

当一个焊点焊接完成时，焊臂105的重力对过滤套2施加的压力有可能不会被消除，这时，过滤套2的移动阻力会很大，这会引起过滤套2无法移动，若强力推进则会引起过滤套2划伤或推进不均匀，为此，可使焊臂105具有一定的上翘力，使过滤套2的移动不受影响。

参见图5，在过滤套2的纵缝被焊好以后，还需要对过滤套2两端的环缝进行焊接，具体的焊接方式依然是点焊，焊接的步骤如下：

首先，将所述的过滤套2设置到焊接设备10上，该焊接设备10由外焊头驱动机构101、焊机102等构成；其中，所述的焊接设备10的焊机102由焊接电源以及内焊头103、外焊头104构成；内焊头103设置在内焊臂105上，并和外焊头104相互一一对应，握持装置109设置在步进驱动机构106上，用于夹持过滤套2，并在步进驱动机构106的驱动下带动过滤套2旋转。

在焊接时，使位于过滤套2端部内侧的内焊头103和过滤套2外侧相同端部的外焊头104相向抵顶，使其将如图2所示的支撑套22和金属过滤网21在焊点的位置相互压紧；其压力控制在0.17-170kgf/mm²；最好控制在17kgf/mm²左右。

在所述的内焊头103和外焊头104瞬间施加不大于0.3秒的焊接电流，使支撑套22和金属过滤网21通过焊接电流的焊点处相互电弧焊接为一体；

当停止施加焊接电流后，焊接设备10的外焊头驱动机构101使内焊头103和外焊头104与过滤套2分离，并沿过滤套2轴心旋转，使所述的内焊头103和外焊头104对应未焊接的端部位置；再次重复上述的焊接步骤，直到覆盖在支撑套22的金属过滤网21沿支撑套22端部外缘圆周全部焊接完毕。在驱动过滤套2转动时，该过滤套2每次转动的距离应该不大于焊点的尺寸，这样就可以使所有被焊接的点相互联通为一体，构成密集的焊缝，保证焊接的质量。为了防止焊点因发热而氧化，在焊接时，采用水冷方式，使焊点处迅速降温。

参见图1、6，为了使焊接电流更集中，进而提高焊接强度，可以在所述的支撑套22端部的焊接位置上设置局部的突起或凹槽24，一方面可以提高端部防砂能力，又便于机加工处理；另一方面可以增大焊点的焊接电流强度。为了保证所有的焊点都具有足够的焊接强度，每个焊点的尺寸1-10mm×1-10mm，最好不大于3mm*4mm。

为了使得过滤套2在和基管1套接固定时，焊接的质量更加可靠，可以在焊接过滤套2时，将金属过滤网21端部焊接在焊接环4施行电阻焊，并且沿眼金属过滤网21端部焊接一周完毕后，再进行电弧焊，使得金属过滤网21和焊接端部形成熔化焊接线25，为了提高端部防砂可靠性，在所述的焊接线25和端部焊接环的连接处，采用电弧焊的方式进行焊接，提高焊接可靠性。这样也可以使电弧焊的焊点光滑平整，便于检查，同时不存在电弧焊引起的金属过滤网21收缩和缩孔的问题。

在将过滤套2和基管1相互固定时，先将过滤套2套设在基管1上，并使过滤套2覆盖住整个基管1上的所有通孔，然后，通过焊接的方式将过滤套2的端部和基管1外壁焊接为一体。焊接时可采用电弧焊的方式进行焊接。将过滤套2和基管1相互固定好以后，再将具有多个通孔的外保护套3套设在过滤套2的外部，使所述的外保护套3完整地覆盖过滤套2。

过滤套2套设在基管1上，并使过滤套2覆盖住整个基管1上的所有通孔，然后，通过焊接的方式将过滤套2的端部和基管1外壁焊接为一体。为了节省制造费用，简化制造工艺，可以将过滤套2中的支撑套22去除，这样，就可以省去过滤套2套设在基管1的步骤，可以进一步减少制造步骤，节省材料，降低生产成本。

为了降低过滤套2在井下处于生产状态时受损的可能，需要在过滤套2的外面套设一外保护套3。该保护套可采用不锈钢材料焊接，具体可以是开设多个渗漏孔的不锈钢管。将所述的不锈钢管套设在过滤套2的外表面上，并且采用电弧焊的方式将其和基管相固定，形成完整的防砂管。

参见图7、8，为了防止金属过滤网21在和端部焊接环4焊接时因缩球而产生漏孔的现象，先进行点焊，再进行电弧焊。同时为了提高电弧焊的焊接质量，可以采用填丝焊接的方法进行最后的整体焊接。具体是先将焊丝固定在要焊接的部位，采用电弧将其熔化，使焊丝和金属过滤网21连接为一体，金属过滤网21和端部焊接环4连接为一体。焊丝可以采用扁丝或方丝填入到要焊接部位。由于扁丝或方丝不易滚动，更好定位，因此，便于电阻焊定位。

参见图8，将过滤套2上的金属过滤网21和端部焊接环4进行连接时，还可以采用网箍6实现，具体是将网箍6套设在金属过滤网21的端部，并将金属过滤网21套设在端部焊接环4外部，使用网箍6将金属过滤网21与套设在端部焊接环4的部分固定在一起，在选用焊接或部分焊接的方式进行连接时，提高焊接强度。为了使端部焊接环4能够与过滤套2良好地焊为一体，可以在端部焊接环4与过滤套2的焊接连接端部焊接环缝26处事先填设焊接材料，简称填丝41，焊接时该填丝41在焊接电流的作用下熔化，将端部焊接环4与过滤套2熔为一体，形成环形焊点或焊环。另一种使端部焊接环4能够与过滤套2良好地焊为一体的方法是：在端部焊接环4与过滤套2相连接端部采用网箍6固定连接。为了使连接效果更好，在网箍6和端部焊接环4之间填设填丝5，并进行电弧焊，将端部焊接环4、网箍6及过滤套2焊为一体。

参见图9，还有一种情况就是：防砂管的过滤套2可以不采用支撑套，而只是采用金属过滤网21裹为圆筒状而形成过滤套2；这种情况下，防砂管的具体焊接方法如下：防砂管至少由基管1、过滤套2和多孔外保护套3构成；过滤套2罩设在基管1的外侧，并完全覆盖基管1上的所有通孔，外保护套3罩设过滤套2外侧，并完全覆盖过滤套2的过滤部；其采用如下的步骤进行焊接：

将金属过滤网21裹为圆筒状，并采用焊接方式将裹为圆筒状的金属过滤网21沿其轴向进行焊接，形成过滤套2；将所述的外保护套3套设在过滤套2外侧，并与过滤套2相固定，且所述的外保护套3完全覆盖所述过滤套2过滤部的外表面。

具体而言，是采用点焊方式将裹为圆筒状的金属过滤网21一端沿其轴向进行焊接；然后，将裹为圆筒状的金属过滤网21端部进行焊接，形成过滤套2。

参见图3，沿轴向焊接金属过滤网21时，首先，将位于裹为圆筒状的金属过滤网21内侧的内焊头103和裹为圆筒状的金属过滤网21外侧的外焊头104相向抵顶，使其将各层金属过滤网21在焊点的位置相互压紧；再通过所述的内焊头103和外焊头104瞬间施加焊接电流，使各层金属过滤网21通过焊接电流的局部相互电弧焊接为一体；进一步将内焊头103和外焊头104与裹为圆筒状的金属过滤网21分离，并沿裹为圆筒状的金属过滤网21轴向移动，使所述的内焊头103和外焊头104对应未焊接的位置；重复上述的焊接步骤，直到沿裹为圆筒状的金属过滤网21轴向部位全部焊接完毕。

参见图5，由裹为圆筒状的金属过滤网21构成的过滤套2，其端部的焊接方法是：首先，将位于裹为圆筒状的金属过滤网21端部内侧的内焊头103和裹为圆筒状的金属过滤网21外侧相同端部的外焊头104相向抵顶，使其将各层金属过滤网21在焊点的位置相互压紧；再通过所述的内焊头103和外焊头104瞬间施加焊接电流，使各层金属过滤网21通过焊接电流的焊点处相互焊接为一体；进一步将内焊头103和外焊头104与裹为圆筒状的金属过滤网21分离，并沿裹为圆筒状的金属过滤网21轴心旋转，使所述的内焊头103和外焊头104对应下一未焊接的端部位置；重复上述的步骤，直到覆盖在裹为圆筒状的金属过滤网21沿其端部外缘圆周全部焊接完毕。

最后，将过滤套2焊接在基管1上，将外保护套3罩设在过滤套2外侧，并完全覆盖所述过滤套2的过滤部，再将外保护套3与基管1焊接在一起。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种防砂管的焊接设备，其特征在于：所述的焊接设备由焊机和防砂管驱动装置构成；其中，该焊机至少由电焊机本体、焊臂、内焊头、外焊头所构成；其中，外焊头设置在电焊机本体上，且可由外焊头驱动装置驱动移动，内焊头相对于外焊头而设置在焊臂上，且当外焊头向内焊头方向移动时，其可分别与防砂管过滤套相抵顶；内焊头、外焊头分别连接到焊接电源上，用于对防砂管过滤套的焊接部位施加焊接电流；

所述的防砂管驱动装置上设有握持装置和移动装置；其中，握持装置用于夹紧防砂管过滤套，移动装置用于将所述的防砂管过滤套沿其焊接的方向移动或转动。

2.根据权利要求1所述的防砂管的焊接设备，其特征在于：所述焊臂相对于焊点的另一侧，在防砂管过滤套的外部，设置有限位支点，用于在所述内焊头和外焊头相向抵顶时，防止所述焊臂变形引起内焊头和外焊头相互错位。

3.根据权利要求1所述的防砂管的焊接设备，其特征在于：所述的移动装置设置为使被焊接的防砂管过滤套沿其轴向移动。

4.根据权利要求1所述的防砂管的焊接设备，其特征在于：所述的移动装置设置为使被焊接的防砂管过滤套相对于其轴心转动。

5.根据权利要求1或2所述的防砂管的焊接设备，其特征在于：所述的焊臂为非磁性金属，避免过滤套和焊臂发热以及焊接强度降低。

6.根据权利要求1或2所述的防砂管的焊接设备，其特征在于：所述的焊臂上翘设置，用于移动或转动所述的防砂管过滤套时，消除防砂管过滤套的移动或转动阻力。

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