CN103495839A - 一种堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钻杆，特别是一种堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法。它采用了先加厚后堆焊的组合成型方法，高工位结构由管体加厚层加堆焊层构成。它有效提高了高工位结构钻杆的加工效率，降低了材耗水平和生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及钻杆，特别是一种堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法。
背景技术
钻杆是石油天然气钻采的必须工具。钻杆从结构上分为钻杆管体、公接头、母接头三部分，公母接头经过焊接连接成整体形成钻杆，钻杆间通过公母接头的螺纹旋接，形成钻柱，钻柱主要起传递扭矩和钻井液循环作用。世界上普遍采用美国石油学会的API系列标准，因此也称为API钻杆或标准钻杆。API标准钻杆母接头台肩处作为上卸扣卡固工位，高度较低，造成钻井工人在上卸扣时必须弯腰作业，劳动强度大，作业效率低。具有高工位结构的特殊钻杆通过在母接头下方增加卡固结构，提高了钻杆上卸扣作业工位，改善了上卸扣作业工况。目前高工位结构钻杆采用特厚壁管车削成型的方法进行加工，由于车削量大，不仅浪费材料，加工效率低，而且加工费用高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，主要解决上述现有技术所存在的缺陷，它有效提高了高工位结构钻杆的加工效率，降低了材耗水平和生产成本。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：它采用了先加厚后堆焊的组合成型方法，高工位结构由管体加厚层加堆焊层构成。
所述的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：具体工艺过程如下：
A对原料管进行高工位结构的初始成型，形成高工位结构初始结构；
B在高工位初始结构上进行多层堆焊，形成高工位堆焊结构；
C高工位结构的精车加工，最终形成钻杆高工位结构；
D对高工位堆焊结构进行调质处理。
所述的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：所述的步骤A的具体工序如下：
A1首先选定原料管，其长度较普通钻杆管体长50～90mm；
A2依据高工位结构的位置、长度、所需高工位结构的高度、管体两端加厚所需长度等，确定有效加热长度与加热位置；通常情况下，高工位结构的近处边沿，距离钻杆接头焊缝的长度为400mm；
A3对确定的部位进行加热镦锻，在外部模具的控制下进行外加厚，即管壁外部增加壁厚，经过1～2道次的加热镦锻，形成高工位结构初始结构；形成的高工位结构初始结构，其外径较管体增加10～15mm。
所述的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：所述的步骤B的具体工序如下：
B1对上一步骤形成的高工位结构初始结构进行表面处理，经过钢丝刷刷洗、打磨除锈，去除表面的氧化皮等，也可进行钢丸喷砂除锈；
B2进行表面堆焊。
所述的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：所述的步骤B2中焊对堆焊部位进行预热，预热温度为300～350℃，焊丝经过烘干处理，使用多丝自动埋弧焊进行对焊作业，焊丝选用与给管体成分接近的26GrMo；第一层堆焊时，要小电流、低电压，堆焊层保持在3～4mm，第一层完成后进行焊渣清理，渣清理后进行第二层堆焊，堆焊厚度控制在4～6mm；二层堆焊完成后，形成厚度为24～25mm的高工位堆焊结构；进行退火处理，退火温度为680～750℃；堆焊层如果出现未融合、未焊透等缺陷时，需要打磨后重新进行补焊。
所述的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：所述的步骤C中高工位堆焊结构形成后，形成的厚度大于设计厚度2～3mm，需要进行精确尺寸的车削加工，车削后形成钻杆高工位结构。
所述的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：所述的步骤D中在杆高工位结构加工完成后，需要对堆焊层进行调质处理，解热设备采用在中频加热炉，淬火介质为水；热温度850～950℃，保温时间5～10分钟；回火温度550～650℃。
本发明创新了一种高工位结构钻杆中高工位结构的加工方法，即：通过镦锻加厚+堆焊+精车+热处理的加工方法，有效提高了高工位结构钻杆的加工效率，降低了材耗水平和生产成本。
附图说明
图1是本发明工艺中经过镦锻形成的高工位结构初始结构示意图。
图2是经过本发明工艺加工的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的结构示意图。
图中：1-加厚增厚部分；2-堆焊区。
具体实施方式
本发明提供了一种堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法。具体工艺过程如下：
A对原料管进行高工位结构的初始成型，形成高工位结构初始结构。
A1首先选定原料管，其长度较普通钻杆管体长50～90mm。
A2第二步：依据高工位结构的位置、长度、所需高工位结构的高度、管体两端加厚所需长度等，确定有效加热长度与加热位置；通常情况下，高工位结构的近处边沿，距离钻杆接头焊缝的长度为400mm。
A3对确定的部位进行加热镦锻，在外部模具的控制下进行外加厚（即管壁外部增加壁厚），经过1～2道次的加热镦锻，形成高工位结构初始结构。形成的高工位结构初始结构，其外径较管体增加10～15mm。以5英寸原料管为例，使用180KW中频加热炉，500/1000吨卧式加厚机组，加厚比1.3～1.35，经过两个道次的加热加厚，选定部位的外径达到139～140mm，壁厚从9.19增大到15.53mm，所形成的高出管体表面的部分（长度为90±10mm、外径140mm）即为高工位结构初始结构（图1是经过镦锻形成的高工位结构初始结构，加厚增厚部分为标号1）。
B在高工位初始结构上进行多层堆焊，形成高工位堆焊结构。
以高工位结构为基础，实施多层堆焊，形成高工位堆焊结构。具体实施过程为：
B1对上一步骤形成的高工位结构初始结构进行表面处理，经过钢丝刷刷洗、打磨除锈，去除表面的氧化皮等，也可进行钢丸喷砂除锈.
B2进行表面堆焊。所述的步骤B2中焊对堆焊部位进行预热，预热温度为300～350℃，焊丝经过烘干处理，使用多丝自动埋弧焊进行对焊作业，焊丝选用与给管体成分接近的26GrMo；第一层堆焊时，要小电流、低电压，堆焊层保持在3～4mm，第一层完成后进行焊渣清理，渣清理后进行第二层堆焊，堆焊厚度控制在4～6mm；二层堆焊完成后，形成厚度为24～25mm的高工位堆焊结构；进行退火处理，退火温度为680～750℃；堆焊层如果出现未融合、未焊透等缺陷时，需要打磨后重新进行补焊。
C高工位结构的精车加工，最终形成钻杆高工位结构。
高工位堆焊结构形成后，形成的厚度大于设计厚度2～3mm，需要进行精确尺寸的车削加工，车削后形成钻杆高工位结构。
D对高工位堆焊结构进行调质处理；
钻杆高工位结构加工完成后，需要对堆焊层进行调质处理，解热设备采用在中频加热炉，淬火介质为水。加热温度850～950℃，保温时间5～10分钟；回火温度550～650℃。
经过本发明方法加工形成的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构如图2所示（加厚增厚部分的标号为1，堆焊区的标号为2）。该高工位结构可以是由位于中间的圆柱体与两边的过渡圆锥体构成，两个圆锥体的锥度分别为18度、35度。另外，具有本发明方法加工的高工位结构钻杆，除管体段部加厚段、加厚过渡段、高工位结构外，管体其余部分壁厚相同。
本发明只描述了钻杆高工位结构的加工方法与过程，钻杆管体两端加厚、管体与接头的焊接、管体热处理、焊缝热处理等过程，与普通钻杆的加工过程一样。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
Claims (7)
1.一种堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：它采用了先加厚后堆焊的组合成型方法，高工位结构由管体加厚层加堆焊层构成。
2.根据权利要求1所述的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：具体工艺过程如下：
A对原料管进行高工位结构的初始成型，形成高工位结构初始结构；
B在高工位初始结构上进行多层堆焊，形成高工位堆焊结构；
C高工位结构的精车加工，最终形成钻杆高工位结构；
D对高工位堆焊结构进行调质处理。
3.根据权利要求2所述的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：所述的步骤A的具体工序如下：
A1首先选定原料管，其长度较普通钻杆管体长50～90mm；
A2依据高工位结构的位置、长度、所需高工位结构的高度、管体两端加厚所需长度等，确定有效加热长度与加热位置；通常情况下，高工位结构的近处边沿，距离钻杆接头焊缝的长度为400mm；
A3对确定的部位进行加热镦锻，在外部模具的控制下进行外加厚，即管壁外部增加壁厚，经过1～2道次的加热镦锻，形成高工位结构初始结构；形成的高工位结构初始结构，其外径较管体增加10～15mm。
4.根据权利要求2所述的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：所述的步骤B的具体工序如下：
B1对上一步骤形成的高工位结构初始结构进行表面处理，经过钢丝刷刷洗、打磨除锈，去除表面的氧化皮等，也可进行钢丸喷砂除锈；
B2进行表面堆焊。
5.根据权利要求4所述的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：所述的步骤B2中焊对堆焊部位进行预热，预热温度为300～350℃，焊丝经过烘干处理，使用多丝自动埋弧焊进行对焊作业，焊丝选用与给管体成分接近的26GrMo；第一层堆焊时，要小电流、低电压，堆焊层保持在3～4mm，第一层完成后进行焊渣清理，渣清理后进行第二层堆焊，堆焊厚度控制在4～6mm；二层堆焊完成后，形成厚度为24～25mm的高工位堆焊结构；进行退火处理，退火温度为680～750℃；堆焊层如果出现未融合、未焊透等缺陷时，需要打磨后重新进行补焊。
6.根据权利要求2所述的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：所述的步骤C中高工位堆焊结构形成后，形成的厚度大于设计厚度2～3mm，需要进行精确尺寸的车削加工，车削后形成钻杆高工位结构。
7.根据权利要求2所述的堆焊成型的快速起下钻钻杆高工位结构的加工方法，其特征在于：所述的步骤D中在杆高工位结构加工完成后，需要对堆焊层进行调质处理，解热设备采用在中频加热炉，淬火介质为水；热温度850～950℃，保温时间5～10分钟；回火温度550～650℃。
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