CN114346403A - 一种无磁钢电场复合连续驱动摩擦焊无磁钻杆的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无磁钢电场复合连续驱动摩擦焊无磁钻杆的制备方法该方法中无磁钢钻杆的无磁钢接头和无磁钢杆体由摩擦焊接机床摩擦焊接完成；在所述的无磁钢杆体上套装有环状电极，环状电极与高压恒压电源的负极电连接，无磁钢杆体与高压恒压电源的正极电连接，实现连续驱动摩擦焊接与电场的复合。所述的高压恒压电源的输出电压为可调直流电压或恒定直流电压。本发明突破传统连续驱动摩擦焊接工艺参数调控、前后热处理等工艺研究方法，在无磁钢连续驱动摩擦焊剪切带调控中，首次提出无磁钢电场复合连续驱动摩擦焊的新设计，以实现接头强度的提高。
Description
技术领域
本发明属于钻探机具技术领域，涉及钻杆焊接，具体涉及一种无磁钢电场复合连续驱动摩擦焊无磁钻杆的制备方法。
背景技术
无磁钻杆是煤矿井下超长定向钻孔施工技术的关键装备之一。定向钻进过程中，磁性测量仪器依靠感应大地磁场测量钻进的方位和深度，因此需要在一个稳定无磁的环境中，然而常规的合金钢钻具往往都具有磁性，影响磁性测量仪器，不能获得准确的钻进轨迹测量信息数据，故需将磁性测量仪器放置在无磁钻具内，使其免受外界磁场的影响，从而保证测量结果的准确性。
无磁钻杆的工程技术指标要求参照API 5DP的要求，不论母材还是焊缝的力学性能满足G105钢级，即≥724MPa。目前，摩擦焊接式无磁钻杆可以解决粘扣问题，逐渐成为无磁钻杆的主流形式。然而，摩擦焊接后，焊缝屈服强度仅有660MPa。导致强度低是由于连续驱动摩擦焊缝容易出现条带状组织(剪切带)等缺陷存在(G.D.Wen,J.L.Li,S.Q.Wang,D.Z.Tian,M.M.Dong.Effect of forge pressure on the microstructure andmechanical properties of high nitrogen austenitic stainless steel joints bycontinuous drive friction welding.International Journal of Modern PhysicsB.2020,5:1-17.)。无磁钻杆焊缝强度直接制约了煤矿井下超长定向钻孔施工技术的发展。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种无磁钢电场复合连续驱动摩擦焊无磁钻杆的制备方法，解决现有技术中无磁钻杆焊缝强度有待进一步提升的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种无磁钢电场复合连续驱动摩擦焊无磁钻杆的制备方法，该方法中无磁钢钻杆的无磁钢接头和无磁钢杆体由摩擦焊接机床摩擦焊接完成；
在所述的无磁钢杆体上套装有环状电极，环状电极与高压恒压电源的负极电连接，无磁钢杆体与高压恒压电源的正极电连接，形成电场，无磁钢接头和无磁钢杆体的焊缝处移动至环状电极中，实现连续驱动摩擦焊接与电场的复合。
本发明还具有如下技术特征：
所述的高压恒压电源的输出电压为可调直流电压或恒定直流电压。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明的电场复合摩擦焊接方法突破传统连续驱动摩擦焊接工艺参数调控、前后热处理等工艺研究方法，在无磁钢连续驱动摩擦焊剪切带调控中，首次提出无磁钢电场复合连续驱动摩擦焊的新设计，以实现接头强度的提高。
(Ⅱ)本发明的电场复合摩擦焊接方法能够改善无磁钢连续驱动摩擦焊缝组织容易出现剪切带等缺陷的问题，从而提高无磁钢接头力学性能。
(Ⅲ)本发明的电场复合摩擦焊接方法能够打破制约煤矿井下超长定向钻孔、大直径定向长钻孔施工能力的瓶颈，增强煤矿安全高效生产。
(Ⅳ)本发明的电场复合摩擦焊接方法，与现有的连续驱动摩擦焊无磁钻杆制备方法相比，在附加电场后，对缺陷控制，存在以下几方面的优势：
(A)高密度电流促进位错运动、存储和位错湮灭，有利于其越过其滑移面上的短程障碍，促进位错参与塑性变形的全部过程，并转化为变形孪晶，提高硬化率降低剪切带的形成。
(B)本发明的摩擦焊方法中，电流密度增加了滑移的活跃程度，相邻晶粒内位移协调变得相对容易，使得剪切的过程由一种比较“刚性”的失稳剪切变为了有位错运动参与的相对柔性的剪切。这种转变很大程度上减少了局部应力集中和应变集中。
(C)本发明的摩擦焊方法中，降低焊缝温度，改变剪切带形成的宏观要素，降低致使累积应变值，降低发生的临界应变。
附图说明
图1是无磁钢连续驱动摩擦焊无磁钻杆制备方法示意图。
图2是无磁钢连续驱动摩擦焊缝组织示意图。
图3是无磁钢电场复合连续驱动摩擦焊无磁钻杆制备方法示意图。
图4是无磁钢电场复合连续驱动摩擦焊无磁钻杆制备原理示意图。
图中各个标号的含义为：1-摩擦焊接机床，2-无磁钢接头，3-无磁钢杆体，4-剪切带，5-环状电极，6-高压恒压电源。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
需要说明的是，本发明中的所有部件和设备，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的部件和设备。例如摩擦焊接机床和高压恒压电源均为现有技术中的已知设备。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种无磁钢电场复合连续驱动摩擦焊无磁钻杆的制备方法，该方法中无磁钢钻杆的无磁钢接头2和无磁钢杆体3由摩擦焊接机床1摩擦焊接完成；
如图3和图4所示，在所述的无磁钢杆体3上套装有环状电极5，环状电极5与高压恒压电源6的负极电连接，形成电场，无磁钢接头2和无磁钢杆体3的焊缝处移动至环状电极5中，实现连续驱动摩擦焊接与电场的复合。
作为本实施例的一种优选方案，所述的高压恒压电源6的输出电压为可调直流电压或恒定直流电压。
作为本实施例的一种优选方案，无磁钢杆体3与环状电极5之间是同轴套装设置。
本实施例中，如图1和图2所示，单独采用无磁钢电场复合连续驱动摩擦焊无磁钻杆制备方法，制得的无磁钻杆的焊缝内部有剪切带4等缺陷组织，会导致无磁钻杆焊缝强度的损伤。
Claims (2)
1.一种无磁钢电场复合连续驱动摩擦焊无磁钻杆的制备方法，该方法中无磁钢钻杆的无磁钢接头(2)和无磁钢杆体(3)由摩擦焊接机床(1)摩擦焊接完成，其特征在于：
在所述的无磁钢杆体(3)上套装有环状电极(5)，环状电极(5)与高压恒压电源(6)的负极电连接，无磁钢杆体(3)与高压恒压电源(6)的正极电连接，形成电场，无磁钢接头(2)和无磁钢杆体(3)的焊缝处移动至环状电极(5)中，实现连续驱动摩擦焊接与电场的复合。
2.如权利要求1所述的无磁钢电场复合连续驱动摩擦焊无磁钻杆的制备方法，其特征在于，所述的高压恒压电源(6)的输出电压为可调直流电压或恒定直流电压。
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