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摩擦焊在我國石油鉆桿制造中的應用

閱讀:673          發布時間:2015-8-19

自 20 世紀 50 年代以來,摩擦焊以其、、低耗環保的突出優點受到工業強國的重視。經過半 個多世紀的研究發展,摩擦焊技術逐漸成熟并進入推廣應用階段,以其、、低耗環保的突出優 點在石油裝備制造中得到了大量的應用,其中石油 鉆桿的焊接應用zui多。

 

在 1960 年以前,石油鉆桿是管體與接頭機械烘 裝和螺紋連接而成,至 1970 年初,加壓氣焊及閃光 對焊相繼用于舊鉆桿修復和新鉆桿的生產。但這些焊接工藝方法存在生產效率低或接頭性能相對較弱等缺點,如生產效率相對較高的閃光對焊,其接頭容易出現鑄造組織,易出現接頭內部組織過熱及 過燒、微裂紋以及夾渣、封閉不良等未焊透缺陷,這些缺陷都不能滿足快速發展的石油勘探開發對高質量石油鉆桿在性能及其可靠性的要求。

 

隨著摩擦焊技術的發展,開發出了大噸位的摩擦焊機。石油鉆桿生產企業發現了摩擦焊工藝的 優勢及其在石油鉆桿制造行業中應用的前 景 ,紛 紛開始將該技術引入到石油鉆桿的生產制造中。摩擦焊具有加熱時間短、焊接熱影響區狹小、焊接加 壓頂鍛能擠出焊縫中的有害夾雜物微粒的顯著特 點 ,能 夠使石油鉆桿焊接質量大大提高 ,避免了 閃光焊等焊接方法易產生的各種焊接缺陷[7-9]。目 前,各國的石油鉆桿生產廠商都普遍采用了摩擦焊工藝。

 

摩擦焊技術解決了許多的技術障礙,例如:許多整體部件可以采用摩擦焊接變為焊接部件;許多 用螺紋、法蘭等機械連接的復雜部件可以改用一體化的摩擦焊接部件;通常只能用單一材料生產的構 件不能滿足其不同部位不同性能的要求,采用摩擦 焊接異種材料以實現同一構件不同部位不同性能 的要求。由此可見,摩擦焊改變了諸多產品的設計 和工藝,促進了石油裝備生產的技術變革。


摩擦焊在石油鉆桿制造中的應用


摩擦焊焊接石油鉆桿主要有兩種方式,一種是接頭和管體同材質,采用相同或不同的熱處理工藝; 另一種是接頭與管體異種材質,異質摩擦焊接鉆桿 的接頭采用低合金鋼,而管體則采用普通碳素鋼,或 者接頭采用高強度合金鋼,而管體采用低合金鋼。由 于受力較大的螺絲接頭部位采用比管體好的材料,而接頭的質量僅占整根石油鉆桿質量的 4.5%,大大 節省了材料,降低了石油鉆桿的制造成本。


目前國外用于石油鉆桿焊接的摩擦焊機主要 有連續驅動和慣性兩種形式,這兩種類型的焊機基 本實現了標準化和系列化,焊機的監控系統已廣泛采用計算機監控。為強化焊接過程質量保證,除了時 間控制、變形量控制、能量控制外,還發展了一些特 殊過程控制技術,如摩擦扭矩和溫度監控技術等。為 了便于焊接生產過程的自動化,國外還研究了一系 列相關技術及外圍設備,如不同類型的去飛邊裝置或上下料裝置、無損檢驗技術等。


專門用于石油鉆桿焊接的連續驅動摩擦焊機 zui大頂鍛力可以達 3 500 kN,焊機可配備計算機控 制系統,可儲存不同規格石油鉆桿的全套摩擦焊接 工藝參數,焊接的石油鉆桿經焊后熱處理機械性能指標*符合美國 API(American Petroleum Institute, 美國石油學會)標準。同樣用于石油鉆桿焊接的慣性 摩擦焊機的zui大頂鍛力可達 2 660 kN,zui大可焊接 尺寸為 6 5/8″的 S135 鋼級水平的石油鉆桿。與連 續驅動摩擦焊機相比,慣性摩擦焊機的優點是控制參數少(只控制轉動慣量和壓力),焊接熱影響區 狹窄。與連續驅動摩擦焊機一樣,慣性摩擦焊機同樣 可以配備計算機控制系統,并可儲存不同規格石油 鉆桿的全套摩擦焊接工藝參數、保存和打印工藝參 數,同時可配備內焊縫沖切裝置,焊接的石油鉆桿經焊后熱處理機械性能指標也*符合美國 API標準。

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