石油钻杆摩擦焊工艺及质量控制

2017-03-03黄志敏白淑媛天津市渤海石油装备中成机械制造有限公司天津300280

化工管理 2017年6期

黄志敏白淑媛(天津市渤海石油装备中成机械制造有限公司,天津 300280)

石油钻杆摩擦焊工艺及质量控制

黄志敏白淑媛(天津市渤海石油装备中成机械制造有限公司,天津 300280)

在勘探和开采石油的过程中，石油钻杆是十分重要的工具，其主要由带螺纹的工具接头和管端经过加厚的管体经过摩擦焊接而成。由于在实际钻井的过程中，钻杆需要承受十分复杂的力学状况，因此要求钻杆具备较高的强度、韧性以及耐腐蚀性等。对于石油钻杆而言，摩擦焊是其生产中的重要工序之一。因此文章重点就石油钻杆摩擦焊工艺及质量控制展开探讨。

石油钻杆；摩擦焊工艺；质量控制

1 摩擦焊工艺概述

1.1 摩擦焊工艺原理

摩擦焊起源于20世纪50年代，其作为一种新型的焊接工艺，主要是运用焊接件接触端面，利用其在相对旋转运动中摩擦中所产生的热，促使端部达到热塑性状态，并迅速顶锻，这样能够促使高温状态下的焊接件接触面间的原子迅速扩散开，进而实现焊接目的的一种对焊办法。摩擦焊的种类较多，单纯就石油钻杆来说，主要包括了惯性摩擦焊和连续驱动摩擦焊两种类型。

1.2 摩擦焊工艺条件

要想顺利实现摩擦焊，需具备转速、摩擦压力、顶锻压力、顶锻量、摩擦时间和顶锻时间这几个工艺条件。各个工艺条件的具体作用机理为：需确保摩擦对焊的时候，焊接件的加热温度以及温度梯度适宜，既不能让焊缝金属易于产生塑性变形和扩散，也不能使得金属过于热，影响需要选定合理的摩擦压力和摩擦时间。同时，还应该确保具备足够大的顶锻压力、顶锻速度以及适宜的顶锻变形量，不然难以对焊接表面上的原有氧化膜进行有效破坏，以及难以阻止焊缝金属出现继续氧化现象，只有这样，才可以确保得到理想的接头金属组织以及力学性能。此外，还应该确保摩擦压力、顶锻压力、摩擦时间、顶锻速度等要适宜，以便于不对焊接接头的各项性能产生影响。实践证实，顶锻压力和顶锻时间对于顶锻速度的确定作用甚大。针对不同钢级以及不同规格的钻杆而言，需要依据生产经验来适当调整摩擦时间。

2 石油钻杆摩擦焊质量控制措施

以下以5"G105石油钻杆为例，探讨采用320BX惯性摩擦焊机进行摩擦焊接的质量控制措施。

2.1 焊前准备

2.1.1 管体准备

精心选择接头达到了报废标准的且管体为一级的钻杆（带有内涂层），并将旧接头切除。同时切头需要将旧焊缝切除且将部分剩余长度精心加厚，厚度需超过50mm，外径控制在128.50-130.50，内径控制在90.00-91.00。

2.1.2 接头准备

明确规定钻杆接头的化学成分、加工工艺、机械性能等，并和接头生产厂家签订《石油钻杆接头技术质量协议》，保障各项参数都能够达到相关质量标准。

2.2 摩擦对焊

为确保钻杆质量达标，需严格把关摩擦对焊环节，并合理确定焊接各项工艺参数。结合管端尺寸，对焊接参数进行确定，要求平均缩短量能够达到0.625英寸。开始进行对焊前，应及时清洁干净对接头和管体端面，尤其要重点进行除锈处理，避免出现“灰斑”缺陷。

2.3 焊后处理

2.3.1 去内外飞边

由于320BX惯性摩擦焊接自身带的有内剪切装置。因此当焊接结束后，可以在焊缝内飞边尚未冷却的时候自动将内飞边进行剪切。此外，当完成退火工序之后，就可以开始进行去外飞边作业，此时需要密切关注找正，并要避免扎刀、产生台阶以及外圆环槽。

2.3.2 热处理

退火+淬火+回火是摩擦对焊钻杆热处理工艺的主要内容，其多运用中频感应加热。此种加热方式的加热速度较快，焊缝热影响区相对较窄。一般来说，当焊接结束之后需要立即进行退火工艺。主要原因在于摩擦对焊时，加热的稳定较高，焊接的应力也很大。如果在冷却之后不能立即对应力进行消除，则就极为容易产生较大的焊接冷裂纹。同时，之所以进行退火工艺，还有助于降低焊接件的硬度，使其更容易进行切削加工，以便于为后序去飞边工序提供便利。淬火工艺能够显著提升焊缝的强度以及硬度。要想实现淬火，需确保加热温度高于临界点之上，以便于获取奥氏体组织。而且其冷却速度也必须要比临界冷却速度快，以便于奥氏体化之后能够获取尽可能多的马氏体。在该石油钻杆焊接过程中，主要运用的是北京G50淬火液冷却，以便于降低马氏体转变区域的冷却速度，避免出现开裂。完成淬火之后需要立即进行回火处理。运用高温回火，不仅能够清除淬火的内应力，还可以将淬火组织进行改变，以便于获取较细的回火索氏体组织，提升焊区的综合力学性能。

2.3.3 硬度检测

需对每一个焊区表面硬度进行检测，并确保其硬度值不能超过37HRC或者等效值。

2.3.4 弯曲试验

对于每一根钻杆都应该开展弯曲试验，严禁在焊缝的外表面上出现裂纹现象。

2.3.5 无损探伤检测

对于焊区，还应该进行磁粉和超声波探伤检验，严禁存在肉眼可见的裂纹和其他相应的缺陷。

2.3.6 质量抽检

选取相同钢级的，相同热处理工艺的石油钻杆，以每200根为一批，从中抽取1根送到专业检测机构进行质量检验。