焊接技术在我国石油工程建设中的应用研究

1.张海刚 2.李 飞

1.身份证号211403197507228411 2.身份证号211403197410058452

焊接技术在我国石油工程建设中的应用研究

1.张海刚 2.李 飞

1.身份证号211403197507228411 2.身份证号211403197410058452

焊接技术是石油工程建设中重要的基础建设工作，焊接技术的主要特点是应用范围广、适用面大。经济建设快速发展，科技成果与日俱增，金属材料的形成仍然以焊接技术为主。焊接技术主要运用于油气储运中的焊接、海洋石油工程的焊接、石油钻采中机械的焊接等方面，焊接技术在石油行业的建设发展中发挥着不可代替的作用。本文对焊接技术在我国石油工程建设中的应用研究。

焊接技术；石油工程；应用

一、石油钻采机械中的焊接技术现状

1.1 石油钻头焊接

作为石油钻井的重要破岩工具，石油钻头性能的好坏将直接影响着钻井的效率、成本以及质量，其中，石油钻头可分为PDC钻头和牙轮钻头两类。

PDC钻头即聚晶金刚石复合片钻头，是以聚晶人造金刚石复合片作为切削元件，通过焊接方法把钻头基体与复合片切削齿结合在一起的一种方法，现广泛应用于石油钻探开发中，作业中采用的焊接方法主要有扩散焊、堆焊、焊条电弧焊和激光焊等。根据美国桑迪亚实验室对PDC钻头的研究，PDC钻头在真空的环境下进行扩散焊，实现了PDC复合片的刀柱基体与硬质合金的剪切强度413.36MPa与551.2MPa范围之间，但由于复合片在PDC钻头基体焊接的位置分布较为复杂，在采用传统手工焊接时难以保证复合片的焊接质量，所以，为了稳定PDC钻头焊接质量，务必进一步发展PDC钻头自动焊接技术。

根据牙轮数目的不同，可分为单牙轮、双牙轮、三牙轮和多牙轮钻头；而根据牙齿类型的不同，牙轮钻头又可分为镶齿(牙轮上镶装硬质合金齿)牙轮钻头、铣齿(钢齿)牙轮钻头；传统的钢齿牙轮钻头齿面强化工艺主要采用颗粒铸造硬质合金进行堆焊，但由于进行堆焊后硬质合金的强度难以到达相关要求和标准。因此，对于不同的基体，进行堆焊是务必采用不同的焊丝材料，一种是采用钴基焊条，由于钴基堆焊层抗磨损性能好，硬度高等特点，能够很好的保证表面的耐磨性；另一种是采用管装粒状铸造碳化钨焊条，用氧-乙炔火焰进行堆焊。

1.2 石油钻杆焊接

在油气井钻探钻具中，石油钻杆作为必不可少的一种工具，在石油开采初期，石油钻杆工具接头与管体之间的对焊，主要采用闪光对焊、电弧焊等方法。近年来，随着焊接技术的发展，惯性摩擦焊接和摩擦焊得到充分的发展，逐渐代替闪光对焊、电弧焊成为目前石油钻杆工具接头与管体之间焊接的主要方法，其中惯性摩擦焊接方法在实际应用中最为广泛。

由于在摩擦焊中方法中，接头处存在的焊接错位、飞边等问题，使得瞬时液相扩散焊(简称TLP)在钻杆制造过程中得到广泛应用，不仅有效解决了摩擦焊中接头处存在的焊接错位、飞边等问题，而且性能与母材相同，接头成形良好。其中药芯焊丝对钻杆耐磨带的堆焊，提高了钻杆的使用寿命。

1.3 石油钻杆焊接

地面输油泵和油井抽油泵是油田主要使用的两大泵体。其中油井抽油泵可分为井口抽油泵和井下抽油泵，而地面输油泵主要用于流体传输，如水、气、油等；在泵体的焊接中，一种是在泵体具体制作过程中的焊接，而另一种是泵体缺陷的补焊，堆焊、摩擦焊、焊条电弧焊、CO2气体保护焊以及扩散焊等是常用的焊接方法。

为了保证焊缝质量以及焊接工作效率的全面提高，在泵体具体制造中，一些新的焊接工艺正在不断地进行创新试用。例如在加长抽油泵泵筒的焊接中大力应用扩散焊，在最佳焊接规范下，通过真空扩散焊接的方法获得优质的扩散焊接头，不仅保证了该接头的焊接质量，而且大大提高了工作效率；在油田用泵的制造过程中使用堆焊工艺的方法，即在泵体易摩擦部位进行钨、铬、钴、等硬质合金的堆焊，使泵体达到耐磨损、耐腐蚀、可靠，寿命延长的特性，同时，由于油田用 泵长期运行于高压以及具有较强腐蚀性介质的恶劣环境中，容易产生裂纹，对此常采用CO2气体保护焊、焊条电弧焊和堆焊等方法进行补焊。

二、大力发展自动焊接技术的建议

2.1 建设焊接技术研究中心

焊接技术作为石油工程建设技术的主要内容之一，必须对其进行统筹规划、全面提升，以此来满足新时期工程建设越来越迫切的技术需求。建设焊接技术研究中心，以现有的较为成熟的焊接技术试验室为基础，重新对其规划并且整合建立一个机械加工中心，组成六个专业实验室：①水下焊接实验室②性能检测、焊缝理化及金相实验室③无损检测与焊接工艺实验室④焊接结构的完整性以及安全性的全面评价实验室⑤焊缝力学行为、激光一电弧复合备开展在焊接冶金、高效自动焊接技术、特殊条件下焊接实验室⑥焊接自动控制试验室。

2.2 实施差异化管理

在大部分石油工程建设企业当中，普遍都设有焊接培训中心，一般都是承担企业内部的焊工培训、新焊接方法的学习和运用、焊接工艺试验等实际应用研究性工作。今后焊接技术管理工作的要点是在实际工作中实施差异化管理，突出特色技术。在以后的工作中也将会根据上、中、下游技术需求以及不同地域，在炼油化工、油田建设、海洋工程、长输管道领域，来引导企业走特色焊接技术发展之路。

三、总结

我国石油工业正处于稳步发展时期，随着石油需求量的迅速增加，国民经济的快速增长，中国的石油工业将进入一个新的发展阶段，实践表明，石油工程离不开钢铁材料，随着石油采挖过程中遇到的高压、强腐蚀性等严酷复杂的环境，对钢铁材料的性能要求也越来越高。目前，石油工业建设用钢正朝着高韧性、高强度方向发展，并要求焊接各种耐高温高压以及耐各种腐蚀介质的压力容器，从而对新钢种和不锈钢、铝合金、钛合金、高强钢超高强钢、耐热钢、耐热合金等特殊性能材料的焊接问题也提出了更高要求，如何在未来石油工程建设中解决焊接关键技术难题成为众多科学家和石油技术人员的重要研究方向。

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[2]刘俊峰.全自动焊接技术在海底管道工程中的应用分析[J].科研，2016(10)：00156-00156.

[3]韩琳，苏世岩.管线焊接工艺技术的探讨[J].建材与装饰，2017(13).