CN100349686C - 摩擦焊接制短接头油管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的摩擦焊接制短接头油管的方法属于焊接方法，包括下列步骤：将加工成形的油管短接头进行油淬，再回火，焊口端面粗糙度不大于1.6μm，清除油污与锈蚀；再取管体校直通径及探伤，清洁无油，无锈蚀；将短接头尾口与管体端口同心对正相抵，轴向相对旋转操作，转速为1000～1300rpm，摩擦压力为36×106N/m2～50×106N/m2，摩擦时间为16～30s，顶锻速度为4～7mm/s，顶锻保持时间为14～25s，工件焊缝表面温度为1130～1380℃，即熔融一体；将焊缝再水冷淬火，再加热，保持3～4min后冷却；清除焊缝内、外圆飞边。本发明的摩擦焊接短接头油管的方法生产技术成熟、工艺先进、生产效率高，性能好，适用范围广，精度高，成本低，环保性能好，没有火花、弧光及有害气体。
Description
技术领域
本发明属于焊接方法，特别涉及一种摩擦焊接制短接头油管的方法。
背景技术
目前国内油管制造方法是以符合SY/T6194-2003《套管和油管》标准规定要求，采用锻轧无缝钢管或使用电阻焊或电感应方法，无填充金属焊接而成的具有一条纵焊缝的电焊管，选择必要的热处理后，在钢管两端加工出相应规格的平式油管螺纹，制成平式油管或先将无缝钢管或电焊管两端墩粗后，再加工出相应规格的外加厚油管螺纹制成外加厚油管，再与相应的油管接箍联接，进行表面防腐处理后得到油管成品。SY/T6194-2003《套管和油管》对各种级别的油管的拉伸性能和硬度、材料化学成分及热处理进行了规定和要求。在使用符合该标准的27/8和23/8J55级平式油管过程中，发现油管失效的一个主要部位是油管螺纹基面处，失效形式为疲劳断裂。从产品结构分析来看，丝扣部分是在管体两端直接加工而成，两端螺纹是锥度为1∶16，螺距为2.54mm的符合GB/T9253.2-1999的油管螺纹，螺纹处的材料与管体材料相同，但承载面积变小，且表面加工后产生了螺纹沟槽，降低了承受抗拉载荷和疲劳载荷的能力，以27/8J55平式油管为例，其管体极限抗拉载荷为44.3吨，而丝扣极限抗拉载荷仅为29.4吨，油管材料性能得不到充分利用。但各种规格外加厚油管，需要使用平锻机进行管体两端墩粗，然后方能加工丝扣，其设备体积大、投资大、能耗较高，致使油管生产成本偏大，较大的生产成本，使制造相应规格的外加厚油管短节异常困难，因为没有加厚油管短节，在油井检泵作业中，配管柱泵挂深度不够精确。
发明内容
本发明旨在于克服现有技术的不足，研制了一种摩擦焊接制短接头油管的方法。
摩擦焊是利用金属焊接表面摩擦加热的一种热压焊接方法。摩擦焊接是一项受到广泛重视与欢迎的焊接新技术，具有以下特点：
1、摩擦焊热源是通过摩擦把机械功转变成热能加热焊接接头。这个热源就是金属焊接表面上的高速摩擦塑性变形层，它能量集中，加热效率高。
2、摩擦焊热源的功率不仅取决于工艺参数、转数、摩擦压力和摩擦时间，而且还取决于焊件的材料、形状、尺寸和焊接表面的准备情况。摩擦焊热源的最高温度接近或等于焊接金属的熔点。
3、金属焊接表面的摩擦焊不仅生热，而且还能清除表面的氧化膜。
本发明的摩擦焊接制短接头油管的方法包括下列步骤：
(1)、短接头的预处理：将加工成形的油管短接头进行850℃油淬，再经过550℃回火，焊口端面粗糙度不大于1.6μm，清除油污与锈蚀；
(2)、管体的预处理：取管体校直通径及探伤，管体的直线度为每米不大于1.5mm，每一点的圆度不大于0.3mm，管口端头粗糙度不大于1.6μm，清洁无油，无锈蚀；
(3)、短接头与管体焊接；将短接头尾口与管体端口同心对正相抵，轴向相对旋转操作，转速为1000～1300rpm，摩擦压力为36×106N/m2～50×106N/m2，摩擦时间为16～30s，顶锻速度为4～7mm/s，顶锻保持时间为14～25s，工件焊缝表面温度为1130～1380℃，即熔融一体；
(4)、焊接强化：将焊缝在850～890℃水冷淬火，再加热至620～650℃，保持时间为3～4min后冷却至室温；
(5)、焊缝后处理：清除焊缝外圆飞边，高度小于0.01mm，表面粗糙度达到1.6μm，清除焊缝内圆飞边，表面粗糙度不大于6.3μm，最大深度不大于0.02mm，密闭试压为静水压20Mpa，持续10s不渗漏。
油管短接头及相摩擦焊接的管体可互为相同材质或不相同的金属材质，摩擦焊短接头相对管体为相同管径的等壁厚或外加厚管材。
本发明的摩擦焊接短接头油管的方法生产技术成熟、工艺先进、生产效率高；性能好，适用范围广，精度高，节能；加工费用低，设备容易机械化、自动化，操作技术简单易学；工作场地卫生，环保性能好，没有火花、弧光及有害气体。
实施方式
实施例1
摩擦焊接短接头油管平式焊接接头的制造方法为：
油管短接头的预处理：将35CrMo无缝钢管粗加工后单边留1～1.5mm余量，进行850℃油淬，再经550℃回火；油管管体的预处理：对无缝管或电焊管进行校直、通径及探伤，保证管体全长任意1m内的直线度不大于1.5mm，任意一点的圆度不大于0.3mm；焊接接头与管体在焊接前要保证两个焊接摩擦端面粗糙度应不大于1.6μm，清洁无油污、无锈蚀；焊接工艺参数及焊缝热处理工艺参数的选择是确保焊接质量并保证焊缝具有良好综合机械性能的关键。对于油管规格在23/8～31/2的油管，焊接转速为1000～1300rpm，摩擦时间为16～30s，摩擦压力为36×106N/m2～50×106N/m2，顶锻速度为4～7mm/s，顶锻保持时间为14～25s，工件焊缝表面温度为1130～1380℃，将焊缝在850～890℃温度范围内进行水冷淬火，淬火后再进行中频感应加热至620～650℃进行高温回火并保温3～4min后室温冷却，这时焊缝将会获得细小而均匀的回火索氏体组织，机械性能优良；焊接中产生的内外飞边需使用车床或其它设备清除，外圆飞边清除后的高度允许在0.10mm以内，表面粗糙度要求达到1.6μm，内孔飞边清除应平滑，表面粗糙度应不大于6.3μm，最大深度不得超过0.20mm；在焊接后油管的一端装配上接箍，再经20MPa静水压力下进行强度密封试验，稳压10s不渗不漏，为合格产品；对合格产品焊缝进行防腐处理；合格油管经测量、称重后，在管体打印产品标识；油管两端佩戴内外护丝套，防止油管内外丝扣在下井前的磕损；最后油管入库保管。到此使用摩擦焊接制造高强度丝扣的平式J55油管的主要技术过程已经完成。
实施例2
摩擦焊接短接头油管外加厚焊接接头的制造方法为：首先要根据油管规格设计外加厚焊接接头，外加厚焊接接头在焊接端有与油管的吻合段，其口径和壁厚与油管体相同，长度为10～15mm。这种结构有利于保证焊接质量。接头材料仍可选为35CrMo，粗加工后调质处理，精加工至工艺尺寸。按照实施例1的工艺进行油管制造。该制造工艺简便，降低了能耗，提高了生产效率，降低了制造成本。同时由于制造工艺过程的经济方便，可以方便的根据用户需求制造出不同长度的外加厚油管短节，方便油田生产。
实施例3
本发明的摩擦焊接制短接头油管的方法包括下列步骤：
(1)、短接头的预处理：将加工成形的油管短接头进行850℃油淬，再经过550℃回火，焊口端面粗糙度不大于1.6μm，清除油污与锈蚀；
(2)、管体的预处理：取管体校直通径及探伤，管体的直线度为每米不大于1.5mm，每一点的圆度不大于0.3mm，管口端头粗糙度不大于1.6μm，清洁无油，无锈蚀；
(3)、短接头与管体焊接；将短接头尾口与管体端口同心对正相抵，轴向相对旋转操作，转速为1000～1300rpm，摩擦压力为36×106N/m2～40×106N/m2，摩擦时间为25s，顶锻速度为5mm/s，顶锻保持时间为20～22s，工件焊缝表面温度为1300℃，即熔融一体；
(4)、焊接强化：将焊缝在845℃水冷淬火，再加热至640℃，保持时间为3.5min后冷却至室温；
(5)、焊缝后处理：清除焊缝外圆飞边，高度小于0.01mm，表面粗糙度达到1.6μm，清除焊缝内圆飞边，表面粗糙度不大于6.3μm，最大深度不大于0.02mm，密闭试压为静水压20Mpa，持续10s不渗漏。
本发明的摩擦焊接制短接头油管的方法具有突出的效果和显著的技术进步：与制造27/8J55平式油管对比，将生产J55平式油管的无缝管或电焊管两端焊接上经过调质处理后的35CrMo平式接头，其丝扣部分的抗拉强度提高了89.6％，达到980N/mm2，而屈服强度提高了120％，达到835N/mm2。N80级平式油管的允许最小屈服强度为552N/mm2，最大屈服强度为758N/mm2，抗拉强度为689N/mm2。由此看来，使用摩擦焊技术生产的J55平式油管的丝扣抗拉强度达到了N80级平式油管的水平，在一定条件下完全可以替代N80级油管，而在价格上每吨可节约400元；与制造27/8外加厚油管对比，将生产J55平式油管的无缝管或电焊管两端焊接上相同材质和热处理工艺相当的焊接接头或根据实际需要选择机械性能更高的材料制作外加厚焊接接头，制成的外加厚油管与目前采用墩粗加工的外加厚油管相比，使用性能相当，而每吨成本降低了300余元。同时因为生产工艺的简便，开发出了不同长度的外加厚油管短节，该产品可以极大的方便油田现场的作业施工；摩擦焊接对中精度高，油管螺纹可以先在焊接接头上加工完成，最后通过摩擦焊接焊到管体上，这样加工油管螺纹就更为方便，便于规模化生产，也便于对螺纹进行检验；摩擦焊接过程，对于27/8油管，一般不超过1分钟，生产效率与在管体上加工油管螺纹相比，效率提高近一倍，更有利于规模化、大批量流水线生产。
Claims (2)
1、摩擦焊接制短接头油管的方法包括下列步骤：
(1)、短接头的预处理：将加工成形的油管短接头进行850℃油淬，再经过550℃回火，焊口端面粗糙度不大于1.6μm，清除油污与锈蚀；
(2)、管体的预处理：取管体校直通径及探伤，管体的直线度为每米不大于1.5mm，每一点的圆度不大于0.3mm，管口端头粗糙度不大于1.6μm，清洁无油，无锈蚀；
(3)、短接头与管体焊接；将短接头尾口与管体端口同心对正相抵，轴向相对旋转操作，转速为1000～1300rpm，摩擦压力为36×106N/m2～50×106N/m2，摩擦时间为16～30s，顶锻速度为4～7mm/s，顶锻保持时间为14～25s，工件焊缝表面温度为1130～1380℃，即熔融一体；
(4)、焊接强化：将焊缝在850～890℃水冷淬火，再加热至620～650℃，保持时间为3～4min后冷却至室温；
(5)、焊缝后处理：清除焊缝外圆飞边，高度小于0.01mm，表面粗糙度达到1.6μm，清除焊缝内圆飞边，表面粗糙度不大于6.3μm，最大深度不大于0.02mm，密闭试压为静水压20Mpa，持续10s不渗漏。
2、如权利要求1所述的摩擦焊接制短接头油管的方法，其特征在于油管短接头及相摩擦焊接的管体可互为相同材质或不相同的金属材质，摩擦焊短接头相对管体为相同管径的等壁厚或外加厚管材。
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