CN101524789A - 一种套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

一种套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝属于材料加工工程中的焊接领域。本发明拟解决耐磨带对套管产生磨损的问题。本发明所提供的套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝，采用钢带包裹占药芯焊丝总重量22～37％的药芯粉末；所述的药芯粉末包括以下质量百分比含量的物质：高碳铬铁：10～30％、硼铁：8～17％、钼铁：0.5～4％、镍粉：5～10％、低碳硅铁：1～3％、中碳锰铁：2～8％，余量为电解铁粉。本发明的制备方法采用现有技术。本发明所提供的套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝可有效提高耐磨带的使用安全性，降低对套管的磨损，提高钻杆的寿命。

Description

一种套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝
技术领域
本发明属于材料加工工程中的焊接领域，具体涉及一种适用于堆焊钻杆接头部位的耐磨带及石油与天然气勘探、钻采相关设备耐磨层的药芯焊丝。
背景技术
随着深井、超深井、大斜度井、定向井、大位移井、水平井在钻井中所占的比例越来越大，钻杆与套管的磨损问题越来越突出。钻杆接头耐磨带有着优于接头本身的耐磨性能，同时能够降低对套管的磨损。因此耐磨带技术在钻井中得到了越来越多的应用，并且成为国际重大石油堪采项目招标时，要求投标方中标必备的技术条件之一。直观来看，耐磨带的作用是利用自身直径大于钻杆接头的“凸出”位置，代替钻杆接头承受沙粒的磨粒磨损，以及与套管间的粘着磨损等。同时，由于耐磨带硬度和组织对套管的“友好型”，使得套管承受了更小的磨损。
目前很多耐磨带材料都以碳化物等各种硬质组织作为耐磨架构保护钻杆，但是实际应用和实验室分析发现，碳化物的尺寸和分布会因钻杆承受的巨大扭矩对套管产生截然不同的磨损。粗大的碳化物和不均匀的分布会对套管产生“攻击性”磨损，且耐磨带本身在扭矩和压力下容易发生条块状剥落，不但会失去对钻杆的保护、加剧套管的磨损，而其剥落的焊缝条块有可能会损坏其它钻采设备。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝，避免在耐磨带组织中产生粗大的硬质析出相，以基体和细小的组织起到耐磨作用。
本发明所提供的套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝，采用钢带包裹占药芯焊丝总重量22～37％的药芯粉末；所述的药芯粉末包括以下质量百分比含量的物质：高碳铬铁：10～30％、硼铁：8～17％、钼铁：0.5～4％、镍粉：5～10％、低碳硅铁：1～3％、中碳锰铁：2～8％，余量为电解铁粉。
其中，各组分的作用如下：
高碳铬铁：向耐磨带焊缝过渡合金元素。
硼铁：向耐磨带焊缝过度合金元素，提高熔敷金属淬透性。
钼铁：向耐磨带焊缝过渡合金元素，提高硬度与高温强度。
镍粉：增强耐磨带基体韧性与强度。
低碳硅铁：脱氧，增强熔敷金属流动性。
中碳锰铁：调整耐磨带硬度，与硅联合脱氧。
本发明套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝采用现有技术制得，具体包括以下步骤(如图1所示)：
1)将轧钢带成U形槽，再向U形槽中加入占药芯焊丝总重22～37％的药芯粉末；
2)将U形槽合口，将药芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm，得到套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明药芯焊丝提高了耐磨带的使用安全性。
2)采用本发明药芯焊丝堆焊的耐磨带硬度高于同类进口产品，增加了对钻杆接头的保护。
3)采用本发明药芯焊丝堆焊的耐磨带组织细密，无粗大硬质相，降低了对套管的磨损。
4)采用本发明药芯焊丝堆焊的耐磨带可有效地降低钻杆所受扭矩，成倍提高钻杆寿命。
5)施焊工艺性能良好，发尘量少，无大颗粒飞溅。
附图说明
图1、本发明套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝的成形工艺示意图。
图2、本发明套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝堆焊焊缝形貌图。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
下述实施例中采用被动拉拔式药芯焊丝机制备套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝。
实施例1
1)将10×0.3(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带轧成U形；
2)取高碳铬铁粉末1千克、硼铁0.8千克、钼铁0.05千克、镍粉0.5千克、低碳硅铁0.1千克、中碳锰铁0.2千克、电解铁粉7.35千克，分别过60目筛后，于混粉机内混合10分钟，得到药芯粉末；
3)将药芯粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中，填充率为37wt％，将U形槽合口，使药粉包裹其中，而后分别通过直径为：3.0mm、2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm，得到套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝。
实施例2
1)将10×0.3(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带轧成U形；
2)取高碳铬铁粉末1.5千克、硼铁1.2千克、钼铁0.15千克、镍粉0.7千克、低碳硅铁0.15千克、中碳锰铁0.4千克、电解铁粉5.9千克，分别过60目筛后，于混粉机内混合10分钟，得到药芯粉末；
3)将药芯粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中，填充率为32wt％，将U形槽合口，使药粉包裹其中，而后分别通过直径为：3.0mm、2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm，得到套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝。
实施例3
1)将10×0.3(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带轧成U形；
2)取高碳铬铁粉末2.1千克、硼铁1.2千克、钼铁0.2千克、镍粉0.8千克、低碳硅铁0.25千克、中碳锰铁0.7千克、电解铁粉4.75千克，分别过60目筛后，于混粉机内混合10分钟，得到药芯粉末；
3)将药芯粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中，填充率为28wt％，将U形槽合口，使药粉包裹其中，而后分别通过直径为：3.0mm、2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm，得到套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝。
实施例4
1)将10×0.3(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的H08A冷轧钢带轧成U形；
2)取高碳铬铁粉末3千克、硼铁1.7千克、钼铁0.4千克、镍粉1千克、低碳硅铁0.3千克、中碳锰铁0.8千克、电解铁粉2.8千克，分别过60目筛后，于混粉机内混合10分钟，得到药芯粉末；
3)将药芯粉末加入U形的H08A冷轧钢带槽中，填充率为22wt％，将U形槽合口，使药粉包裹其中，而后分别通过直径为：3.0mm、2.8mm、2.6mm、2.4mm、2.2mm、2.0mm、1.8mm、1.6mm的拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到1.6mm，得到套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝。
将实施例1-4中制备的药芯焊丝分别堆焊在规格为200mm×100mm×10mm的36CrNiMo4钢上，焊接电流200～320A，焊接电压20～32V，测定堆焊层熔敷金属的硬度和相对耐磨性，结果见表1，所制备的药芯焊丝堆焊层，HRC＞58，耐磨性好，其相对耐磨性为36CrNiMo4的6倍以上，能满足钻井作业的使用要求。
表1中所打硬度均采用HR-150A洛氏硬度机测定，载荷为150kg，对堆焊层取十点打硬度，最后得到该焊丝堆焊层的平均洛氏硬度值。
磨损实验采用MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机进行。在堆焊层中取六个55×25×5mm磨损式样，磨损实验时，实验参数如下：橡胶轮转速：240转/分，橡胶轮直径：178mm，橡胶轮硬度：60(邵尔硬度)，载荷：10Kg，磨损时间：250s，橡胶轮转数：约1000转，磨料：40～70目的石英砂。
耐磨性能用磨损的失重量来衡量。在实验前、后，将试件放入盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗3～5分钟，实验时用Q36CrNiMo4钢作为对比，对比件失重量与测量件失重量之比作为该配方的相对耐磨性。
Figure A20091008204400072
表1实施例1-4堆焊层熔敷金属的硬度与相对耐磨性

Claims (1)

1、一种套管友好型耐磨带堆焊药芯焊丝，所述的药芯焊丝采用钢带包裹占药芯焊丝总重22～37％的药芯粉末，其特征在于，所述的药芯粉末的组成及其质量百分含量为：高碳铬铁：10～30％、硼铁：8～17％、钼铁：0.5～4％、镍粉：5～10％、低碳硅铁：1～3％、中碳锰铁：2～8％，余量为电解铁粉。
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