CN102267005A

CN102267005A - 焊接式加重钻杆的摩擦焊方法

Info

Publication number: CN102267005A
Application number: CN2011101745450A
Authority: CN
Inventors: 马灵; 李森; 成超; 徐春霞
Original assignee: JIANGSU RONTECH PETROLEUM TECHOMOLOGY Inc Co
Current assignee: JIANGSU RONTECH PETROLEUM TECHOMOLOGY Inc Co
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2011-12-07

Abstract

本发明涉及一种焊接式加重钻杆的摩擦焊方法，所述方法的工艺步骤为：对于焊接外径5.13in、焊接内径3.0in和焊接面积为13.57in²时，焊接参数为：惯量：11036.5lb.ft²，转速：920±20r/min，顶锻压力：1400±40psi，保压时间：35±1s，理论位移量为：0.625±0.1in。用此焊接参数焊接时，实际位移量为0.616in；或：对于焊接外径3.88in，焊接内径2.06in，焊接面积为8.45in²时，焊接参数为：惯量：4600lb.ft²，转速：1100±20r/min，顶锻压力：1300±40psi，保压时间：35±1s，理论位移量为：0.625±0.1in。用此焊接参数焊接时，实际位移量为0.630in。本发明中，由于摩擦焊采用了低惯量，高转速，低顶锻压力，管体和接头两种材料焊接良好，焊缝经过调质热处理后，弯曲试样顺时针，逆时针均无开裂。

Description

焊接式加重钻杆的摩擦焊方法

技术领域

本发明涉及一种摩擦焊方法，特别是焊接式加重钻杆的摩擦焊方法。

背景技术

石油钻杆是油田钻井的主要工具，结构包括管体和管体两端的接头，管体和接头是通过惯性摩擦焊焊接连接，管体和接头的化学成分（质量百分比%）如表一：

C

Si

Mn

P

S

Ni

Cr

Mo

Cu

Al

管体

0.24-0.30

0.20-0.35

1.05-1.2

≤0.015

≤0.008

≤0.25

0.8-1.0

0.15-0.2

≤0.2

0.005-0.04

接头

0.35-0.38

0.15-0.35

0.85-1.00

≤0.015

≤0.008

≤0.25

0.90-1.20

0.28-0.33

≤0.2

目前一般使用的是美国制造技术公司惯性和直接驱动摩擦焊机—400BX惯性摩擦焊机，以5寸G105钻杆为例，焊接外径为5.13in，内径为3.56in，焊接面积为10.7in²，焊接参数为：惯量：8511.5lb.ft²，转速：860±20r/min，顶锻压力：1385±40psi，保压时间：25±1s，理论位移量为：0.625±0.1in。

根据这种焊接参数计算，焊接式加重钻杆焊接时，焊接外径为：5.13in，内径为3.0in，焊接面积为：13.57in²，焊接试验参数方案：

1）惯量：11036.5lb.ft²，转速为：850±20r/min，顶锻压力为：1650±40psi，保压时间为：25±1s，总位移量为：0.625±0.1in。

用此焊接参数焊接，位移量为0.488in，外飞边分布不均匀，管体飞边较大，接头飞边较小。通过焊缝热处理后，弯曲试验45°时沿焊缝开裂。

焊接参数：

2）惯量：16036.5 lb.ft²，转速为：750±20r/min，顶锻压力位：1500±40psi，保压时间为：25±1s，总位移量为：0.625±0.1in。

用此焊接参数焊接，位移量为0.676in，外飞边情况同1）基本相同，通过焊缝热处理后，弯曲40°沿焊缝开裂。通过对焊缝的金相检验报告可以看出，管体和接头两种材料在焊缝区域基本没有溶合，使焊缝及热影响区强度低，冲击韧性差，这就严重影响了焊缝的机械性能，其使用安全性，可靠性差。

发明内容

本发明的目的是针对焊接式加重钻杆两种不同材料焊接技术上的不足，提供一种使用安全，可靠的焊接式加重钻杆的摩擦焊方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种焊接式加重钻杆的摩擦焊方法，其特征在于：所述钻杆的管体的化学成分质量百分数%为：C 0.38/0.43，Si 0.20/0.35，Mn 1.60/1.90，P≤0.020,S≤0.010,Fe余量；所述钻杆的接头的化学成分质量百分数%为：C 0.42/0.48，Si 0.15/0.30，Mn 0.90/1.20，P≤0.015，S≤0.010，Cr 0.95/1.20，Mo 0.20/0.30，Cu≤0.20，Fe余量；所述方法的工艺步骤为：

对于焊接外径5.13in、焊接内径3.0in和焊接面积为13.57in²时，焊接参数为：惯量：11036.5lb.ft²，转速：920±20r/min，顶锻压力：1400±40psi，保压时间：35±1s，理论位移量为：0.625±0.1in，用此焊接参数焊接时，实际位移量为0.616in；或：

对于焊接外径3.88in，焊接内径2.06in，焊接面积为8.45in²时，焊接参数为：惯量：4600lb.ft²，转速：1100±20r/min，顶锻压力：1300±40psi，保压时间：35±1s，总位移量为：0.625±0.1in。用此焊接参数焊接时，实际位移量为0.630in。

本发明的有益效果是：

本发明中，由于摩擦焊采用了低惯量，高转速，低顶锻压力，管体和接头两种材料焊接良好，惯性摩擦焊接是将飞轮的惯性动能转化成被焊接材料所学的热能。焊接时要减少热能损失和保留一定的焊接所需融合物，能量一定时，要高转速，低惯性，输出功率大，时间短，热量损失少，顶锻压力太大，容易将好的融合物挤出，降低了融合度。焊缝经过调质热处理后，弯曲试样顺时针，逆时针均无开裂。

附图说明

图1是经本发明的焊接式加重钻杆的摩擦焊方法焊接后的焊缝金相组织图。该图表明两种材料已相互扩散、融合成一整体。

具体实施方式

焊接式加重钻杆管体的化学成分（质量百分数 %）为：C 0.38/0.43，Si 0.20/0.35， Mn 1.60/1.90，P≤0.020,S≤0.010,Fe余量。接头的化学成分（质量百分数%）为：C 0.42/0.48， Si 0.15/0.30， Mn 0.90/1.20，P≤0.015，S≤0.010，Cr 0.95/1.20，Mo 0.20/0.30，Cu≤0.20，Fe余。上述两种材料的区别是Mn含量明显不同，接头材料还相应含有Cr、Mo、Cu等合金元素。所述方法的工艺步骤为：

一、对于焊接外径5.13in，焊接内径3.0in，焊接面积为13.57in²时，焊接参数为：惯量：11036.5lb.ft²，转速：920±20r/min，顶锻压力：1400±40psi，保压时间：35±1s，理论位移量为：0.625±0.1in。用此焊接参数焊接时，实际位移量为0.616in，接头和管体外飞边基本一致。

二、对于焊接外径3.88in，焊接内径2.06in，焊接面积为8.45in²时，焊接参数为：惯量：4600lb.ft²，转速：1100±20r/min，顶锻压力：1300±40psi，保压时间：35±1s，理论位移量为：0.625±0.1in。用此焊接参数焊接时，实际位移量为0.630in，接头和管体外飞边基本一致。

Claims

1. 一种焊接式加重钻杆的摩擦焊方法，其特征在于：所述钻杆的管体的化学成分质量百分数%为：C 0.38/0.43，Si 0.20/0.35，Mn 1.60/1.90，P≤0.020,S≤0.010,Fe余量；所述钻杆的接头的化学成分质量百分数%为：C 0.42/0.48，Si 0.15/0.30，Mn 0.90/1.20，P≤0.015，S≤0.010，Cr 0.95/1.20，Mo 0.20/0.30，Cu≤0.20，Fe余量；所述方法的工艺步骤为：

对于焊接外径3.88in，焊接内径2.06in，焊接面积为8.45in²时，焊接参数为：惯量：4600lb.ft²，转速：1100±20r/min，顶锻压力：1300±40psi，保压时间：35±1s，总位移量为：0.625±0.1in，用此焊接参数焊接时，实际位移量为0.630in。