CN103953291B - 一种三棱圆弧凸棱摩擦焊接式钻杆及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三棱圆弧凸棱摩擦焊接式钻杆，所述钻杆由三棱杆体、摩擦焊外螺纹接头、摩擦焊内螺纹接头组成，其特征在于，所述摩擦焊接头由小台阶圆柱和大台阶圆柱组成，所述大台阶圆柱的直径与三棱圆弧凸棱钻杆的三角形外形内接圆直径一致，所述接头的小台阶圆柱直径与三棱圆弧凸棱钻杆的内孔三角形内切圆直径一致。本发明接头既不影响接头与杆体摩擦焊接过程中相对转动，又起到了定位作用，同时在相互摩擦所产生大量的热使杆体端部达到热塑性状态，迅速顶锻时由于杆体端部挤压变形将小台阶圆抱住，增加了接头与杆体的抗扭性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种三棱圆弧凸棱摩擦焊接式钻杆及其焊接方法。
背景技术
目前国内坑道钻杆的结构型式主要有光面钻杆、肋骨钻杆、三棱圆弧凸棱钻杆。光面钻杆、肋骨钻杆的接头为圆钢，杆体为接头外圆直径一样的钢管，接头与杆体钢管采用摩擦焊连接，在摩擦焊的过程杆体钢管与接头圆钢断面可以全面接触差生摩擦热，当热量积聚到一定范围后进行撞击，摩擦焊接强度高生产效率高。而现有三棱圆弧凸棱钻杆的接头断面为三角形截面，杆体为三角形管环面，采用摩擦焊接时接头随机床主轴旋转的过程中不能够与断面杆体为三角形管环面有效连续接触，即使热量到摩擦焊温度的要求，在顶锻撞击的过程中也很难保证接头三角形的三边分别与杆体的三边在同一平面上。因此三棱圆弧凸棱钻杆在以往的加工过程中普遍采用两端接头加工成台阶，台阶的大头端与钻杆体三角形外形一致，台阶的小头端与钻杆体内三角形一致，小头端插入钻杆杆体内三角形内，同时需要三棱钻杆杆体外侧加工三面坡口，与两端接头手工电弧焊焊接形成角焊缝，由于手工电弧焊容易产生焊接缺陷，为保证焊接质量，在接头小头端插入钻杆体段打塞焊孔，因此生产工序较多，焊接质量难以保证，生产效率低。
发明内容
本发明为了避免现有技术存在的不足之处，提供一种三棱圆弧凸棱摩擦焊接式钻杆。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种用于三棱圆弧凸棱钻杆的摩擦焊接式钻杆，所述钻杆由三棱杆体、摩擦焊外螺纹接头、摩擦焊内螺纹接头组成，其结构特点在于，所述钻杆由三棱杆体、摩擦焊外螺纹接头、摩擦焊内螺纹接头组成，其特征在于，所述摩擦焊外螺纹接头、摩擦焊内螺纹接头的焊接部由小台阶圆柱和大台阶圆柱组成，所述焊接部的大台阶圆柱的直径与三棱圆弧凸棱钻杆的三角形外形外接圆直径一致，所述小台阶圆柱的直径与三棱圆弧凸棱钻杆的内孔三角形内切圆直径一致。
本发明结构特点还在于，所述大台阶圆柱形成的圆环形端面与三棱杆体的三角形管环端面采用摩擦焊焊接结构形式。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本实用钻杆接头的焊接部由小台阶圆柱和大台阶圆柱组合，大台阶圆柱的直径与三棱圆弧凸棱钻杆的三角形外形外接圆直径一致，小台阶圆柱的直径与三棱圆弧凸棱钻杆的内孔三角形内切圆直径一致；这样既不影响接头与杆体摩擦焊接过程中相对转动，又起到了定位作用，同时在相互摩擦所产生大量的热使杆体端部达到热塑性状态，迅速顶锻时由于杆体端部挤压变形将小台阶圆抱住，增加了接头与杆体的抗扭性能。
2、本发明钻杆接头的焊接部采用小台阶圆柱和大台阶圆柱组合，一方面满足了摩擦焊的截面要求，保证了成品钻杆接头与杆体尺寸的一致性，另一方面也保证了两端内、外接头螺纹的直线度，提高了钻杆的加工质量。
3、本发明钻杆接头的连接方式可满足不同材质与杆体的焊接，同时节省了焊接材料。
4、本发明钻杆接头提高了钻杆的焊接质量，避免焊接气泡等缺陷，焊接再现性高，接头稳定，热变形较少，有较高的尺寸精度。
5、本发明钻杆接头避免了原有三角钻杆加工坡口、互锁等焊接前的加工工序，降低了制造成本，可进行异种金属接头焊接，消耗功率与其他焊接方法相比为其1/5～1/20。
4、新型三棱圆弧凸棱钻杆结构提高了产品的生产的工艺性，操作简单、无需熟练掌握，通过自动送料夹紧机构可实现无人化运作。
附图说明
图1是原有外螺纹接头结构示意图。
图2是图1的左视图。
图3是原有内螺纹接头结构示意图。
图4是图2的左视图。
图5是原有手工焊钻杆焊接结构示意图。
图6是图5的A-A剖面图
图7是本发明三棱圆弧凸棱摩擦焊钻杆接头的结构示意图。
图8是图7的左视图。
图9本发明三棱圆弧凸棱摩擦焊钻杆焊接结构示意图。
图10是图9的B-B剖面图。
图11也是图9的B-B剖面图，其中阴影部分为钻杆与新型接头摩擦区。
图12是本发明三棱圆弧凸棱摩擦焊钻杆成品示意图。
图13是图10的C-C剖面图。
图中标号：1外螺纹连接部、2内螺纹连接部、3小三角台阶端、4大三角台阶端、5、原三棱圆弧凸棱钻杆、6坡口、7小台阶圆柱、8大台阶圆柱、9接头焊接摩擦面F、10透水孔、11三角环形焊缝、12钻杆杆体焊接摩擦面D、13钻杆杆体与接头摩擦区、14摩擦焊接抱紧点。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施方式对本发明技术方案做进一步解释说明。
如图1-5所示，图1-2为原有外螺纹接头，其包括外螺纹连接部1和焊接部；图3-4为原有内螺纹连接头，其包括内螺纹连接部2和焊接部，其中焊接部均采用台阶式棱柱，即由截面为大三角的台阶端4和截面为小三角台阶端3组成，大三角台阶与原三棱圆弧凸棱钻杆5外形一致，小三角台阶端与三棱圆弧凸棱钻杆内三角形一致，连接时，小三角台阶端插入三棱圆弧凸棱钻杆的的内三角形内，同时需要钻杆杆体外侧加工三面坡口6，与两端接头手工电弧焊焊接形成角焊缝，如图5-6所示。
本发明钻杆接头的焊接部，如图7-8所示，由小台阶圆柱7和大台阶圆柱8组成，大台阶圆柱的直径与三棱圆弧凸棱钻杆的三角形外形外接圆直径一致，小台阶圆柱的直径与三棱圆弧凸棱钻杆的内孔三角形内切圆直径一致。
接头摩擦焊接前要加工出小台阶圆柱及钻杆透水孔10。由于透水孔直径小于三棱圆弧凸棱钻杆内孔三角形内切圆直径，大台阶圆柱直径与钻杆三角形外形内接圆尺寸一致，在接头与钻杆采用摩擦焊接时，接头焊接摩擦面F(9),与钻杆杆体焊接摩擦面D(12)接触，两结合面相对转动，整个钻杆杆体焊接摩擦面D(12)始终能够保证在接头焊接摩擦面F(9)内，所形成的钻杆杆体与接头摩擦区13，实现钻杆三角形管环完全摩擦，通过施加推力摩擦而产生大量的热量，相互摩擦所产生的热使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，使接头与杆体完成摩擦焊接形成三角环形焊缝11，如图9-12所示，同时在相互摩擦所产生大量的热使钻杆端部达到热塑性状态，迅速顶锻时由于钻杆端部挤压变形将小台阶圆柱抱住，形成摩擦焊接抱紧点14，增加了接头与杆体的抗扭性能，如图13所示。摩擦焊接后加工后的成品既保证了钻杆接头的圆环形端面与杆体的三角形管环端面的完全焊接，同时保证了钻杆强度与同轴度的要求。
Claims (1)
1.一种三棱圆弧凸棱摩擦焊接式钻杆，所述钻杆由三棱杆体、摩擦焊外螺纹接头、摩擦焊内螺纹接头组成，其特征在于，所述摩擦焊外螺纹接头、摩擦焊内螺纹接头的焊接部由同轴设置的端部小台阶圆柱和尾部大台阶圆柱组成，所述大台阶圆柱的直径与三棱杆体横截面的三角形外接圆直径一致，所述小台阶圆柱的直径与三棱杆体的三角形内孔的内切圆直径一致；
所述大台阶圆柱构成的圆环形端面与三棱杆体的三角形管环端面采用摩擦焊焊接结构形式；
摩擦焊焊接方法包括如下步骤：
(1)对三棱杆体进行径向固定，并将摩擦焊外螺纹接头、摩擦焊内螺纹接头的焊接部的小台阶圆柱插入三棱杆体的三角形内孔中，同时使大台阶圆柱环形端部形成的焊接摩擦面F与三棱杆体端部焊接摩擦面D完全摩擦接触；
(2)转动摩擦焊外螺纹接头、摩擦焊内螺纹接头，同时对三棱杆体施加轴向推力，相互摩擦所产生的热使摩擦焊外螺纹接头、摩擦焊内螺纹接头的焊接部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，焊接摩擦面F和焊接摩擦面D完成摩擦焊接形成三角环形焊缝，同时在相互摩擦所产生大量的热使三棱杆体端部达到热塑性状态，迅速顶锻时由于三棱杆体端部挤压变形将小台阶圆柱抱住，形成摩擦焊接抱紧点。
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