CN104531958B - 一种螺纹表面激光处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对油气井开采过程中使用的接头螺纹进行表面激光淬火处理的方法。该方法对螺纹的导向面和承载面是分次进行表面激光淬火处理。该方法可以提高连接螺纹表面的硬度，降低螺纹粘扣的可能性;并且螺纹牙底激光淬火施加了残余压应力，可以提高螺纹的疲劳寿命，且螺纹表面激光淬火效率高，螺纹变形小，螺纹表面质量好，使用修复率低.本发明方法可应用于螺纹名义中径在63‑180mm，齿高在3‑4mm的锥形粗牙螺纹表面激光淬火处理。
Description
技术领域
本发明涉及对螺纹表面进行处理的方法,特别是一种对油气井开采过程中使用的接头螺纹进行表面激光淬火处理的方法。
背景技术
石油钻采中，管柱在不同井段要长时间承受拉伸、压缩、弯曲、内压、外压和热循环等复合应力的作用。管柱是通过螺纹连接起来的，螺纹部位是最薄弱的环节，失效事故80%以上发生在螺纹连接处，螺纹的失效都是从螺纹粘扣开始。
现有API标准中，建议螺纹表面采用镀铜或磷化处理，并涂抹螺纹脂，以减小螺纹粘扣失效的可能性。但这并没有从根本上解决螺纹粘扣的发生，因为现有螺纹基体按照API理化性能要求热处理后，螺纹表面的硬度只能在HRC32左右。粘扣很多时候是因为螺纹表面的硬度太低，不耐磨，如果螺纹表面较软，在振动的工作环境中，很容易发生移动粘扣，进而发展成重大的钻井失效事故，对钻井的安全和效率影响很大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种螺纹表面激光处理方法，主要解决上述现有技术所存在的技术问题,该方法可以提高连接螺纹表面的硬度，降低螺纹粘扣的可能性;并且螺纹牙底激光淬火施加了残余压应力，可以提高螺纹的疲劳寿命，且螺纹表面激光淬火效率高，螺纹变形小，螺纹表面质量好，使用修复率低.本发明方法可应用于螺纹名义中径在63-180mm，齿高在3-4mm的锥形粗牙螺纹表面激光淬火处理。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种螺纹表面激光处理方法，其特征在于：螺纹的导向面和承载面是分次进行表面激光淬火处理。
所述的螺纹表面激光处理方法，其特征在于：它包括如下步骤：
a、具有螺纹的部件在夹具的夹持下沿螺纹轴线以一定速度缓慢旋转；
b、一个承载面激光头和一个导向面激光头分别设置在螺纹表面一定高度，沿螺纹母线做直线运动，两个激光头动作保持一定的线速度分次做相对运动；其中：两个激光头的出光面均平行于螺纹轴线。
所述的螺纹表面激光处理方法，其特征在于：所述的两次激光加工之间有搭接。
所述的螺纹表面激光处理方法，其特征在于：所述的两次激光加工之间有搭接在螺纹牙底。
所述的螺纹表面激光处理方法，其特征在于：所述的螺纹为锥形粗牙螺纹，锥度在1：4~1：16之间，螺距为3牙每英寸到5牙每英寸，齿高为3-4mm。
所述的螺纹表面激光处理方法，其特征在于：所述的螺纹名义中径范围63-180mm。
所述的螺纹表面激光处理方法，其特征在于：当进行外螺纹表面处理时，导向面激光头的激光功率为400-1000W，承载面激光头的激光功率为700-1200W，加工速度为1m每分钟。
所述的螺纹表面激光处理方法，其特征在于：当进行内螺纹表面处理时，承载面激光头的激光功率为400-1000W，导向面激光头的激光功率为700-1200W，加工速度为1m每分钟。
本发明方法的优点在于：该方法可以提高连接螺纹表面的硬度，降低螺纹粘扣的可能性。并且螺纹牙底激光淬火施加了残余压应力，可以提高螺纹的疲劳寿命，且螺纹表面激光淬火效率高，螺纹变形小，螺纹表面质量好，使用修复率低。
附图说明
图1是本发明外螺纹表面激光淬火效果示意图。
图2是本发明内螺纹表面激光淬火效果示意图。
图3是本发明内外螺纹激光淬火后啮合示意图。
图4是本发明外螺纹激光进给示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种螺纹表面激光处理方法，该方法中螺纹的导向面和承载面是分次进行表面激光淬火处理。
如图4所示，本发明方法包括如下具体步骤：
a、具有螺纹的部件在夹具的夹持下沿螺纹轴线A以一定速度缓慢旋转；
b、一个承载面激光头11和一个导向面激光12头分别设置在螺纹表面一定高度，沿螺纹母线B做直线运动，两个激光头11、12动作保持一定的线速度分次做相对运动；其中：两个激光头11、12的出光面C均平行于螺纹轴线。
请参阅图1、2、3，使用本发明方法可对外螺纹表面和内螺纹表面进行淬火处理。采用本发明方法处理中所述的两次激光加工承载面D1和导向面D2之间有搭接D3，所述的两次激光加工之间有搭接D3在螺纹牙底（无搭接D4在螺纹牙顶）。
本发明方法所加工的螺纹可以为锥形粗牙螺纹，锥度在1：4~1：16之间，螺距为3牙每英寸到5牙每英寸，齿高为3-4mm。
本发明方法所加工的螺纹的螺纹名义中径范围63-180mm。
当进行外螺纹表面处理时，导向面激光头的激光功率为400-1000W，承载面激光头的激光功率为700-1200W，加工速度为1m每分钟。
当进行内螺纹表面处理时，承载面激光头的激光功率为400-1000W，导向面激光头的激光功率为700-1200W，加工速度为1m每分钟。
实施例1
外螺纹名义中径88.9x114mm，材料37CrMnMo，按API要求热处理后，材料硬度HRC32。螺纹表面激光淬火工艺：光斑直径3mm，导向面激光功率700W，承载面激光功率1000W，扫描速度1m每分种。
结果得到淬火深度为0.2-0.5mm，硬度为52-62HRC，螺纹表面光滑。
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
Claims (7)
1.一种螺纹表面激光处理方法，其特征在于：螺纹的导向面和承载面是分次进行表面激光淬火处理；它包括如下步骤：
a、具有螺纹的部件在夹具的夹持下沿螺纹轴线以一定速度缓慢旋转；
b、一个承载面激光头和一个导向面激光头分别设置在螺纹表面一定高度，沿螺纹母线做直线运动，两个激光头动作保持一定的线速度分次做相对运动；其中：两个激光头的出光面均平行于螺纹轴线。
2.根据权利要求1所述的螺纹表面激光处理方法，其特征在于：所述的两次激光淬火处理承载面和导向面之间有搭接。
3.根据权利要求2所述的螺纹表面激光处理方法，其特征在于：所述的两次激光淬火处理承载面和导向面之间有搭接在螺纹牙底。
4.根据权利要求1或2或3所述的螺纹表面激光处理方法，其特征在于：所述的螺纹为锥形粗牙螺纹，锥度在1：4~1：16之间，螺距为3牙每英寸到5牙每英寸，齿高为3-4mm。
5.根据权利要求4所述的螺纹表面激光处理方法，其特征在于：所述的螺纹名义中径范围63-180mm。
6.根据权利要求1或2或3所述的螺纹表面激光处理方法，其特征在于：当进行外螺纹表面处理时，导向面激光头的激光功率为400-1000W，承载面激光头的激光功率为700-1200W，加工速度为1m每分钟。
7.根据权利要求1或2或3所述的螺纹表面激光处理方法，其特征在于：当进行内螺纹表面处理时，承载面激光头的激光功率为400-1000W，导向面激光头的激光功率为700-1200W，加工速度为1m每分钟。
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