CN106312440B - 一种中空钢钻杆摩擦焊修复方法 - Google Patents

一种中空钢钻杆摩擦焊修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及摩擦焊技术，具体公开了一种中空钢钻杆摩擦焊修复方法，包括：先准备一个接头备件；对待修复钻杆的杆体的断裂面加工成凹凸面；再对接头备件的焊接面加工成与杆体对应的凹凸面；再通过摩擦焊接工艺将接头备件与杆体修复连接在一起形成修复好的新钻杆，在焊接过程中，接头备件的凸面与杆体的凸面贴合焊接，焊接过程中产生的内飞边存在于接头备件和杆体的凹面中，最后处理凹面中的内飞边。本发明的修复方法操作方便，能够保证修复后的钻杆的耐受力，减少了钻杆的废弃，降低了采矿成本。

Description

一种中空钢钻杆摩擦焊修复方法
技术领域
本发明涉及一种摩擦焊接修复技术，具体涉及一种中空钢钻杆摩擦焊修复方法。
背景技术
摩擦焊是一种压焊方法，它是在外力作用下，利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生的热量，使接触面及其近区金属达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶而完成焊接的。
中空钢钻杆是由杆体和公、母接头连接构成，其有两种组成结构，一种是中间的杆体连接两端的公接头构成，另一种是中间的杆体分别连接一端的公接头和另一端的母接头构成。其中，杆体的结构也有两种，一种是中空六棱杆体结构，其外形是正六边，内径是圆孔；另一种是中空圆杆结构，其外形是圆形，内径是圆孔。杆体与公、母接头的连接采用摩擦焊工艺，焊接过程中会形成内、外飞边，外飞边一般通过机械车削或磨削清除，而内飞边在焊接中通过主轴孔内伸出的冲头在焊接完成后冲掉，而且内飞边和冲头等必须从钻杆内清除。
公知的，中空钢钻杆应用于采矿工作中，用于传递破碎岩石的冲击力，在使用中由于要受到交变的压应力、拉应力、扭力、高频的大功率冲击力等多种应力的作用，其使用环境非常恶劣，随着使用的时间增加，会使公或母接头的螺纹根部断裂，同时也会造成公、母接头的自然磨损，而断裂或磨损通常将导致整个钻杆被废弃使用，这不仅造成了岩石开采的成本大大增加，而且钻杆只能一次性使用，造成了资源的浪费，影响了生态环境的保护。针对这种情况，该行业内的人员想到了对断裂的钻杆进行修复。
现有中空钢钻杆修复的一般方法是：先将中空钢钻杆的长度截短，再在中空钢钻杆的断裂处通过车削并加工成螺纹的方式，最终完成对中空钢钻杆的修复。但由于中空钢钻杆外表是经过整体渗碳热处理的，对断裂杆体进行再加工，破坏了其表面的结构，使得修复后的钻杆质量上达不到国际标准钻杆的要求；修复后的钻杆使用寿命与未修复的钻杆相差太远；同时，该方法也无法修复母接头，这就导致了目前中空钢钻杆的修复率低。另外，由于中空钢钻杆是用于对岩石的破碎的，其中空杆体对于压应力和拉应力的耐受能力是有极高的要求的，目前的修复方法远远不能满足其基本耐受力要求。这和石油钻杆的耐受力要求不同，石油钻杆只要能够耐受扭矩力，其杆体的刚性要求没有中空钢钻杆的要求高，并且石油钻杆的杆体直径大，即使有内飞边的问题，采用一般的摩擦焊方法也不会造成内孔的堵塞。所以，对中孔钻杆的修复要克服很大的技术障碍才能实现。
发明内容
本发明的目的就是提供一种中空钢钻杆摩擦焊修复方法，该修复方法能够解决背景技术中的问题，提高断裂钻杆的修复率，降低采矿成本。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种中空钢钻杆摩擦焊修复方法，该方法包括如下几个步骤：（1）首先准备一个与待修复钻杆的公或母接头同规格的、经热处理过的接头备件；（2）再对待修复钻杆的杆体的断裂面进行加工，其具体操作是：将杆体的断裂面加工成凹凸面，杆体的外侧对应的是凸面，杆体的内侧对应的凹面，加工后的凸面成为后序摩擦焊过程中的焊接面，加工后的凹面成为后序摩擦焊过程中产生的内飞边的容纳空间；（3）再对步骤（1）中的接头备件的焊接面进行加工，同样加工成和步骤（2）中对应一致的凹凸面，接头备件上的凹凸面只形成于内孔的两侧，接头备件上的凸面对应杆体上的凸面，接头备件上的凹面对应杆体上的凹面；（4）最后通过摩擦焊接工艺将接头备件与杆体修复连接在一起形成修复好的新钻杆，在焊接过程中，接头备件的凸面与杆体的凸面贴合焊接，焊接过程中产生的内飞边存在于接头备件和杆体的凹面中，再处理掉凹面中的内飞边。
优选的：所述凹凸面中的凹面相对于凸面的深度范围在8~20mm。
优选的：所述的凹凸面具体是梯形结构。
优选的：所述接头备件的材质和待修复的中空钢钻杆的材质相同。
优选的：所述中空钢钻杆的材质是钢制的。
另一优选的：步骤（4）中所述的摩擦焊接工艺中的工艺参数包括摩擦主轴转速N=1000-3000r/min；摩擦压力F=3-5MPa。
本发明的有益效果是：本发明的修复方法是基于与中空钢钻杆的公或母接头同规格的接头备件实现的，该方法采用接头备件与断裂的杆体连接组合成新的钻杆，使得断裂的杆体循环再利用，减少资源的浪费，减少了开采岩石的成本。同时，该方法对接头备件和杆体的焊接面进行再加工，解决了摩擦焊过程中杆体的内孔飞边问题，也就是解决了中空钢钻杆中心内孔堵塞问题，提高了钻杆的修复率。
附图说明
图1，具体实施方式中修复的中空钢钻杆的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及优选的方案对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，是本发明的接头备件1与断裂的杆体2的剖面连接示意图，该图中，接头备件1是与断裂的中空钢钻杆的公或母接头同型号同规格的，接头备件1的焊接面被加工成凹凸面；同样地将图中待修复钻杆的杆体2的断裂面加工成与接头备件1中的凹凸面对应一致的凹凸面，杆体2的外侧对应的是凸面4，杆体2的内侧对应的是凹面5，加工后的凸面4成为后序摩擦焊过程中的焊接面，加工后的凹面5成为后序摩擦焊过程中产生的内飞边的容纳空间；接头备件1上的凹凸面只形成于内孔3的两侧，接头备件1上的凸面4对应杆体2上的凸面4，接头备件1上的凹面5对应杆体2上的凹面5；再通过摩擦焊接工艺将接头备件1与杆体2修复连接在一起形成修复好的新钻杆，在焊接过程中，接头备件1的凸面4与杆体2的凸面4贴合焊接，焊接过程中产生的内飞边存在于接头备件1和杆体2的凹面5中。
下述五个实施例是分别对应国际标准规定的中空钢钻杆的两种类型的五种规格：一种是中空六棱杆体类型，该类型包括杆体2外径为32mm和35mm的两种规格；另一种是中空圆杆类型，该类型包括杆体2外径为39mm、46mm和52mm三种规格。
实施例一：本实施例结合优选的方案进行说明，本实施例中所述待修复的中空钢钻杆的杆体2的外径为32mm、内径为9mm，其断裂的是公接头端面。该修复方法按照如下的步骤实施：（1）首先准备一个经热处理过的、与断裂的公接头同规格钢制的接头备件1；（2）然后对杆体2的断裂面进行加工，其具体操作是：将杆体2的断裂面的外侧加工成凸面4，杆体2的内侧加工成凹面5，其凹面5相对于凸面4的深度为8mm；（3）再对步骤（1）中的接头备件1的焊接面进行加工，同样加工成和步骤（2）中对应一致的凹凸面，接头备件1中的凹面5相对于凸面4的深度为8mm，接头备件1上的凹凸面只形成于内孔3的两侧；（4）最后，通过摩擦焊接工艺将接头备件1与杆体2修复连接在一起形成修复好的新钻杆，在焊接过程中，控制摩擦主轴转速N=1000 r/min，摩擦压力F=3 MPa，将接头备件1的凸面4与杆体2的凸面4贴合焊接，焊接过程中产生的内飞边存在于接头备件1和杆体2的凹面5中，再将凹面5中的内飞边处理掉。
实施例二：本实施例结合优选的方案进行说明，本实施例中所述待修复的中空钢钻杆的杆体2的外径为35mm、内径为9.5mm，其断裂的是公接头端面。该修复方法按照如下的步骤实施：（1）首先准备一个经热处理过的、与断裂的公接头同规格钢制的接头备件1；（2）然后对杆体2的断裂面进行加工，其具体操作是：将杆体2的断裂面的外侧加工成凸面4，杆体2的内侧加工成凹面5，其凹面5相对于凸面4的深度为10mm；（3）再对步骤（1）中的接头备件1的焊接面进行加工，同样加工成和步骤（2）中对应一致的凹凸面，接头备件1中的凹面5相对于凸面4的深度为10mm，接头备件1上的凹凸面只形成于内孔3的两侧；（4）最后，通过摩擦焊接工艺将接头备件1与杆体2修复连接在一起形成修复好的新钻杆，在焊接过程中，控制摩擦主轴转速N=1500 r/min，摩擦压力F=3.5 MPa，将接头备件1的凸面4与杆体2的凸面4贴合焊接，焊接过程中产生的内飞边存在于接头备件1和杆体2的凹面5中，再将凹面5中的内飞边处理掉。
实施例三：本实施例结合优选的方案进行说明，本实施例中所述待修复的中空钢钻杆的杆体2的外径为39mm、内径为14.5mm，其断裂的是公接头端面。该修复方法按照如下的步骤实施：（1）首先准备一个经热处理过的、与断裂的公接头同规格钢制的接头备件1；（2）然后对杆体2的断裂面进行加工，其具体操作是：将杆体2的断裂面的外侧加工成凸面4，杆体2的内侧加工成凹面5，其凹面5相对于凸面4的深度为14mm；（3）再对步骤（1）中的接头备件1的焊接面进行加工，同样加工成和步骤（2）中对应一致的凹凸面，接头备件1中的凹面5相对于凸面4的深度为14mm，接头备件1上的凹凸面只形成于内孔3的两侧；（4）最后，通过摩擦焊接工艺将接头备件1与杆体2修复连接在一起形成修复好的新钻杆，在焊接过程中，控制摩擦主轴转速N=2000 r/min，摩擦压力F=4 MPa，将接头备件1的凸面4与杆体2的凸面4贴合焊接，焊接过程中产生的内飞边存在于接头备件1和杆体2的凹面5中，再将凹面5中的内飞边处理掉。
实施例四：本实施例结合优选的方案进行说明，本实施例中所述待修复的中空钢钻杆的杆体2的外径为46mm、内径为17mm，其断裂的是公接头端面。该修复方法按照如下的步骤实施：（1）首先准备一个经热处理过的、与断裂的公接头同规格钢制的接头备件1；（2）然后对杆体2的断裂面进行加工，其具体操作是：将杆体2的断裂面的外侧加工成凸面4，杆体2的内侧加工成凹面5，其凹面5相对于凸面4的深度为18mm；（3）再对步骤（1）中的接头备件1的焊接面进行加工，同样加工成和步骤（2）中对应一致的凹凸面，接头备件1中的凹面5相对于凸面4的深度为18mm，接头备件1上的凹凸面只形成于内孔3的两侧；（4）最后，通过摩擦焊接工艺将接头备件1与杆体2修复连接在一起形成修复好的新钻杆，在焊接过程中，控制摩擦主轴转速N=2500 r/min，摩擦压力F=4.5 MPa，将接头备件1的凸面4与杆体2的凸面4贴合焊接，焊接过程中产生的内飞边存在于接头备件1和杆体2的凹面5中，再将凹面5中的内飞边处理掉。
实施例五：本实施例结合优选的方案进行说明，本实施例中所述待修复的中空钢钻杆的杆体2的外径为52mm、内径为21.5mm，其断裂的是公接头端面。该修复方法按照如下的步骤实施：（1）首先准备一个经热处理过的、与断裂的公接头同规格钢制的接头备件1；（2）然后对杆体2的断裂面进行加工，其具体操作是：将杆体2的断裂面的外侧加工成凸面4，杆体2的内侧加工成凹面5，其凹面5相对于凸面4的深度为20mm；（3）再对步骤（1）中的接头备件1的焊接面进行加工，同样加工成和步骤（2）中对应一致的凹凸面，接头备件1中的凹面5相对于凸面4的深度为20mm，接头备件1上的凹凸面只形成于内孔3的两侧；（4）最后，通过摩擦焊接工艺将接头备件1与杆体2修复连接在一起形成修复好的新钻杆，在焊接过程中，控制摩擦主轴转速N=3000 r/min，摩擦压力F=5MPa，将接头备件1的凸面4与杆体2的凸面4贴合焊接，焊接过程中产生的内飞边存在于接头备件1和杆体2的凹面5中，再将凹面5中的内飞边处理掉。
本发明的修复方法弥补了目前中空钢钻杆修复的缺陷，克服了因现有修复方法不能满足中孔钻杆的耐受力的问题（即压应力、拉应力和扭力等）。本发明的方法能够保证修复后的中空钢钻杆的质量，减少了断裂钻杆造成的资源浪费，减少了污染，大大降低了采矿成本。本发明与现有的石油钻杆的修复方法对比，本发明的修复方法具有更强的耐受力，该方法是针对中空钢钻杆的结构特性所特有的，由于石油钻杆杆体的内孔直径大，其所用的修复方法不需要特别地解决内孔飞边的问题，而本发明的修复方法其重点就是解决杆体内飞边问题。

Claims (7)

1.一种中空钢钻杆摩擦焊修复方法，所述的钻杆是中空钢材料制成的，其特征在于，所述的修复方法包括以下几个步骤：
（1）首先准备一个与待修复钻杆的公或母接头同规格的、经热处理过的接头备件；
（2）然后对待修复钻杆的杆体的断裂面进行加工，其具体操作是：将杆体的断裂面加工成凹凸面，杆体的外侧对应的是凸面，杆体的内侧对应的是凹面，加工后的凸面成为后序摩擦焊过程中的焊接面，加工后的凹面成为后序摩擦焊过程中产生的内飞边的容纳空间；
（3）再对步骤（1）中的接头备件的焊接面进行加工，同样加工成和步骤（2）中对应一致的凹凸面，接头备件上的凹凸面只形成于内孔的两侧，接头备件上的凸面对应杆体上的凸面，接头备件上的凹面对应杆体上的凹面；
（4）最后，通过摩擦焊接工艺将接头备件与杆体修复连接在一起形成修复好的新钻杆，在焊接过程中，接头备件的凸面与杆体的凸面贴合焊接，焊接过程中产生的内飞边存在于接头备件和杆体的凹面中，焊接完成后，再处理掉凹面中的内飞边。
2.根据权利要求1所述的中空钢钻杆摩擦焊修复方法，其特征是：所述凹凸面中的凹面相对于凸面的深度范围在8~20mm。
3.根据权利要求1所述的中空钢钻杆摩擦焊修复方法，其特征是：所述待修复的中空钢钻杆的杆体、公接头和母接头的材质都相同。
4.根据权利要求3所述的中空钢钻杆摩擦焊修复方法，其特征是：所述接头备件的材质和待修复的中空钢钻杆的材质相同。
5.根据权利要求1所述的中空钢钻杆摩擦焊修复方法，其特征是：所述的凹凸面是梯形结构。
6.根据权利要求1所述的中空钢钻杆摩擦焊修复方法，其特征是：步骤（4）中所述的摩擦焊接工艺中的工艺参数包括摩擦主轴转速N=1000-3000r/min；摩擦压力F=3-5MPa。
7.根据权利要求1所述的中空钢钻杆摩擦焊修复方法，其特征是：所述的中空钢钻杆的杆体、公接头和母接头均采用钢材制成的。
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