CN108907446A - 一种用于连接奥氏体合金钢和无磁钻铤的径向摩擦焊接工艺方法 - Google Patents

一种用于连接奥氏体合金钢和无磁钻铤的径向摩擦焊接工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于连接奥氏体合金钢和无磁钻铤的径向摩擦焊接工艺方法，属于油气钻井工具的制备领域。所述应用为：将材质为奥氏体合金钢的工件及径向环夹装到摩擦焊机的夹具中后对夹具中的工件进行焊接，焊接开始时，径向环旋转，并沿着径向环的径向对径向环施加摩擦压力，使径向环和被焊工件相对运动摩擦产热，摩擦界面及其附近金属达到热塑性状态，在一定条件下停止施加摩擦压力，并对径向环施加顶锻压力且保压，卸载顶锻压力后取出工件，即得无磁钻铤。本发明提出以径向摩擦焊接的方法对无磁钻铤进行加工及修复，以改善现有加工方法的材料浪费、成本较高、生产效率较低的问题，并克服了失效钻铤难以修复的问题。

Description

一种用于连接奥氏体合金钢和无磁钻铤的径向摩擦焊接工艺 方法
技术领域
本发明属于径向摩擦焊接工艺的应用领域，具体涉及径向摩擦焊接工艺及惯性径向摩擦焊接工艺在高氮奥氏体合金钢和无磁钻铤中的应用。
背景技术
近几十年来，油气田钻采深度不断增加，为保证足够的垂直钻采精度，需在钻探过程中配备随钻测量装置(Measurement While Drilling,MWD)，通过感应井眼的大地磁场来对其垂直精度进行修正，确保竖井钻探方向的准确性，因此随钻测量装置需在无磁的环境下工作。但是，钻具大多数具有磁性，进而产生磁场，对磁性测量仪器产生影响，影响随钻测量装置的精度，而无磁钻铤可在钻探工作中为随钻测量装置营造无磁环境。同时，无磁钻铤位于钻柱下方，可提高钻柱刚度，向钻头提供钻进压力。
无磁钻铤最初是使用AISI-300系不锈钢所制造，但该不锈钢无法满足其强度要求，钻铤常发生较为严重的磨损及变形，且高H2S、CO2和Cl-含量的油气田大量开发，其耐蚀性能也无法满足要求。后来，人们将高强度的蒙乃尔合金焊接在AISI-300系不锈钢的端部，以提高局部强度，但该方法无法完全解决其强度不足的问题，且成本较高。随着材料的发展，奥氏体合金钢由于其优异的力学及耐蚀性能已逐渐替代AISI-300系不锈钢及蒙乃尔合金。目前，利用奥氏体合金钢制造无磁钻铤的主要加工工艺为热轧及整体机加工，该加工方式可使钻铤具有与母材相同的力学性能，且在加工过程中不发生相变，磁导率可保持较低水平，但整体切削加工浪费大量的材料，材料的利用率及生产效率较低，同时当无磁钻铤在服役过程中发生磨损及断裂失效时，无法对其进行修复，只能报废。由于以上原因，焊接加工工艺成为无磁钻铤生产加工的较优选择，该加工工艺不仅可以节约材料，提高生产效率而且可对失效损坏的无磁钻铤进行修复。目前，研究人员主要采用手工电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊及激光焊等熔焊方法对无磁钻铤用奥氏体合金钢进行焊接，但采用以上熔焊方法对奥氏体合金钢进行焊接时，具有以下问题：热输入较大，在材料凝固的过程中易发生相变，从而使焊接接头处的磁导率发生变化；焊缝氮元素容易流失，在熔合区易产生氮气孔；碳化物氮化物易析出，降低接头耐蚀性；易产生焊接热裂纹。
如今，现有的无磁钻铤用奥氏体合金钢焊接加工工艺，如手工电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、激光焊等方法不宜用来制备无磁钻铤，但热轧及整体切削加工工艺又具有材料浪费、生产效率低且无法对失效钻铤进行修复等缺点。因此，有必要研究一种新的无磁钻铤的加工工艺。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种用于连接奥氏体合金钢和无磁钻铤的径向摩擦焊接工艺方法，从而实现奥氏体合金钢材质的无磁钻铤的焊接加工制造和修复。本发明提出以连续驱动径向摩擦焊接工艺和惯性径向摩擦焊接工艺对无磁钻铤进行加工及修复，以改善现有加工方法造成的材料浪费、成本较高、生产效率较低的问题，并克服失效钻铤难以修复的问题。本发明首次提出采用径向摩擦焊接的方式生产及修复无磁钻铤，同时也是首次采用该工艺方法对奥氏体合金钢进行焊接，并且制备的无磁钻铤的力学性能完全满足美国石油协会(API)的要求。同时，径向摩擦焊具有工艺适应性广、可靠性高、优质高效等优点，非常适用于环状、不易旋转的轴对称件，如长管对接、管管套接等接头形式。
本发明的目的之一是提供连续驱动径向摩擦焊接工艺在奥氏体合金钢中的应用。
本发明的目的之二是提供惯性径向摩擦焊接工艺在奥氏体合金钢中的应用。
本发明的目的之三是提供连续驱动径向摩擦焊接工艺在无磁钻铤制备中的应用。
本发明的目的之四是提供惯性径向摩擦焊接工艺在无磁钻铤制备中的应用。
本发明的目的之五是提供连续驱动径向摩擦焊接工艺制备的无磁钻铤。
本发明的目的之六是提供惯性径向摩擦焊接工艺制备的无磁钻铤。
本发明的目的之七是提供修复断裂、磨损损坏的无磁钻铤的方法。
本发明的目的之八是提供连续驱动径向摩擦焊接、惯性径向摩擦焊接工艺制备无磁钻铤的方法及其制备的无磁钻铤、修复断裂损坏的无磁钻铤的方法的应用。
首先，本发明公开了连续驱动径向摩擦焊接工艺在奥氏体合金钢中的应用。
优选的，所述应用为：一种连续驱动径向摩擦焊接工艺焊接奥氏体合金钢的方法：将奥氏体合金钢及径向环夹装到连续驱动径向摩擦焊机的夹具中，径向环套设在奥氏体合金钢的待焊接界面处，通过径向环与奥氏体合金钢之间的相对摩擦所产生的热量和对径向环施加的顶锻压力，实现对奥氏体合金钢的焊接。
具体的，所述连续驱动径向摩擦焊接工艺焊接奥氏体合金钢的方法包括如下步骤：
(1)焊接界面处理：清理径向环及奥氏体合金钢工件待焊界面的氧化皮、油污；
(2)焊件装夹：将步骤(1)中的工件夹装到摩擦焊机的管体夹具中，径向环套设在工件待焊接界面处，径向环与工件、管体夹具保持同轴；
(3)焊接：设置主轴转速、摩擦压力、摩擦时间、顶锻压力、保压时间后对步骤(2)中的工件进行焊接，主轴带动径向环旋转，通过向径环向施加摩擦压力，使径向环和被焊工件相对运动摩擦产热，摩擦界面及其附近金属达到热塑性状态，当摩擦时间达到设定值时，停止施加摩擦压力，并使径向环停止旋转，然后对径向环施加顶锻压力并保压，卸载压力后取出工件即可。
其次，本发明公开了连续驱动径向摩擦焊接工艺在无磁钻铤制备中的应用。
优选的，所述应用为：一种连续驱动径向摩擦焊接工艺制备无磁钻铤的方法：将待焊无磁钻铤工件以及与无磁钻铤工件材质相同的径向环夹装到连续驱动径向摩擦焊机的夹具中，通过径向环与待焊无磁钻铤工件之间的相对摩擦产生的热量和对径向环施加的顶锻压力进行焊接，即得无磁钻铤。
具体的，本发明公开一种连续驱动径向摩擦焊接工艺制备奥氏体合金钢无磁钻铤的方法，包括如下步骤：
(1)焊接界面处理：将奥氏体合金钢制备成满足无磁钻铤形状和规格的待焊工件及径向环，清理工件及径向环待焊界面的氧化皮、油污；
(2)焊件装夹：将步骤(1)中的工件夹装到摩擦焊机的管体夹具中，径向环套设在工件待焊接界面处，径向环与工件、管体夹具保持同轴；
(3)焊接：设置主轴转速、摩擦压力、摩擦时间、顶锻压力、保压时间后对步骤(2)中的工件进行焊接，主轴带动径向环旋转达到主轴转速后，沿着径向环的径向对径向环施加摩擦压力，使径向环和被焊工件相对运动摩擦产热，摩擦界面及其附近金属达到热塑性状态，当摩擦时间达到设定值时，使径向环停止旋转，然后沿着径向环的径向对径向环施加顶锻压力并保压，从而将工件与径向环焊接在一起，卸载顶锻压力后取出工件，即得奥氏体合金钢无磁钻铤。
步骤(1)中，所述焊接界面处理的方法为：用砂纸清理径向环及工件待焊界面的氧化皮，同时用酒精和丙酮去除待焊界面的油污等。
步骤(3)中，所述主轴转速为300-2500rad/min，优选为2200rad/min。
步骤(3)中，所述摩擦压力为50-500MPa。
步骤(3)中，所述摩擦时间为5-15s，优选为10s。
步骤(3)中，所述顶锻压力为60-600MPa。
步骤(3)中，所述保压时间为5-20s，优选为10s。
再次，本发明公开了惯性径向摩擦焊接工艺在奥氏体合金钢中的应用。
优选的，所述应用为：一种惯性径向摩擦焊接工艺制备无磁钻铤的方法：将径向环及待焊无磁钻铤工件夹装到摩擦焊机的夹具中，通过飞轮将径向环驱动到预定的转速后，停止对飞轮驱动，然后向径向环加压，使径向环和被焊工件相对运动摩擦产热，摩擦界面及其附近金属达到热塑性状态，最后对其径向施加顶锻压力并保压，从而将工件与径向环焊接在一起，卸载压力后取出工件，即得。
具体的，本发明公开一种惯性径向摩擦焊接工艺焊接奥氏体合金钢无磁钻铤的方法，包括如下步骤：
(1)焊接界面处理：将奥氏体合金钢制备成满足无磁钻铤形状和规格的待焊工件及径向环，清理工件及径向环待焊界面的氧化皮、油污；
(2)焊件装夹：将步骤(1)中的工件夹装到摩擦焊机的管体夹具中，径向环套设在工件待焊接界面处，径向环与工件、管体夹具保持同轴；
(3)焊接：设置飞轮的初始转速、飞轮的转动惯量、摩擦压力、顶锻转速、顶锻压力、保压时间后对步骤(2)中的工件进行焊接，焊接开始时，通过飞轮将径向环驱动到飞轮的初始转速后，停止对飞轮驱动，开始沿着径向环的径向对径向环施加摩擦压力，使径向环和被焊工件相对运动摩擦产热，摩擦界面及其附近金属达到热塑性状态，当飞轮转速降低至顶锻转速时，停止施加摩擦压力，然后对径向环施加顶锻压力并保压，从而将工件与径向环焊接在一起，卸载顶锻压力后取出工件，即得奥氏体合金钢无磁钻铤。
步骤(1)中，所述焊接界面处理的方法为：用砂纸清理工件待焊界面的氧化皮，同时用酒精和丙酮去除待焊界面的油污等。
步骤(3)中，所述主轴起始转速为200-2500rad/min。
步骤(3)中，所述转动惯量为100-1000kg·m2。
步骤(3)中，所述摩擦压力为50-500MPa。
步骤(3)中，所述顶锻转速为50rad/min。
步骤(3)中，所述顶锻压力为80-600MPa。
步骤(3)中，所述保压时间为5-20s，优选为10s。
再其次，本发明公开了利用连续驱动径向摩擦焊接工艺、惯性径向摩擦焊接工艺制备的无磁钻铤，优选的，所述无磁钻铤的材质为奥氏体合金钢；进一步优选的，所述无磁钻铤的材质为：质量百分数，18.61％Mn、17.47％Cr、1.161％Cu、0.8531％Mo、0.625％N、0.5065％Ni、0.1339％C、0.07％V、0.3847％Si、0.012％Al，Fe余量，所述无磁钻铤的规格为外径φ104.8-φ228.6，壁厚δ20-80mm，优选的，所述无磁钻铤焊接接头处的抗拉强度为850MPa以上，屈服强度为770MPa以上，断后伸长率为25％以上。
另外，本发明还公开了修复断裂损坏的无磁钻铤的方法，包括如下步骤：
(1)将断裂损坏的无磁钻铤的端口加工成具有一定角度及形状的坡口，得待焊无磁钻铤工件；
(2)将步骤(1)中工件夹装到连续驱动径向摩擦焊机的夹具中，通过待焊无磁钻铤工件与径向环之间的相对转动产生的摩擦和对径向环施加的顶锻压力进行焊接；
或者，将步骤(1)中工件夹装到惯性径向摩擦焊机的夹具中，将工件驱动到预定的转速后停止驱动，利用飞轮的惯性带来的径向环与工件之间的相对转动产生的摩擦和对径向环施加的顶锻压力进行焊接，即可修复断裂磨损失效的无磁钻铤。
需要说明的是，所述断裂损坏的无磁钻铤的修复原理为：只需要将断裂磨损失效的无磁钻铤的端口重新加工成具有一定角度及形状的坡口后，就可以将其只作为新的待焊接的工件，后续的修复方法和通过连续驱动径向摩擦焊接工艺和惯性径向摩擦焊接工艺制备无磁钻铤的方法一致。
最后，本发明还公开了连续驱动径向摩擦焊接、惯性径向摩擦焊接工艺制备无磁钻铤的方法及其制备的无磁钻铤、修复断裂磨损失效的无磁钻铤的方法在石油和天然气深度钻采中的应用。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：
(1)本发明利用无磁钻铤的管状特点以及连续驱动径向摩擦焊接工艺和惯性径向摩擦焊接工艺可以使不易旋转的管状材的无磁钻铤与易旋转的径向环摩擦产热的特点，巧妙地实现了对无磁钻铤的焊接；同时，由于焊接过程中热输入较低，不会导致焊接接头处发生相变，有效避免了相变对磁导率的影响，使焊接接头处的磁导率能够保持在较低水平，有效保证了钻铤需要在低磁环境下工作的要求。
(2)本发明通过将磨损、断裂失效的无磁钻铤端面加工成具有一定角度及形状的坡口，并利用无磁钻铤的管状特点以及连续驱动径向摩擦焊接工艺和惯性径向摩擦焊接工艺可以使不易旋转的管状材的无磁钻铤与易旋转的径向环摩擦产热的特点，实现对无磁钻铤的焊接及修复，从而实现了将本应报废的无磁钻铤修复后再次利用，大幅降低了无磁钻铤的使用成本。
(3)本发明利用连续驱动径向摩擦焊接工艺和惯性径向摩擦焊接工艺所制备的无磁钻铤的焊接接头处为细小等轴状的奥氏体晶粒，焊接接头处的焊接质量稳定、力学性能优良，能完全满足美国石油协会(API)对无磁钻铤的力学性能要求。
(4)利用本发明的采用的连续驱动径向摩擦焊接工艺和惯性径向摩擦焊接工艺在焊接过程中不需要在焊接接头处添加填充金属，可大幅度提高生产效率；同时，由于不需要对工件进行整体切削加工，可以大幅度节约材料，降低无磁钻铤的制造成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明背景技术所述的钻具结构示意图。
图2为本发明实施例1径向摩擦焊接制备无磁钻铤过程中沿着径向环的径向对径向环施加摩擦压力P1示意图。
图3为本发明实施例1径向摩擦焊接制备无磁钻铤过程中沿着径向环的径向对径向环施加顶锻压力P2示意图。
图4为本发明待焊无磁钻铤工件的横截面图。
图5为径向环横截面图。
附图中标记分别代表：1-待焊管件、2-径向环、P1-摩擦压力、P2-顶锻压力。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有的焊接奥氏体合金钢的手工电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、激光焊等方法仍然不宜直接用来制备无磁钻铤，但热轧及整体机加工制备无磁钻铤的方法也存在利用率低、生产效率较低、制备成本高、失效钻铤难以修复等问题，因此，本发明提出了一种用于连接奥氏体合金钢和无磁钻铤的径向摩擦焊接工艺方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
需要说明的是：连续驱动径向摩擦焊和惯性径向摩擦焊接过程示意图均如说明书附图2、3所示，区别在于：所述径向环上连接有飞轮，采用惯性径向摩擦焊接工艺时，先通过驱动装置驱动飞轮，进而驱动径向环，使飞轮及径向环达到预定的转速后，停止对飞轮、径向环的驱动，然后利用飞轮的惯性旋转实现摩擦焊接。
实施例1
如图2-5所示，一种连续驱动径向摩擦焊接制备无磁钻铤的方法，包括如下步骤：
(1)焊接界面处理：将奥氏体合金钢(成分如表1所示)制成规格为外径φ104.8mm，壁厚δ＝20mm，长300mm的工件及如图5所示的径向环，其中，管道端面坡口角度α＝30°，如图4所示，径向环前端尖角与V型坡口角度相同且与坡口完全吻合，所用径向环具体尺寸为x＝30mm，y＝10mm，z＝20mm，用砂纸清理工件待焊界面的氧化皮，同时用酒精和丙酮去除待焊界面的油污等；
(2)焊件装夹：将步骤(1)中的工件1及径向环2夹装到HSMZ-130型连续驱动径向摩擦焊机中的管体夹具中，径向环2套设在工件1待焊接界面处，且保证待焊工件1和径向环2与夹具保持同轴；利用HSMZ-130焊机对其实施连续驱动径向摩擦焊，并通过HSMZ-130焊机的控制系统设置主轴转速为2200rad/min，摩擦压力为50MPa，摩擦时间10s，顶锻压力为100MPa；
(3)焊接：启动焊机，对步骤(2)中待焊工件1、径向环2进行焊接，焊接开始时，主轴驱动径向环2旋转，当径向环转速达到主轴转速后，沿着径向环的径向对径向环施加摩擦压力P1，使径向环2和被焊工件1相对运动摩擦产热，摩擦界面及其附近金属达到热塑性状态，当摩擦时间达到设定值时，停止施加摩擦压力P1，并使径向环停止旋转，然后沿着径向环1的径向对径向环2施加顶锻压力P2并保压10s，从而将工件1与径向环2焊接在一起，卸载顶锻压力P2后取出工件1，即得奥氏体合金钢无磁钻铤。
实施例2
如图2-5所示，一种惯性径向摩擦焊接制备无磁钻铤的方法，其与连续驱动径向摩擦焊接过程的主要区别在于驱动装置使飞轮及径向环达到预定的转速后，停止对飞轮、径向环的驱动，利用飞轮和径向环的惯性旋转实现摩擦焊接。该方法包括如下步骤：
(1)焊接界面处理：将奥氏体合金钢(成分如表1所示)制成规格为φ228.6mm，壁厚δ80mm，长300mm的工件及如图5所示的径向环，其中，管道端面坡口角度α＝30°，如图4所示，径向环前端尖角与V型坡口角度相同且与坡口完全吻合，所用径向环具体尺寸为x＝50mm，y＝20mm，z＝80mm，用砂纸清理工件待焊界面的氧化皮，同时用酒精和丙酮去除待焊界面的油污等；
(2)焊件装夹：将步骤(1)中的工件1及径向环2夹装到HSMZ-130型惯性径向摩擦焊机中的夹具中，径向环2套设在工件1待焊接界面处，且保证待焊工件1和径向环2与夹具保持同轴；利用HSMZ-130焊机对其实施惯性径向摩擦焊，并通过HSMZ-130焊机的控制系统设置飞轮始转速为1200rad/min，飞轮转动惯量为600kg·m2，摩擦压力为150MPa，顶锻压力为200MPa，顶锻转速为50rad/min；
(3)焊接：启动驱动电机，对步骤(2)中待焊工件1、径向环2进行焊接，焊接开始时，焊接开始时，通过飞轮3将径向环2驱动到飞轮起始转速后，停止对径向环2驱动，同时通过对径向环2的径向施加摩擦压力P1，使径向环2和被焊工件1相对运动摩擦产热，摩擦界面及其附近金属达到热塑性状态，当飞轮转速达到顶锻转速时，停止施加摩擦压力P1，并对径向环施加顶锻压力P2并保压10s，从而将工件1与径向环2焊接在一起，卸载顶锻压力P2后取出工件1，即得奥氏体合金钢无磁钻铤。
实施例3
制备方法同实施例1，区别在于：主轴转速为2500rad/min，摩擦压力为50MPa，摩擦时间15s，顶锻压力为600MPa，保压时间为15s。
实施例4
制备方法同实施例1，区别在于：主轴转速为300rad/min，摩擦压力为300MPa，摩擦时间5s，顶锻压力为60MPa，保压时间为5s。
实施例5
制备方法同实施例1，区别在于：主轴转速为1000rad/min，摩擦压力为500MPa，摩擦时间8s，顶锻压力为300MPa，保压时间为20s。
实施例6
制备方法同实施例2，区别在于：飞轮起始转速为200rad/min，转动惯量为1000kg·m2，摩擦压力为500MPa，顶锻转速为50rad/min，顶锻压力为600MPa，保压时间为5s。
实施例7
制备方法同实施例2，区别在于：飞轮起始转速为2500rad/min，转动惯量为100kg·m2，摩擦压力为50MPa，顶锻转速为50rad/min，顶锻压力为80MPa，保压时间为20s。
实施例8
制备方法同实施例2，区别在于：飞轮起始转速为600rad/min，转动惯量为400kg·m2，摩擦压力为300MPa，顶锻转速为50rad/min，顶锻压力为300MPa，保压时间为15s。
性能测试：
对实施例1和实施例2制备的无磁钻铤进行XRD测试显微组织观察，结果显示：制备的无磁钻铤的焊接接头界面处为单一的奥氏体组织，均未发生相变，且由于焊接接头界面附近产生了强烈的动态再结晶，因此界面附近为细小等轴状的奥氏体晶粒。
对实施例1和实施例2制备的无磁钻铤使用WAW-300C万能拉伸试验机进行拉伸实验，结果显示：无磁钻铤断裂于母材，且无磁钻铤焊接接头处的抗拉强度均在885MPa，屈服强度均在779MPa，断后伸长率均在23％，完全满足美国石油协会(API)对于无磁钻铤的力学性能要求(如表2所示)。
表1实施例1-4无磁钻铤所用的奥氏体合金钢成分(Wt.％)
表2API对无磁钻铤的力学性能要求
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.连续驱动径向摩擦焊接工艺在奥氏体合金钢中的应用；或，惯性径向摩擦焊接工艺在奥氏体合金钢中的应用。
2.连续驱动径向摩擦焊接工艺在无磁钻铤制备中的应用；或，惯性径向摩擦焊接工艺在无磁钻铤制备中的应用。
3.一种连续驱动径向摩擦焊接工艺焊接奥氏体合金钢的方法，其特征在于：将奥氏体合金钢及径向环夹装到连续驱动径向摩擦焊机的夹具中，径向环套设在奥氏体合金钢的待焊接界面处，通过径向环与奥氏体合金钢之间的相对摩擦所产生的热量和对径向环施加的顶锻压力，实现对奥氏体合金钢的焊接；
优选的，所述连续驱动径向摩擦焊接工艺焊接奥氏体合金钢的方法具体包括如下步骤：
(1)焊接界面处理：清理径向环及奥氏体合金钢工件待焊界面的氧化皮、油污；
(2)焊件装夹：将步骤(1)中的工件夹装到摩擦焊机的管体夹具中，径向环套设在工件待焊接界面处，径向环与工件、管体夹具保持同轴；
(3)焊接：设置主轴转速、摩擦压力、摩擦时间、顶锻压力、保压时间后对步骤(2)中的工件进行焊接，主轴带动径向环旋转，通过向径环向施加摩擦压力，使径向环和被焊工件相对运动摩擦产热，摩擦界面及其附近金属达到热塑性状态，当摩擦时间达到设定值时，停止施加摩擦压力，并使径向环停止旋转，然后对径向环施加顶锻压力并保压，卸载压力后取出工件即可。
4.一种连续驱动径向摩擦焊接工艺制备无磁钻铤的方法，其特征在于：将待焊无磁钻铤工件以及与无磁钻铤工件材质相同的径向环夹装到连续驱动径向摩擦焊机的夹具中，通过径向环与待焊无磁钻铤工件之间的相对摩擦产生的热量和对径向环施加的顶锻压力进行焊接，即得无磁钻铤。
5.一种连续驱动径向摩擦焊接工艺制备无磁钻铤的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)焊接界面处理：将奥氏体合金钢制备成满足无磁钻铤形状和规格的待焊工件及径向环，清理工件及径向环待焊界面的氧化皮、油污；
(2)焊件装夹：将步骤(1)中的工件夹装到摩擦焊机的管体夹具中，径向环套设在工件待焊接界面处，径向环与工件、管体夹具保持同轴；
(3)焊接：设置主轴转速、摩擦压力、摩擦时间、顶锻压力、保压时间后对步骤(2)中的工件进行焊接，主轴带动径向环旋转达到主轴转速后，沿着径向环的径向对径向环施加摩擦压力，使径向环和被焊工件相对运动摩擦产热，摩擦界面及其附近金属达到热塑性状态，当摩擦时间达到设定值时，停止施加摩擦压力，并使径向环停止旋转，然后沿着径向环的径向对径向环施加顶锻压力并保压，从而将工件与径向环焊接在一起，卸载顶锻压力后取出工件，即得奥氏体合金钢无磁钻铤；
或，步骤(3)中，所述主轴转速为300-2500rad/min，优选为2200rad/min；
或，步骤(3)中，所述摩擦压力为50-500MPa；
或，步骤(3)中，所述摩擦时间为5-15s，优选为10s；
或，步骤(3)中，所述顶锻压力为60-600MPa；
或，步骤(3)中，所述保压时间为5-20s，优选为10s。
6.一种惯性径向摩擦焊接工艺制备无磁钻铤的方法，其特征在于：一种惯性径向摩擦焊接工艺制备无磁钻铤的方法：将径向环及待焊无磁钻铤工件夹装到摩擦焊机的夹具中，通过飞轮将径向环驱动到预定的转速后，停止对飞轮驱动，然后向径向环加压，使径向环和被焊工件相对运动摩擦产热，摩擦界面及其附近金属达到热塑性状态，最后对其径向施加顶锻压力并保压，从而将工件与径向环焊接在一起，卸载压力后取出工件，即得。
7.一种惯性径向摩擦焊接工艺制备无磁钻铤的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)焊接界面处理：将奥氏体合金钢制备成满足无磁钻铤形状和规格的待焊工件及径向环，清理工件及径向环待焊界面的氧化皮、油污；
(2)焊件装夹：将步骤(1)中的工件夹装到摩擦焊机的管体夹具中，径向环套设在工件待焊接界面处，径向环与工件、管体夹具保持同轴；
(3)焊接：设置飞轮的初始转速、飞轮的转动惯量、摩擦压力、顶锻转速、顶锻压力、保压时间后对步骤(2)中的工件进行焊接，焊接开始时，通过飞轮将径向环驱动到飞轮的初始转速后，停止对飞轮驱动，开始沿着径向环的径向对径向环施加摩擦压力，使径向环和被焊工件相对运动摩擦产热，摩擦界面及其附近金属达到热塑性状态，当飞轮转速达到顶锻转速时，停止施加摩擦压力，并对径向环施加顶锻压力并保压，从而将工件与径向环焊接在一起，卸载顶锻压力后取出工件，即得奥氏体合金钢无磁钻铤；
或，步骤(1)中，所述焊接界面处理的方法为：用砂纸清理工件待焊界面的氧化皮，同时用酒精和丙酮去除待焊界面的油污；
或，步骤(3)中，所述主轴起始转速为200-2500rad/min；
或，步骤(3)中，所述转动惯量为100-1000kg·m2；
或，步骤(3)中，所述摩擦压力为50-500MPa；
或，步骤(3)中，所述顶锻转速为50rad/min；
或，步骤(3)中，所述顶锻压力为80-600MPa；
或，步骤(3)中，所述保压时间为5-20s，优选为10s。
8.如权利要求4-7任一项所述的方法制备的无磁钻铤；优选的，所述无磁钻铤的材质为：以质量百分数计：18.61％Mn、17.47％Cr、1.161％Cu、0.8531％Mo、0.625％N、0.5065％Ni、0.1339％C、0.07％V、0.3847％Si、0.012％Al，Fe余量，所述无磁钻铤的规格为外径φ104.8-φ228.6，壁厚20-80mm；优选的，所述无磁钻铤接头处的抗拉强度为850MPa以上，屈服强度为770MPa以上，断后伸长率为25％以上。
9.修复断裂、磨损失效的无磁钻铤的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)将断裂损坏的无磁钻铤的端口重新加工成具有一定形状及角度的坡口后，得待焊无磁钻铤工件；
(2)将步骤(1)中工件夹装到连续驱动径向摩擦焊机的夹具中，通过待焊无磁钻铤工件之间的相对转动产生的摩擦和对待焊无磁钻铤工件施加的顶锻压力进行焊接；
或者，将步骤(1)中工件夹装到摩擦焊机的夹具中，将飞轮及工件驱动到预定的转速后停止驱动，利用飞轮及工件的惯性带来的工件之间的相对转动摩擦所产生的热量和对待焊无磁钻铤工件施加的顶锻压力进行焊接，即可修复断裂、磨损失效的无磁钻铤。
10.权利要求4所述的连续驱动径向摩擦焊接工艺制备无磁钻铤的方法和/或权利要求5所述的连续驱动径向摩擦焊接工艺制备奥氏体合金钢无磁钻铤的方法和/或权利要求6所述的惯性径向摩擦焊接工艺制备无磁钻铤的方法和/或权利要求7所述的惯性径向摩擦焊接工艺制备奥氏体合金钢无磁钻铤的方法和/或权利要求8所述的无磁钻铤和/或权利要求9所述的方法在石油和天然气深度钻采中的应用。
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