CN109648251B - 一种用于无磁石油钻具内孔加工的滚压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无磁石油钻具内孔加工的滚压装置，包括芯轴机构、设置在所述芯轴机构一端用于滚压内孔表面的滚压头机构和设置在所述芯轴机构另一端用于加工导向的导向套机构，所述滚压头机构包括保护套、设置在所述保护套内且与所述芯轴机构螺纹连接的内滚芯和设置在所述保护套内的滚珠，所述滚珠底部设置在内滚芯外表面，本发明结构紧凑，内孔滚压装置的设置，根据不同孔径选用不同的滚压头、导向套和连接刀杆，通过滚压头上多排高强度滚珠，挤压强化，形成一层致密的残余压应力硬化层，且硬化层深度金相法检测可以达到皮下0.5～0.8mm，克服了该材料在氯化物介质中极易产生应力腐蚀开裂的弱点，极大提高了该产品的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属材料内孔滚压强化，具体涉及一种用于无磁石油钻具内孔加工的滚压装置。
背景技术
目前，在石油、天然气、煤层气、页岩气钻探过程中，经常使用奥氏体不锈钢制造无磁石油钻具，其铬的含量通常在12%～30%，由于石油钻具在锻造过程中内部产生了残余拉应力，实际钻井中钻具周围存在大量的含S、Cl的腐蚀性介质，石油钻具极易产生应力腐蚀开裂。首先在内孔壁上出现腐蚀点状坑，缓慢延伸扩展，初始在内表面形成细微裂纹，逐渐延伸至外表面；当钻井液的压力足够大时，造成无磁石油钻具内壁刺漏，甚至发生无磁钻具断裂事件，带来极大的财产损失。为降低无磁石油钻具应力腐蚀开裂，延长钻具寿命，需要在钻具内孔表面进行压应力处理，现阶段最常用办法就是喷丸强化，但是由于石油钻具内孔孔径φ38.1mm～φ101.6mm，有些钻具空间狭小，石油钻具长度31英尺（9.45m），长径比200以上，内孔采用喷丸处理的残余压应力层深度往往较浅，金相法检测只能达到皮下0.1～0.3mm，并且粗糙度较差，起不到有效防护的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构紧凑，使用方便的用于无磁石油钻具内孔加工的滚压装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于无磁石油钻具内孔加工的滚压装置，包括芯轴机构、设置在所述芯轴机构一端用于滚压内孔表面的滚压头机构和设置在所述芯轴机构另一端用于加工导向的导向套机构，所述滚压头机构包括保护套、设置在所述保护套内且与所述芯轴机构螺纹连接的内滚芯和设置在所述保护套内的滚珠，所述滚珠底部设置在内滚芯外表面。
所述内滚芯的外表面设有用于置放滚珠的多排环形滑道，所述滚珠沿保护套圆周方向等间距布置，所述滚珠沿所述保护套长度方向设置至少一排，每排滚珠包括9~12个滚珠。
所述芯轴机构包括芯轴，所述芯轴包括第一轴体、与所述第一轴体右端连接的第二轴体、与所述第二轴体右端连接的第三轴体、与所述第三轴体右端连接的第四轴体、与所述第四轴体右端连接的第五轴体和与所述第五轴体右端连接的第六轴体，所述第一轴体和第六轴体上均设有外螺纹，所述内滚芯内螺纹与第一轴体的外螺纹配合，所述导向套机构的内螺纹与第六轴体通过外螺纹配合。
所述保护套的右端部设有台阶，所述台阶内表面设有第二轴承和位于所述第二轴承右端的滚针轴承，所述第二轴承的左端面与第二轴体的右端连接。
所述导向套机构包括设置在第六轴体外表面且与所述第六轴体螺纹连接的导向套，所述导向套左端的外表面设有导向槽，所述导向槽内设有木导键。
所述导向套的右端部为导杆连接部，所述导杆连接部的外表面设有矩形螺纹牙。
所述第四轴体上设有第一轴承和位于所述第一轴承右端的定位套，所述第一轴承位于所述保护套的右端面。
所述定位套通过半圆键和卡簧与所述第四轴体固定连接。
所述滚珠设置2~4排，所述滚珠直径为6~12mm，所述滚珠的材质为优质碳铬钢。
本发明的有益效果是：本发明结构紧凑，内孔滚压装置的设置，根据不同孔径选用不同的滚压头、导向套和连接刀杆，通过滚压头上多排高强度滚珠，挤压强化，形成一层致密的残余压应力硬化层，硬化层深度金相法检测可以达到皮下0.5～0.8mm，表面粗糙度1.6μm，有效减少了奥氏体不锈钢穿晶应力腐蚀开裂现象的发生。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的部分剖面图；
图3为本发明芯轴的结构示意图；
图中：滚珠1，保护套2，第一轴承3，定位套4，卡簧5，导向槽6，导杆连接部7，内滚芯8，芯轴9，第二轴承10，滚针轴承11，半圆键12，导向套13，第一轴体14，第二轴体15，第三轴体16，第四轴体17，第五轴体18，第六轴体19。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1、图2和图3所示，一种用于无磁石油钻具内孔加工的滚压装置，包括芯轴机构、设置在所述芯轴机构一端用于滚压内孔表面的滚压头机构和设置在所述芯轴机构另一端用于加工导向的导向套机构，所述滚压头机构包括保护套2、设置在所述保护套2内且与所述芯轴机构螺纹连接的内滚芯8和设置在所述保护套2内的滚珠1，所述滚珠1底部设置在内滚芯8外表面。
所述内滚芯8的外表面设有用于置放滚珠1的多排环形滑道，所述滚珠1沿保护套2圆周方向等间距布置，所述滚珠1沿所述保护套2长度方向设置四排，每排滚珠1包括12个滚珠1，所述滚珠1直径为12mm，所述滚珠1的材质为优质碳铬钢，硬度≥HRA58，滚珠1依序镶嵌在保护套2上，内滚芯8上设置有多排环向滑道，滚珠可以360°自由转动。
所述芯轴机构包括芯轴9，所述芯轴9包括第一轴体14、与所述第一轴体14右端连接的第二轴体15、与所述第二轴体15右端连接的第三轴体16、与所述第三轴体16右端连接的第四轴体17、与所述第四轴体17右端连接的第五轴体18和与所述第五轴体18右端连接的第六轴体19，所述第一轴体14和第六轴体19上均设有外螺纹，所述内滚芯8内螺纹与第一轴体14的外螺纹配合，所述导向套机构的内螺纹与第六轴体19通过外螺纹配合。
所述保护套2的右端部设有台阶，所述台阶内表面设有第二轴承10和位于所述第二轴承10右端的滚针轴承11，所述第二轴承10的左端面与第二轴体15的右端连接，保护套2右端部台阶处内壁先安装一套滚针轴承11，相邻再装入一套第二轴承10，滚针轴承11与第二轴承10有间隙，第二轴承10受轴向工作压力，滚针轴承11保证径向跳动，第二轴承10采用圆柱滚子推力轴承，接着装入芯轴9，内滚芯8上加工有内螺纹，与芯轴9通过外螺纹旋合，压紧在芯轴9的台阶上，所述芯轴9与滚压头机构构成一副旋转的滚动体，可以围绕芯轴9自由旋转。
所述导向套机构包括设置在第六轴体19外表面且与所述第六轴体19螺纹连接的导向套13，所述导向套13左端的外表面设有导向槽6，所述导向槽6内设有木导键，所述导向套13的右端部为导杆连接部7，所述导杆连接部7的外表面设有矩形螺纹牙，可以实现超长钻具的内孔滚压。
所述第四轴体17上设有第一轴承3和位于所述第一轴承3右端的定位套4，所述第一轴承3位于所述保护套2的右端面，所述定位套4通过半圆键12和卡簧5与所述第四轴体17固定连接，定位套4与芯轴9通过一个半圆键12固定，用卡簧5锁紧，所述第一轴承3采用圆柱滚子推力轴承。
该装置采用推进式滚压强化方式，工件按照一定转速旋转，该装置直线行进，依靠多排滚珠1在内孔壁的多次滚动、挤压，最终产生一层致密的压应力硬化层。
实施例2：本实施例与实施例1的区别仅在于：所述滚珠1为2排，每排滚珠1设置9个，滚珠1直径为6mm。
实施例3：本实施例与实施例1的区别仅在于：所述滚珠1为3排，每排滚珠1设置10个，滚珠1直径为9mm。
本发明结构紧凑，内孔滚压装置的设置，根据不同孔径选用不同的滚压头、导向套和连接刀杆，通过滚压头上多排高强度滚珠，挤压强化，形成一层致密的残余压应力硬化层，且硬化层深度金相法检测可以达到皮下0.5～0.8mm，克服了该材料在氯化物介质中极易产生应力腐蚀开裂的弱点，极大提高了该产品的使用寿命。
Claims (5)
1.一种用于无磁石油钻具内孔加工的滚压装置，其特征在于：包括芯轴机构、设置在所述芯轴机构一端用于滚压内孔表面的滚压头机构和设置在所述芯轴机构另一端用于加工导向的导向套机构，所述滚压头机构包括保护套、设置在所述保护套内且与所述芯轴机构螺纹连接的内滚芯和设置在所述保护套内的滚珠，所述滚珠底部设置在内滚芯外表面；所述内滚芯的外表面设有用于置放滚珠的多排环形滑道，所述滚珠沿保护套圆周方向等间距布置，所述滚珠沿所述保护套长度方向设置至少两排，每排滚珠包括9~12个滚珠；所述芯轴机构包括芯轴，所述芯轴包括第一轴体、与所述第一轴体右端连接的第二轴体、与所述第二轴体右端连接的第三轴体、与所述第三轴体右端连接的第四轴体、与所述第四轴体右端连接的第五轴体和与所述第五轴体右端连接的第六轴体，所述第一轴体和第六轴体上均设有外螺纹，所述内滚芯内螺纹与第一轴体的外螺纹配合，所述导向套机构的内螺纹与第六轴体通过外螺纹配合；所述导向套机构包括设置在第六轴体外表面且与所述第六轴体螺纹连接的导向套，所述导向套左端的外表面设有导向槽，所述导向槽内设有木导键；所述导向套的右端部为导杆连接部，所述导杆连接部的外表面设有矩形螺纹牙。
2.根据权利要求1所述的用于无磁石油钻具内孔加工的滚压装置，其特征在于：所述保护套的右端部设有台阶，所述台阶内表面设有第二轴承和位于所述第二轴承右端的滚针轴承，所述第二轴承的左端面与第二轴体的右端连接。
3.根据权利要求1所述的用于无磁石油钻具内孔加工的滚压装置，其特征在于：所述第四轴体上设有第一轴承和位于所述第一轴承右端的定位套，所述第一轴承位于所述保护套的右端面。
4.根据权利要求3所述的用于无磁石油钻具内孔加工的滚压装置，其特征在于：所述定位套通过半圆键和卡簧与所述第四轴体固定连接。
5.根据权利要求1所述的用于无磁石油钻具内孔加工的滚压装置，其特征在于：所述滚珠设置2~4排，所述滚珠直径为6~12mm，所述滚珠的材质为优质碳铬钢。
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