CN110756963A - 钛合金钻杆耐磨带敷焊方法及钛合金钻杆 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于石油钻杆技术领域，提供了一种钛合金钻杆耐磨带敷焊方法及钛合金钻杆。钛合金钻杆耐磨带敷焊方法包括：获取耐磨带焊丝及钛合金钻杆接头、焊前准备、焊接。耐磨带焊丝为铁基合金，按质量百分含量耐磨带焊丝的组分包括：Ti：0.5％～20.0％、C：≤2.0％、Mn：0.4％～3.0％、Si：≤2.0％、S：≤0.1％、P：≤0.1％、B：1.0％～10.0％、Ni：0.5％～6.0％、Nb：1.0％～12.0％，余量为Fe。本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，可使钛合金钻杆敷焊硬度为50‑60HRC的耐磨带层，耐磨带层与基材具有足够的附着力，避免耐磨带层在熔合线位置与钛合金基材出现剥落现象，有效避免耐磨带出现气孔；耐磨带形状呈现扁平状或稍微凸起，并且在整个耐磨带区域内保持一致，能够有效保护钛合金钻杆接头。

Description

钛合金钻杆耐磨带敷焊方法及钛合金钻杆
技术领域
本发明属于石油钻杆技术领域，更具体地说，是涉及一种钛合金钻杆耐磨带敷焊方法及钛合金钻杆。
背景技术
随着石油工业的发展，深井、超深井、高温高压井、大位移水平井、超短曲率半径井等特殊工况井的开发越来越多，对钻具的要求也越来越高。钻井是石油勘探和开发的一个重要环节，目前采用的主要方法是旋转钻井法，通过旋转钻具传递扭矩，带动钻头旋转、破碎和切削岩石，向地下钻进，钻出设计深度的井眼，获取石油或天然气。钻杆的作用则是将钻机扭矩传递给钻头，实现钻进，负责传输钻井液，并与钻头一起提升、下放和旋转。为满足特殊钻井工况的要求，市场已出现摩擦焊接式全钛合金钻杆，即钻杆管体与接头均为钛合金材料，并通过摩擦焊接方式将管体和接头连接。
全钛合金钻杆与常规钢制钻杆相比，虽然具有重量轻、强重比高、耐腐蚀、柔性好、无磁性等特点，但其表面硬度与常规钢制钻杆相当，约为25～35HRC，在旋转钻井过程中与井壁或套管发生摩擦，导致钛合金钻杆接头磨损，外径减小，从而钛合金钻杆接头抗扭强度降低甚至降级报废，因此，需要在钛合金钻杆接头上敷焊耐磨带，延长钻杆使用寿命。
目前钻杆耐磨带敷焊(堆焊)方法能够满足常规钢制钻杆接头表面上耐磨的敷焊要求，但使用目前的耐磨带焊丝和焊接方法在钛合金钻杆接头上敷焊会导致耐磨带不能成型，并且焊接后的耐磨带材料与钛合金材料形成高价钛氧化物(一种酥松组织)，极易脱落，无法达到保护钛合金钻杆接头的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，旨在解决现有钛合金钻杆的耐磨带极易脱落、无法达到保护钛合金钻杆的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，提供一种钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，
包括下述步骤，
获取耐磨带焊丝及钛合金钻杆接头；
焊前准备：使所述钛合金钻杆接头的敷焊区达到预焊接状态；
焊接：将所述耐磨带焊丝敷焊至所述钛合金钻杆接头的敷焊区；
其中，所述耐磨带焊丝为铁基合金，按质量百分含量，所述耐磨带焊丝的组分包括：
Ti：0.5％～20.0％、C：≤2.0％、Mn：0.4％～3.0％、Si：≤2.0％、S：≤0.1％、P：≤0.1％、B：1.0％～10.0％、Ni：0.5％～6.0％、Nb：1.0％～12.0％，余量为Fe。
作为本申请另一实施例，按质量百分含量，所述耐磨带焊丝的组分包括：
Ti：0.75％～15.0％、C：≤1.2％、Mn：0.6％～2.0％、Si：≤1.2％、S：≤0.08％、P：≤0.08％、B：2.0％～8.0％、Ni：1.0％～4.5％、Nb：1.5～9.0％，余量为Fe。
作为本申请另一实施例，按质量百分含量，所述耐磨带焊丝的组分包括：
Ti：1.0％～10.0％、C：≤0.8％、Mn：0.8％～1.2％、Si：≤0.8％、S：≤0.04％、P：≤0.04％、B：3.0％～5.0％、Ni：1.5％～3.0％、Nb：2.0％～6.0％，余量为Fe。
作为本申请另一实施例，所述焊接为融化极气体保护电弧焊，所述耐磨带焊丝作为熔化极且作为焊接直流正极，电流140-230A；电压25-30V，气流流速16-20L/min。
作为本申请另一实施例，在所述焊接时，所述钛合金钻杆接头保持自转，所述钛合金钻杆接头的转速为74-212r/s。
作为本申请另一实施例，焊枪与铅垂线的夹角为16-20°。
作为本申请另一实施例，焊枪距所述钛合金钻杆接头的敷焊区表面的距离为26.0-28.5mm，焊枪逆所述钛合金钻杆接头上边缘的旋转偏移量在水平方向的投影尺寸为13-38mm。
作为本申请另一实施例，所述焊前准备包括：预热所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热温度57-293℃。
作为本申请另一实施例，所述焊前准备还包括：清洁所述钛合金钻杆接头的敷焊区，所述清洁所述钛合金钻杆接头的敷焊区在所述预热所述钛合金钻杆接头的敷焊区之前进行操作。
本发明的另一目的是提供一种钛合金钻杆，所述钛合金钻杆的耐磨带采用上述的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法制造而成。
本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，与现有技术相比，可使钛合金钻杆敷焊硬度为50-60HRC的耐磨带层，且耐磨带层与基材具有足够的附着力，避免耐磨带层在熔合线位置与钛合金基材出现剥落现象，有效避免耐磨带出现气孔；同时，耐磨带形状呈现扁平状或稍微凸起，并且在整个耐磨带区域内保持一致，能够有效保护钛合金钻杆接头。
附图说明
图1为本发明实施例提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法中焊接步骤时焊枪与钛合金钻杆接头位置示意图；
图2为应用本发明实施例提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的制成的钛合金母接头和钛合金公接头的示意图之一；
图3为图2中钛合金公接头的耐磨带示意图；
图4为图2中钛合金母接头的耐磨带示意图；
图5为应用本发明实施例提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的制成的钛合金母接头和钛合金公接头的示意图之二；
图6为图5中钛合金母接头的耐磨带示意图。
图中：100、钛合金钻杆接头；110、钛合金公接头；111、公接头耐磨带；120、钛合金母接头；121、母接头耐磨带；200、焊枪。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，术语“长度”、“宽度”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
现对本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的实施例进行说明。所述的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，包括下述步骤：
S100获取耐磨带焊丝及钛合金钻杆接头100。
S200焊前准备，使钛合金钻杆接头100的敷焊区达到预焊接状态；
S300焊接，将耐磨带焊丝敷焊至钛合金钻杆接头100的敷焊区。
在S100获取耐磨带焊丝及钛合金钻杆接头的步骤中，所谓钛合金钻杆接头100可能是钛合金公接头110或者钛合金母接头120，这里获取的钛合金钻杆接头100可能是获取的单独的钛合金钻杆接头100，也可能是获取的是钛合金公接头110和钛合金母接头120的接头组合，还可能获取的是与钻杆管体相连的钛合金钻杆接头100、钛合金公接头110或者钛合金母接头120。
S200焊前准备的步骤，作用是使钛合金钻杆接头100的敷焊区达到预焊接状态，焊前准备一般包括清洁敷焊区、预热敷焊区等操作。
其中，所述耐磨带焊丝包括药皮以及由药皮包裹的药芯，药芯为铁基合金，；按质量百分含量，药芯的组分包括：
Ti(钛)：0.5％～20.0％、C(碳)：≤2.0％、Mn(锰)：0.4％～3.0％、Si(硅)：≤2.0％、S(硫)：≤0.1％、P(磷)：≤0.1％、B(硼)：1.0％～10.0％、Ni(镍)：0.5％～6.0％、Nb(铌)：1.0％～12.0％，余量为Fe(铁)。
耐磨带焊丝的药皮可采用常规结构和常规材质组分(例如碳钢钢带)，或者药皮同样也可以采用钛合金材质，药芯是本发明实施例提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法中的核心，药皮主要是为了包裹药芯，药皮对钛合金钻杆耐磨带敷焊影响不大。
在本发明实施例提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法中，含钛的铁基粉末合金形成耐磨带焊丝(药芯)能够更好地与全钛合金钻杆(接头)进行敷焊操作，不会轻易脱落。钛合金公接头110和钛合金母接头120可采用常规的钛合金钻杆材料或者采用与耐磨带焊丝相同或近似的材料。
本发明实施例提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，与现有技术相比，可使钛合金钻杆敷焊硬度为50-60HRC的耐磨带层，且耐磨带层与基材具有足够的附着力，避免耐磨带层在熔合线位置与钛合金基材出现剥落现象，有效避免耐磨带出现气孔；同时，耐磨带形状呈现扁平状或稍微凸起，并且在整个耐磨带区域内保持一致，能够有效保护钛合金钻杆接头。
作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，Ti主要以TC4形式存在于铁基合金(耐磨带焊丝)中，其他元素则以常规铁基合金(耐磨带焊丝)中的结构形式存在。
作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，按质量百分含量，耐磨带焊丝的组分包括：
Ti：0.75％～15.0％、C：≤1.2％、Mn：0.6％～2.0％、Si：≤1.2％、S：≤0.08％、P：≤0.08％、B：2.0％～8.0％、Ni：1.0％～4.5％、Nb：1.5～9.0％，余量为Fe。
作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，按质量百分含量，所述耐磨带焊丝的组分包括：
Ti：1.0％～10.0％、C：≤0.8％、Mn：0.8％～1.2％、Si：≤0.8％、S：≤0.04％、P：≤0.04％、B：3.0％～5.0％、Ni：1.5％～3.0％、Nb：2.0％～6.0％，余量为Fe。
作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，焊接(步骤)采用融化极气体保护电弧焊。耐磨带焊丝作为熔化极且作为焊接直流正极，焊接时电流取值范围140-230A，电压取值范围25-30V，保护气气流流速的取值范围16-20L/min。
作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，融化极气体保护电弧焊的保护气选用100％氩气。由于钛合金材料在高温条件下极易发生吸氧和吸氢反应，为保证耐磨带与钛合金接头基体之间具有足够的附着力，在耐磨带焊接过程中需使用纯净的氩气作为保护气体。
请参见图1，作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，在焊接(步骤)时，钛合金钻杆接头100保持自转，这样焊枪200就可以不用公转，从而实现耐磨带的周遭焊接。钛合金钻杆接头的转速范围为74-212r/s(转/秒)。
作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，钛合金钻杆接头100(即钛合金钻杆)直径越大，焊接时，其自转转速应该设置越大。
请参见图1，作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，焊枪200(的中轴线)与铅垂线的夹角S的取值范围为16-20°。
请参见图1，作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，焊枪200距钛合金钻杆接头100的敷焊区表面的距离N为26.0-28.5mm，即焊枪200喷嘴的下边缘(平面)距钛合金钻杆接头100的敷焊区表面的距离N的取值范围为26.0-28.5mm，如果伸出量不足26mm，会导致焊枪喷嘴罩气流紊乱，从而导致焊道出现多气孔现象。焊枪200逆钛合金钻杆接头100上边缘的旋转偏移量在水平方向的投影尺寸M的取值范围为13-38mm，即焊枪200(的中轴线)沿着钛合金钻杆接头100旋转的逆方向与钛合金钻杆接头100顶边缘具有一定偏移量，这个偏移量在水平方向的投影尺寸M为13-38mm。
作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，融化极气体保护电弧焊是采用现有的石油钻具耐磨带自动堆焊机进行作业的。石油钻具耐磨带自动堆焊机的焊枪可以移动，以便于钛合金钻杆接头旋转时，可以进行钻杆接头朝上坡方向旋转时焊接，焊枪偏移距离会因钛合金钻杆接头外径不同而有所变化，通过偏置位置的调整，才能获得平整和略微凸起的焊道外形。
石油钻具耐磨带自动堆焊机能够在接头旋转方向调整焊枪的角度，枪头具有能力实现摆动幅度18-26mm、摆动速度为每分钟35-65次的摆动能力。机器具有调整升降焊枪的能力，机器具有使焊枪沿钛合金钻杆接头100轴向平行移动的能力，移动距离最短100mm。同时，堆焊机必须包括一个能够以多种、稳定速度向焊枪输送焊丝的送丝系统，并且该送丝系统不会损坏焊丝表面或焊丝外形，本方法的送丝速度与常规的耐磨带堆焊送丝速度相同或相近。堆焊机必须有保护气体装置，包括气体流量调节器，以获得充足的保护气体。除此之外，还应具有预热设备。
作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，焊前准备(步骤)包括：预热钛合金钻杆接头100的敷焊区，预热温度范围为57-293℃。焊接耐磨带之前需对工件进行预热，由于钛合金材料热导率远低于合金钢，因此对预热温度需严格控制，预热需将钛合金接头完全热透，避免钛合金表面受热，预热时使用电子高温计测量预热温度。
作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，钛合金钻杆接头100(即钛合金钻杆)直径越大，预热温度的设定值越大。
作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，焊前准备(步骤)还包括：清洁钛合金钻杆接头100的敷焊区，这个清洁钛合金钻杆接头100的敷焊区的操作是在预热钛合金钻杆接头的敷焊区(操作)之前进行的。为保证钛合金钻杆接头能够成功敷焊耐磨带，焊前需要清理耐磨带区域的焊接表面，保证表面干净无任何异物，如灰尘、油污、油漆或者涂层等。
作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，清洁钛合金钻杆接头100的敷焊区可以使用手动砂轮机和杯型钢丝刷，充分清洁耐磨带焊接表面，以使敷焊区达到清洁状态，抛光后，对钻具接头外径进行目视检查。螺纹连接处所有的螺纹润滑油或积存的化合物均需清除。然后进行预热钛合金钻杆接头100的敷焊区的操作，使钛合金钻杆接头100的敷焊区达到待焊接状态。
本发明还提供一种钛合金钻杆，钛合金钻杆的耐磨带采用上述的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法制造而成。
本发明实施例提供的钛合金钻杆，与现有技术相比，可使钛合金钻杆敷焊硬度为50-60HRC的耐磨带层，且耐磨带层与基材具有足够的附着力，避免耐磨带层在熔合线位置与钛合金基材出现剥落现象，有效避免耐磨带出现气孔；同时，耐磨带形状呈现扁平状或稍微凸起，并且在整个耐磨带区域内保持一致，能够有效保护钛合金钻杆接头。
请参见图2至图4，作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，钛合金公接头110(即外螺纹接头)上的公接头耐磨带111的长度LP的取值范围为49-51mm，厚度H1的取值范围为2.4-3.2mm。
请参见图2至图4，作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，钛合金母接头120(即内螺纹接头)上的母接头耐磨带121可采用18°斜坡位置不敷焊的形式，母接头耐磨带121的长度LB的取值范围为74-78mm，厚度H2的取值范围为2.4-3.2mm，母接头耐磨带121距离18°斜坡的长度取值范围为8-12mm。
请参见图5至图6，作为本发明提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法的一种具体实施方式，钛合金母接头120(即内螺纹接头)上的母接头耐磨带121可采用18°斜坡位置敷焊的形式，母接头耐磨带121非斜坡位置的水平长度LB的取值范围为74-78mm。母接头耐磨带121的厚度H2的取值范围为2.4-3.2mm。斜坡位置敷焊采用齐平型焊接，事先在斜坡位置挖设斜凹槽，斜凹槽的切削厚度应等于在外径上进行的凸起型焊接的成品焊接厚度H2，并且斜面焊道的(水平方向)宽度B的取值范围18-20mm。
为了更好的说明本发明实施例提供的，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
本发明实施例提供一种钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，包括以下步骤：
步骤A、获取耐磨带焊丝及钛合金钻杆接头；按质量百分含量，耐磨带焊丝的组分为Ti：0.5％、C：2％、Mn：0.4％、Si：2％、S：0.1％、P：0.1％、B：1.0％、Ni：0.5％、Nb：1.0％，余量为Fe。钛合金钻杆(或钛合金钻杆接头)的直径为78mm(即3-1/8″)。
步骤B、清洁所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热温度57℃。
步骤C、焊接。
其中，焊接的工艺条件包括：转速74r/s，电流150A，电压26V，气流流速17L/min，焊枪与铅垂线的夹角为16°，焊枪距钛合金钻杆接头的敷焊区表面的距离为26.0mm，焊枪逆钛合金钻杆接头上边缘的旋转偏移量在水平方向的投影尺寸为13mm。
实施例2
本发明实施例提供一种钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，包括以下步骤：
步骤A、获取耐磨带焊丝及钛合金钻杆接头；按质量百分含量，耐磨带焊丝的组分为Ti：0.75％、C：1.2％、Mn：0.6％、Si：1.2％、S：0.08％、P：0.08％、B：2.0％、Ni：1％、Nb：1.5％，余量为Fe。钛合金钻杆(或钛合金钻杆接头)的直径为127mm(即5″)。
步骤B、清洁所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热温度115℃。
步骤C、焊接。
其中，焊接的工艺条件包括：转速110r/s，电流155A，电压26V，气流流速17L/min，焊枪与铅垂线的夹角为17°，焊枪距钛合金钻杆接头的敷焊区表面的距离为26.0mm，焊枪逆钛合金钻杆接头上边缘的旋转偏移量在水平方向的投影尺寸为14mm。
实施例3
本发明实施例提供一种钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，包括以下步骤：
步骤A、获取耐磨带焊丝及钛合金钻杆接头；按质量百分含量，耐磨带焊丝的组分为Ti：1％、C：0.8％、Mn：0.8％、Si：0.8％、S：0.04％、P：0.04％、B：3.0％、Ni：1.5％、Nb：2％，余量为Fe。钛合金钻杆(或钛合金钻杆接头)的直径为152.4mm(即6″)。
步骤B、清洁所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热温度170℃。
步骤C、焊接。
其中，焊接的工艺条件包括：转速140r/s，电流165A，电压26V，气流流速17L/min，焊枪与铅垂线的夹角为17°，焊枪距钛合金钻杆接头的敷焊区表面的距离为26.0mm，焊枪逆钛合金钻杆接头上边缘的旋转偏移量在水平方向的投影尺寸为20mm。
实施例4
本发明实施例提供一种钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，包括以下步骤：
步骤A、获取耐磨带焊丝及钛合金钻杆接头；按质量百分含量，耐磨带焊丝的组分为Ti：5％、C：0.6％、Mn：1％、Si：0.6％、S：0.02％、P：0.03％、B：4.0％、Ni：2％、Nb：4％，余量为Fe。钛合金钻杆(或钛合金钻杆接头)的直径为168.3mm(即6-5/8″)，该尺寸的钛合金钻杆所配的钛合金钻杆接头一般采用NC50型螺纹。
步骤B、清洁所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热温度240℃。
步骤C、焊接。
其中，焊接的工艺条件包括：转速155r/s，电流200A，电压28V，气流流速18L/min，焊枪与铅垂线的夹角为18°，焊枪距钛合金钻杆接头的敷焊区表面的距离为27.0mm，焊枪逆钛合金钻杆接头上边缘的旋转偏移量在水平方向的投影尺寸为13mm。
实施例5
本发明实施例提供一种钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，包括以下步骤：
步骤A、获取耐磨带焊丝及钛合金钻杆接头；按质量百分含量，耐磨带焊丝的组分为Ti：10％、C：0.8％、Mn：1.2％、Si：0.8％、S：0.04％、P：0.04％、B：5.0％、Ni：3％、Nb：6％，余量为Fe。钛合金钻杆(或钛合金钻杆接头)的直径为177.8mm(即7″)。
步骤B、清洁所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热温度260℃。
步骤C、焊接。
其中，焊接的工艺条件包括：转速170r/s，电流200A，电压28V，气流流速19L/min，焊枪与铅垂线的夹角为19°，焊枪距钛合金钻杆接头的敷焊区表面的距离为27.0mm，焊枪逆钛合金钻杆接头上边缘的旋转偏移量在水平方向的投影尺寸为28mm。
实施例6
本发明实施例提供一种钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，包括以下步骤：
步骤A、获取耐磨带焊丝及钛合金钻杆接头；按质量百分含量，耐磨带焊丝的组分为Ti：15％、C：1.2％、Mn：2.0％、Si：1.2％、S：0.08％、P：0.08％、B：8.0％、Ni：4.5％、Nb：9％，余量为Fe。钛合金钻杆(或钛合金钻杆接头)的直径为203.2mm(即8″)。
步骤B、清洁所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热温度280℃。
步骤C、焊接。
其中，焊接的工艺条件包括：转速185r/s，电流220A，电压30V，气流流速20L/min，焊枪与铅垂线的夹角为20°，焊枪距钛合金钻杆接头的敷焊区表面的距离为28.0mm，焊枪逆钛合金钻杆接头上边缘的旋转偏移量在水平方向的投影尺寸为32mm。
实施例7
本发明实施例提供一种钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，包括以下步骤：
步骤A、获取耐磨带焊丝及钛合金钻杆接头；按质量百分含量，耐磨带焊丝的组分为Ti：20％、C：2％、Mn：3.0％、Si：2％、S：0.1％、P：0.1％、B：10.0％、Ni：6％、Nb：12％，余量为Fe。钛合金钻杆(或钛合金钻杆接头)的直径为228.6mm(即9″)。
步骤B、清洁所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热温度293℃。
步骤C、焊接。
其中，焊接的工艺条件包括：转速212r/s，电流230A，电压30V，气流流速20L/min，焊枪与铅垂线的夹角为20°，焊枪距钛合金钻杆接头的敷焊区表面的距离为28.5mm，焊枪逆钛合金钻杆接头上边缘的旋转偏移量在水平方向的投影尺寸为38mm。
在各实施例中，钛合金钻杆(或钛合金钻杆接头)都采用同一种的材质，即Ti-6Al-4V，其具体组分详见表一。
表一为钛合金钻杆(或钛合金钻杆接头)的组分情况
对各实施例所制备各敷焊耐磨带进行多组硬度实验。各实施例的硬度实验结果(多组平均值)见表二和表三。
表二为各实施例的硬度情况
Figure BDA0002248491110000132
对各实施例所制备各敷焊耐磨带进行多组耐磨损实验，采用湿砂橡胶轮式磨粒磨损试验机进行。磨损试样尺寸为57×25.5×6mm，试验参数如下：橡胶轮转速：240r/min；橡胶轮直径：178mm；橡胶轮硬度：60(绍尔硬度)；载荷100N；橡胶轮转数：预磨1000转、精磨5000转、磨料：粒度40-70目石英砂。材料耐磨性能用磨损的失重量来衡量。各实施例的磨损失重(多组平均值)实验结果见表三。
表三为各实施例的磨损失重情况
Figure BDA0002248491110000141
由于现有技术中采用常规工艺手段和常规耐磨带焊丝在钛合金钻杆接头上敷焊的耐磨带为酥松组织，其极易脱落，无法成型，所以以常规工艺手段和常规耐磨带焊丝制成的耐磨带的对比例也无法进行硬度测试和磨损失重测试。
由以上结果可见，本发明实施例提供的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法所制成的耐磨带具有更好的硬度与耐磨性，本发明实施例在硬度和耐磨性方面均有显著优势。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，其特征在于，包括下述步骤，
获取耐磨带焊丝及钛合金钻杆接头；
焊前准备：使所述钛合金钻杆接头的敷焊区达到预焊接状态；
焊接：将所述耐磨带焊丝敷焊至所述钛合金钻杆接头的敷焊区；
其中，所述耐磨带焊丝包括药皮以及由药皮包裹的药芯，所述药芯为铁基合金，按质量百分含量，所述药芯的组分包括：
Ti：0.5％～20.0％、C：≤2.0％、Mn：0.4％～3.0％、Si：≤2.0％、S：≤0.1％、P：≤0.1％、B：1.0％～10.0％、Ni：0.5％～6.0％、Nb：1.0％～12.0％，余量为Fe。
2.如权利要求1所述的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，其特征在于，按质量百分含量，所述耐磨带焊丝的组分包括：
Ti：0.75％～15.0％、C：≤1.2％、Mn：0.6％～2.0％、Si：≤1.2％、S：≤0.08％、P：≤0.08％、B：2.0％～8.0％、Ni：1.0％～4.5％、Nb：1.5～9.0％，余量为Fe。
3.如权利要求2所述的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，其特征在于，按质量百分含量，所述耐磨带焊丝的组分包括：
Ti：1.0％～10.0％、C：≤0.8％、Mn：0.8％～1.2％、Si：≤0.8％、S：≤0.04％、P：≤0.04％、B：3.0％～5.0％、Ni：1.5％～3.0％、Nb：2.0％～6.0％，余量为Fe。
4.如权利要求1-3任一项所述的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，其特征在于，所述焊接为融化极气体保护电弧焊，所述耐磨带焊丝作为熔化极且作为焊接直流正极，电流140-230A；电压25-30V，气流流速16-20L/min。
5.如权利要求4所述的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，其特征在于，在所述焊接时，所述钛合金钻杆接头保持自转，所述钛合金钻杆接头的转速为74-212r/s。
6.如权利要求4所述的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，其特征在于，焊枪与铅垂线的夹角为16-20°。
7.如权利要求4所述的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，其特征在于，焊枪距所述钛合金钻杆接头的敷焊区表面的距离为26.0-28.5mm，焊枪逆所述钛合金钻杆接头上边缘的旋转偏移量在水平方向的投影尺寸为13-38mm。
8.如权利要求1-3任一项所述的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，其特征在于，所述焊前准备包括：预热所述钛合金钻杆接头的敷焊区，预热温度57-293℃。
9.如权利要求8所述的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法，其特征在于，所述焊前准备还包括：清洁所述钛合金钻杆接头的敷焊区，所述清洁所述钛合金钻杆接头的敷焊区在所述预热所述钛合金钻杆接头的敷焊区之前进行操作。
10.钛合金钻杆，所述钛合金钻杆的耐磨带采用如权利要求1-9任一项所述的钛合金钻杆耐磨带敷焊方法制造而成。
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