CN111577158B - 一种钛合金钻杆接头耐磨带敷焊结构及方法 - Google Patents
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Abstract
一种钛合金钻杆接头耐磨带敷焊结构及方法，敷焊结构包括覆盖设置在钛合金材质钻杆接头本体上的中间介质层，中间介质层经过高温熔融在钛合金材质钻杆接头本体的表面形成致密保护层，致密保护层上敷焊耐磨材料层，形成耐磨带。中间介质层的材料在高温下与钻杆接头的钛合金熔融形成致密保护层，致密保护层不仅与钛合金材质钻杆接头本体之间具有很强的结合力，同时能够与现有的钢质钻杆接头耐磨带材料有效熔合，耐磨材料层具有足够的硬度和厚度，具有优良的耐磨性能。本发明实现在钛合金钻杆接头表面增加耐磨材料层，避免了摩擦磨损而导致钛合金钻杆接头的磨损失效问题，提高了钛合金钻杆接头的使用寿命，从而提高钛合金钻杆的性价比。
Description
技术领域
本发明属于钻杆领域，具体涉及一种钛合金钻杆接头耐磨带敷焊结构及方法。
背景技术
石油天然气勘探与开发中所使用的钛合金钻杆具有耐腐蚀、密度低、强度高、弹性好的特点，被应用于高酸性油气藏的开发，以及超深井、超短水平井的钻井作业。
同时，钛合金钻杆材料的氧化性强，耐磨性差，常规的钢制钻杆的耐磨带材料不能与钛合金材料进行直接的熔合，且钛合金是一种贵重金属，钛合金钻杆的材料成本约是钢钻杆的25倍，远高于钢钻杆。缺少耐磨带层的保护，钛合金钻杆接头在使用中将受到严重磨损，导致使用寿命短，使钛合金的应用成本进一步提高，严重制约钛合金钻杆的应用和推广。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中钛合金钻杆接头与耐磨带固定的问题，提供一种钛合金钻杆接头耐磨带敷焊结构及方法，使耐磨带层有效的固定在钻杆接头上，从而实现在钛合金钻杆接头表面增加一层耐磨材料层，避免钻杆接头磨损而导致的钛合金钻杆接头的磨损失效问题，提高钛合金钻杆接头的使用寿命，从而提高钛合金钻杆的性价比。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种钛合金钻杆接头耐磨带敷焊结构，包括覆盖设置在钛合金材质钻杆接头本体上的中间介质层，中间介质层经过高温熔融在钛合金材质钻杆接头本体的表面形成致密保护层，致密保护层上敷焊耐磨材料层，形成耐磨带。
作为本发明的一种优选方案，所述的中间介质层采用能够与钛合金材料进行互熔结合的镍基合金材料。
作为本发明的一种优选方案，所述的致密保护层由中间介质层在1650℃以上的温度下与钛合金材质钻杆接头本体互熔后形成。
作为本发明的一种优选方案，所述致密保护层与钛合金材质钻杆接头本体之间的结合强度大于300MPa。
作为本发明的一种优选方案，所述致密保护层的表面没有裂纹，致密保护层的厚度为1.0±0.2mm。
作为本发明的一种优选方案，所述的钛合金材质钻杆接头本体表面加工有用于覆盖设置中间介质层的环槽。
本发明同时提供一种钛合金钻杆接头耐磨带敷焊方法，包括以下步骤：
步骤一、将中间介质层覆盖设置在钛合金材质钻杆接头本体的表面；
步骤二、采用激光束，在1650℃以上将中间介质层在钛合金材质钻杆接头本体的表面熔融，冷却之后形成致密保护层；
步骤三、检测致密保护层的表面无裂纹，致密保护层与钛合金材质钻杆接头本体之间的结合强度大于300MPa；
步骤四、在致密保护层上敷焊耐磨材料层，形成耐磨带。
相较于现有技术，本发明钛合金钻杆接头耐磨带敷焊结构具有如下的有益效果：通过在钛合金材质钻杆接头本体上覆盖中间介质层，中间介质层的材料在高温下与钻杆接头的钛合金熔融形成致密保护层，致密保护层不仅与钛合金材质钻杆接头本体之间具有很强的结合力，同时能够与现有的钢质钻杆接头耐磨带材料有效熔合，在致密保护层上敷焊耐磨材料层即形成耐磨带，耐磨材料层具有足够的硬度和厚度，具有优良的耐磨性能。本发明实现了在钛合金钻杆接头表面增加一层耐磨材料层，避免了摩擦磨损而导致钛合金钻杆接头的磨损失效问题，提高了钛合金钻杆接头的使用寿命，从而提高钛合金钻杆的性价比。
相较于现有技术，本发明的钛合金钻杆接头耐磨带敷焊方法操作过程简单，首先在钛合金材质钻杆接头本体的表面加工环槽，将中间介质层覆盖设置在环槽上，然后采用激光束照射，利用高温熔融工艺将中间介质层与接头表面的钛合金互熔成为致密保护层，最后在致密保护层上敷焊耐磨材料层，即能够形成耐磨带。该敷焊方法不仅解决了在钛合金钻杆表面固定耐磨带的问题，而且结合强度牢靠，能够充分发挥耐磨材料层优良的耐磨性能。
附图说明
图1本发明钛合金钻杆接头耐磨带敷焊结构示意图；
附图中：1-钛合金材质钻杆接头本体；2-中间介质层；3-耐磨材料层；4-致密保护层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1，本发明的钛合金钻杆接头耐磨带敷焊结构，包括覆盖设置在钛合金材质钻杆接头本体1上的中间介质层2，钛合金材质钻杆接头本体1表面加工有用于设置中间介质层2的环槽。中间介质层2采用能够与钛合金材料互熔结合的镍基合金材料。中间介质层2经过高温熔融在钛合金材质钻杆接头本体1的表面形成致密保护层4，致密保护层4由中间介质层2在1650℃以上的温度下与钛合金材质钻杆接头本体1互熔后形成，致密保护层4与钛合金材质钻杆接头本体1之间的结合强度大于300MPa。致密保护层4的表面没有裂纹，厚度为1.0±0.2mm。致密保护层4上敷焊耐磨材料层3，形成耐磨带。耐磨材料层3采用具有高硬度的耐磨材料，耐磨材料层3具有足够的硬度和厚度，具有优良的耐磨性能。
本发明的钛合金钻杆接头耐磨带敷焊方法，包括以下步骤：
步骤一、将中间介质层2覆盖设置在钛合金材质钻杆接头本体1的表面；
步骤二、采用激光束，在1650℃以上将中间介质层2在钛合金材质钻杆接头本体1的表面熔融，冷却之后形成致密保护层4；
步骤三、检测致密保护层4的表面无裂纹，致密保护层4与钛合金材质钻杆接头本体1之间的结合强度大于300MPa；
步骤四、在致密保护层4上敷焊耐磨材料层3，形成耐磨带。
实施例
针对钛合金钻杆接头本体1的材料为TC4，其主要材料成分为Ti-6Al-4V，接头外径为127mm，接头长度为279.4mm；中间介质层2为镍基合金；耐磨材料层3为高铬合金。
本发明具体的敷焊方法如下：
首先，在钛合金材质钻杆接头本体1的表面加工一个宽度为76mm，深度为1.2mm的环槽，将镍基合金粉覆盖在该槽的表面。采用激光束，在1680℃将镍基合金粉和钛合金接头表面层的材料熔融，缓冷到930℃后保温0.5h，再炉冷到600℃下保温1h后空冷。
经检测，镍基合金粉熔融后形成的中间致密层4无裂纹，厚度为1.1mm，中间致密层4与钛合金材质钻杆接头本体1的结合强度为350MPa。
在中间致密层4上进行高铬合金耐磨材料焊丝的敷焊，敷焊厚度为2～3mm。经检测，耐磨材料层3无裂纹，耐磨材料层3的硬度为HRC57，与中间致密层4的结合强度为380MPa。
本发明通过可与钛合金材料熔合的中间介质材料在高温下与钛合金互熔形成中间介质层，中间介质层不仅与钛合金接头本体有很强的结合力，且能与现有的钢质钻杆接头耐磨带有效熔合，从而实现在钛合金钻杆接头表面增加一层耐磨材料层，避免摩擦磨损而导致钛合金钻杆接头的磨损失效问题，提高钛合金钻杆接头的使用寿命，从而提高钛合金钻杆的性价比。
以上所述仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种钛合金钻杆接头耐磨带敷焊结构，其特征在于：包括覆盖设置在钛合金材质钻杆接头本体(1)上的中间介质层(2)，中间介质层(2)经过高温熔融在钛合金材质钻杆接头本体(1)的表面形成致密保护层(4)，致密保护层(4)上敷焊耐磨材料层(3)，形成耐磨带；致密保护层(4)由中间介质层(2)在1650℃以上的温度下与钛合金材质钻杆接头本体(1)互熔后形成；所述致密保护层(4)的表面没有裂纹，致密保护层(4)的厚度为1.0±0.2mm。
2.根据权利要求1所述的钛合金钻杆接头耐磨带敷焊结构，其特征在于：所述的中间介质层(2)采用能够与钛合金材料进行互熔结合的镍基合金材料。
3.根据权利要求1所述的钛合金钻杆接头耐磨带敷焊结构，其特征在于：所述致密保护层(4)与钛合金材质钻杆接头本体(1)之间的结合强度大于300MPa。
4.根据权利要求1所述的钛合金钻杆接头耐磨带敷焊结构，其特征在于：所述的钛合金材质钻杆接头本体(1)表面加工有用于覆盖设置中间介质层(2)的环槽。
5.一种钛合金钻杆接头耐磨带敷焊方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将中间介质层(2)覆盖设置在钛合金材质钻杆接头本体(1)的表面；
步骤二、采用激光束，在1650℃以上将中间介质层(2)在钛合金材质钻杆接头本体(1)的表面熔融，冷却之后形成致密保护层(4)；
步骤三、检测致密保护层(4)的表面无裂纹，致密保护层(4)与钛合金材质钻杆接头本体(1)之间的结合强度大于300MPa；所述致密保护层(4)的表面没有裂纹，致密保护层(4)的厚度为1.0±0.2mm；
步骤四、在致密保护层(4)上敷焊耐磨材料层(3)，形成耐磨带。
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