CN115008139A - 一种矿用主动钻杆公接头的加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿用主动钻杆公接头的加工工艺，包括以下步骤：S1：精车公接头螺纹；使用锥度环规、螺纹环规控制螺纹的锥度和螺纹尺寸；S2：渗碳工序；采用公接头升温→均温→强渗→降温→均温→空冷的工艺路线；S3：精车公接头摩擦焊接端内外圆及端面；使用经济型数控车床将该工序接头的工序尺寸加工到位并预留有淬火余量；S4：淬火工序；采用升温→均温→降温→均温→淬火→沥油→浸泡→喷淋→回火→空冷的工艺路线；S5：精车公接头摩擦焊接端内外圆及端面的留量工序；采用该工艺路线很好控制公接头摩擦焊缝、螺纹耐磨性差及使用寿命低的质量问题，解决公接头螺纹的寿命问题、保证公接头使用过程中的耐磨性，杜绝发生公接头螺纹断裂的质量事故。

Description

一种矿用主动钻杆公接头的加工工艺

技术领域

本发明属于矿用钻具加工工艺领域，涉及一种矿用主动钻杆公接头的加工工艺，尤其涉及一种全液压自动钻机矿用主动钻杆公接头的加工工艺。

背景技术

主动钻杆是自动钻机最重要的关键零部件之一，在自动钻机钻进的过程中起到至关重要的作用。该钻杆在自动钻机工作过程中起定位连接、传递扭矩及提供动力的作用，主要用于连接各种型号的钻杆钻进煤层或岩层使用。主动钻杆公接头螺纹使用寿命直接决定自动钻机的钻进效率，其质量优劣取决于主动钻杆公接头的热处理加工工艺。

目前主动钻杆公接头材料牌号为20CrMnTi，螺纹表面渗碳淬火处理，渗碳层深0.3-0.5mm，硬度HRC58-62；现有的公接头的加工工艺为锯(下料)→精车(公接头螺纹端外圆)→精车(公接头摩擦焊接端内外圆)→数车(公接头螺纹)→打标(院标+批次号)→热处理(渗碳、淬火)→精车(公接头摩擦焊接端面)→入库，待焊。但是采用该工艺路线加工的公接头，因外形尺寸较小，热处理不便控制，经硬度、金相分析检测发现摩擦焊接端及螺纹外表面热处理硬度均为HRC58-62，渗碳层深1.0-1.2mm，虽摩擦焊接端渗碳淬火采用了防渗处理，渗碳淬火不能满足设计要求，热处理后防渗处理的部位依然硬度过高、渗碳层过深，摩擦焊接端及外螺纹表面被淬透了，螺纹表面抗冲击韧性很差，使用过程中主动钻杆摩擦焊缝、公接头螺纹容易脆断，反复发生掉钻质量事故，造成了批量报废，经济损失严重，加工效率低下，合格率低，生产成本偏高，主动钻杆公接头螺纹使用断裂频率较高，钻进进尺较低，严重影响用户的施工进度。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有的主动钻杆公接头工艺路线的如下缺陷：

(1)渗碳淬火不能满足设计要求，防渗依然渗碳层过深；

(2)因未达到热处理技术要求，造成了批量报废，经济损失严重；

(3)生产成本偏高；

(4)加工效率低下，合格率低；

(5)焊缝质量隐患较大；

(6)主动钻杆公接头螺纹使用断裂频率较高，钻进进尺较低。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种矿用主动钻杆公接头的加工工艺，包括以下步骤：

S1：精车公接头螺纹；使用锥度环规、螺纹环规控制螺纹的锥度和螺纹尺寸；

S2：渗碳工序；采用公接头升温→均温→强渗→降温→均温→空冷的工艺路线；

S3：精车公接头摩擦焊接端内外圆及端面；使用经济型数控车床将该工序公接头摩擦焊接端内外圆及端面加工达工序尺寸并预留有淬火余量；

S4：淬火工序；采用升温→均温→降温→均温→淬火→沥油→浸泡→喷淋→回火→空冷的工艺路线；

S5：精车公接头摩擦焊接端内外圆及端面的留量工序；使用经济型数控车床完成加工。

本基础方案的有益效果在于：本发明克服了渗碳淬火涂抹防渗剂效果不佳的技术缺陷，提供了一种预留余量的加工工艺方法，将渗碳+淬火工艺分开，中间穿插数道加工工序的工艺技术。该工艺加工的主动钻杆公接头螺纹耐磨性及摩擦焊缝接头强度高、韧性强，综合力学性能优良，车削的螺纹螺距误差小、螺纹表面粗糙度高，避免了直接渗碳淬火后涂抹防渗剂的各种弊端及质量问题，适应性增强，简化了加工工艺，降低了主动钻杆断裂事故的赔付成本，保证了钻杆接头摩擦焊缝及螺纹的连接强度，提高了主动钻杆使用寿命，按照本工艺加工的主动钻杆，产品质量好、寿命长、安全可靠。

进一步，步骤S1中使用锥度环规、螺纹环规控制螺纹的锥度和螺纹尺寸具体为：

S11：夹接头毛坯左端外圆，找正外圆；车右端面，保证总长预留2mm加工余量；钻通孔达尺寸；车接头外螺纹端外圆达工序尺寸，直径预留余量1.5mm，台阶根部倒圆角R2；棱边倒钝；

S12：调头，夹右端外螺纹外圆直段，找正外圆；车接头左端端面，保证总长预留1.5mm加工余量；车外圆达工序尺寸，预留余量1.5mm；车内孔达工序尺寸，车球面SR与小孔接通，预留余量1.5mm；内外圆孔口倒角1×45°；

S13：使用数控管螺纹车床，夹接头大端外圆，打表找正外圆，数车公接头螺纹小端面，去余量0.5mm，车外圆锥面，用锥度环规检验，控制公接头外圆锥度尺寸，车外止口，倒角1×45°，车公接头外螺纹，完成公接头外螺纹的精车。有益效果：采用数控管螺纹车床，加工效率及精度较高，使用定制的60°螺纹成形刀片加工外螺纹，并用锥度环规量具检测其锥度、螺距、牙形角，保证了产品质量；为后续热处理渗碳淬火提供了可靠保障。

进一步，步骤S2中升温→均温阶段时间为30min→强渗阶段时间为100±10min→降温→均温阶段时间为30min→空冷阶段时间为60min；升温→均温阶段含碳量维持在0.2±0.1％、强渗→降温→均温阶段含碳量维持在1.0±0.1％；升温→均温→强渗→降温→均温阶段甲醇维持在20±2ml/min；强渗→降温→均温阶段丙烷维持在0.6±0.1m³/h；降温→均温阶段氨气与工艺空气分别维持在0.6±0.1m³/h和0.8±0.1m³/h；均温及强渗加热温度890±10℃，降温后均温820±10℃。有益效果：为主动钻杆公接头渗碳层深作出了准确的配方。

进一步，所述步骤S3中使用经济型数控车床将公接头摩擦焊接端内外圆及端面加工达工序尺寸并预留淬火余量，具体为：

S31：绷公接头摩擦焊接端内孔,找正外圆；车外圆达工序尺寸，直径方向余量0.5mm；棱边倒钝；

S32：调头，夹公接头大外圆,找正外圆；车端面，保证总长尺寸余量0.5mm；车内孔达工序尺寸，车球面SR与孔接通，预留余量0.5mm。有益效果：为后续公接头热处理淬火工序提供了可靠保障。

进一步，步骤S4中淬火工序采用多用炉淬火+回火，层深0.3-0.5mm，表面HRC53-58，心部硬度HRC30-35，使用显微及洛氏硬度计检测。

进一步，升温→均温阶段时间为120±10min，降温→均温阶段时间为30min，均温→淬火、淬火→沥油、沥油→浸泡、浸泡→喷淋阶段时间均为10min；升温阶段含碳量为0.2±0.1％，均温→降温→均温阶段含碳量维持在0.8±0.1％；升温→均温→降温→均温阶段甲醇维持在20±2ml/min；降温→均温阶段丙烷维持在0.6±0.1m³/h；降温→均温阶段工艺空气维持在0.8±0.1m³/h，公接头低温回火200±10℃，保温180min，后空冷至200℃；均温加热温度870±10℃，降温后均温840±10℃。

进一步，步骤S5中精车公接头摩擦焊接端留量工序具体为：

S51：绷公接头摩擦焊接端内孔，找正外圆；车外圆达设计尺寸；棱边倒钝；

S52：调头，夹公接头大端外圆，找正；车端面，保证总长达设计尺寸；车摩擦焊接端内孔、车球面SR达设计尺寸。有益效果：保证了摩擦焊接端的金相组织及力学性能，保证了焊缝的焊接强度。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的矿用主动钻杆公接头的加工工艺，提供了一种预留余量的加工工艺方法，将渗碳+淬火工艺分开，中间穿插数道加工工序的工艺技术，确保加工的主动钻杆公接头螺纹耐磨性及摩擦焊缝接头强度高、韧性强，综合力学性能优良，车削的螺纹螺距误差小、螺纹表面粗糙度高，避免了直接渗碳淬火后涂抹防渗剂的各种弊端及质量问题，适应性增强，简化了加工工艺。

2、本发明所公开的矿用主动钻杆公接头的加工工艺，将“渗碳淬火”工艺分开设定，中间穿插数道机械加工工序，能够可靠的保证渗碳、淬火工序准确执行，很好的控制了热处理硬度及渗碳层深度，可控性及产品合格率达到了100％。

3、本发明所公开的矿用主动钻杆公接头的加工工艺，保证了主动钻杆公接头摩擦焊接端焊缝的强韧性，保证了热处理硬度HRC30-35，同时提高了公接头螺纹的耐磨性，焊缝及公接头螺纹断裂的质量事故得以规避，提高主动钻杆的产品质量。

4、本发明所公开的矿用主动钻杆公接头的加工工艺，采用余量法及渗碳、淬火分离的方式，精确的控制了螺纹外表面及摩擦焊接端面的渗碳层深度及硬度，优化了渗碳、淬火最佳热处理工艺参数，主动钻杆钻进进尺达1500m以上，公接头螺纹使用寿命大幅提升，保证了产品质量。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明矿用主动钻杆加工工艺的流程图；

图2为本发明矿用主动钻杆的主视图；

图3为本发明矿用主动钻杆的右视图。

附图标记：钻杆体1、公接头2。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，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，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图2、图3所示的一种主动钻杆，采用如上述的矿用主动钻杆公接头的加工工艺加工而成，包括钻杆体1以及与钻杆体1螺纹连接的公接头2，其工作原理为：主动钻杆通过左端小外圆、销孔定位、外花键与过渡套连接传递扭矩及动力，实现与自动钻机动力头的全面连接，公接头2用于连接及拆卸各种钻杆使用，主动钻杆中间设置有高压过水孔，便于实现主动钻杆相关功能。

一种矿用主动钻杆公接头的加工工艺，包括以下步骤：

S1：精车公接头2螺纹；使用锥度环规、螺纹环规控制螺纹的锥度和螺纹尺寸，为后续热处理渗碳淬火提供了可靠保障，具体为：

S11：夹接头毛坯左端外圆，找正外圆；车右端面，保证总长预留2mm加工余量；钻通孔达尺寸；车接头外螺纹端外圆达工序尺寸，直径预留余量1.5mm，台阶根部倒圆角R2；棱边倒钝；

S12：调头，夹右端外螺纹外圆直段，找正外圆；车接头左端端面，保证总长预留1.5mm加工余量；车外圆达工序尺寸，预留余量1.5mm；车内孔达工序尺寸，车球面SR与小孔接通，预留余量1.5mm；内外圆孔口倒角1×45°；

S13：使用数控管螺纹车床，夹接头大端外圆，打表找正外圆，数车公接头2螺纹小端面，去余量0.5mm，车外圆锥面，用锥度环规检验，控制公接头2外圆锥度尺寸，车外止口，倒角1×45°，车公接头2外螺纹，完成公接头2外螺纹的精车。采用数控管螺纹车床，加工效率及精度较高，使用定制的60°螺纹成形刀片加工外螺纹，并用锥度环规量具检测其锥度、螺距、牙形角，保证了产品质量。

S2：渗碳工序；采用多用炉渗碳，层深0.3-0.5mm，使用显微硬度计检测，确定公接头2升温→均温→强渗→降温→均温→空冷的最佳工艺参数，明确加热时间、C浓度、甲醇、丙烷、氨气、工艺空气精确浓度的工艺参数，为主动钻杆公接头2渗碳层深作出了准确的配方。

升温→均温阶段时间为30min→强渗阶段时间为100±10min→降温→均温阶段时间为30min→空冷阶段时间为60min；升温→均温阶段含碳量维持在0.2±0.1％、强渗→降温→均温阶段含碳量维持在1.0±0.1％；升温→均温→强渗→降温→均温阶段甲醇维持在20±2ml/min；强渗→降温→均温阶段丙烷维持在0.6±0.1m³/h；降温→均温阶段氨气与工艺空气分别维持在0.6±0.1m³/h和0.8±0.1m³/h。

渗碳关键工艺参数如下表1所示：

表1渗碳关键工艺参数

均温及强渗加热温度890±10℃，降温后均温820±10℃；公接头需立放装炉；按工艺参数及曲线操作，严格控制各参数；渗碳结束后，把产品拉在前室冷却。

S3：精车公接头2摩擦焊接端内外圆及端面；使用经济型数控车床将公接头摩擦焊接端内外圆及端面加工达工序尺寸并预留有淬火余量，为后续公接头2热处理淬火工序提供了可靠保障，具体为：

S31：绷公接头2摩擦焊接端内孔，找正外圆；车外圆达工序尺寸，直径方向余量0.5mm；棱边倒钝；

S32：调头，夹公接头2大外圆，找正外圆；车端面，保证总长尺寸余量0.5mm；车内孔达工序尺寸，车球面SR与孔接通，预留余量0.5mm。

S4：淬火工序，使用多用炉淬火+回火，层深0.3-0.5mm，表面HRC53-58，心部HRC30-35，使用显微及洛氏硬度计检测，确定升温→均温→降温→均温→淬火→沥油→浸泡→喷淋→回火→空冷的最佳工艺参数，明确加热时间、C浓度、甲醇、丙烷、工艺空气精确浓度的工艺参数，保证主动钻杆公接头2渗碳层深度及硬度。

升温→均温阶段时间为120±10min，降温→均温阶段时间为30min，均温→淬火、淬火→沥油、沥油→浸泡、浸泡→喷淋阶段时间均为10min；升温阶段含碳量为0.2±0.1％，均温→降温→均温阶段含碳量维持在0.8±0.1％；升温→均温→降温→均温阶段甲醇维持在20±2ml/min；降温→均温阶段丙烷维持在0.6±0.1m³/h；降温→均温阶段工艺空气0.8±0.1m3/h。

淬火关键工艺参数如下表2、表3所示：

表2淬火关键工艺参数1

表3淬火关键工艺参数2

均温加热温度870±10℃，降温后均温840±10℃，低温回火200±10℃，保温180min，后空冷至200℃；去除表面油污等异物；烘干表面水分；渗碳时按工艺曲线操作，严格控制各参数；自动淬火工艺，注意检查搅拌电机运行情况；清洗去除表面的油污等异物；回火时根据表面硬度调整回火温度。

S5：精车公接头2摩擦焊接端留量工序；使用经济型数控车床将该工序公接头2的工序尺寸加工达设计要求，保证了摩擦焊接端的组织及力学性能，保证了焊接强度，具体为：

S51：绷公接头2摩擦焊接端内孔，找正外圆；车外圆达设计尺寸；棱边倒钝；

S52：调头，夹公接头2大端外圆，找正；车端面，保证总长达设计尺寸；车摩擦焊接端内孔、车球面SR达设计尺寸。

如图1所示的主动钻杆加工流程图，采用上述的矿用主动钻杆公接头的加工工艺以及其余常规的加工工艺，在此不再赘述，该加工工艺确保加工的主动钻杆公接头2螺纹耐磨性及摩擦焊缝接头强度高、韧性强，提高主动钻杆的产品质量，延长了公接头的使用寿命。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种矿用主动钻杆公接头的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1：精车公接头螺纹；使用锥度环规、螺纹环规控制螺纹的锥度和螺纹尺寸；

S2：渗碳工序；采用公接头升温→均温→强渗→降温→均温→空冷的工艺路线；

S3：精车公接头摩擦焊接端内外圆及端面；使用经济型数控车床将该工序公接头摩擦焊接端内外圆及端面加工达工序尺寸并预留有淬火余量；

S4：淬火工序；采用升温→均温→降温→均温→淬火→沥油→浸泡→喷淋→回火→空冷的工艺路线；

S5：精车公接头摩擦焊接端内外圆及端面的留量工序；使用经济型数控车床完成加工。

2.如权利要求1所述的矿用主动钻杆公接头的加工工艺，其特征在于，所述步骤S1中使用锥度环规、螺纹环规控制螺纹的锥度和螺纹尺寸具体为：

S11：夹接头毛坯左端外圆，找正外圆；车右端面，保证总长预留2mm加工余量；钻通孔达尺寸；车接头外螺纹端外圆达工序尺寸，直径预留余量1.5mm，台阶根部倒圆角R2；棱边倒钝；

S12：调头，夹右端外螺纹外圆直段，找正外圆；车接头左端端面，保证总长预留1.5mm加工余量；车外圆达工序尺寸，预留余量1.5mm；车内孔达工序尺寸，车球面SR与小孔接通，预留余量1.5mm；内外圆孔口倒角1×45°；

S13：使用数控管螺纹车床，夹接头大端外圆，打表找正外圆，数车公接头螺纹小端面，去余量0.5mm，车外圆锥面，用锥度环规检验，控制公接头外圆锥度尺寸，车外止口，倒角1×45°，车公接头外螺纹，完成公接头外螺纹的精车。

3.如权利要求1所述的矿用主动钻杆公接头的加工工艺，其特征在于，所述步骤S2中渗碳工序：升温→均温阶段时间为30min→强渗阶段时间为100±10min→降温→均温阶段时间为30min→空冷阶段时间为60min；升温→均温阶段含碳量维持在0.2±0.1％、强渗→降温→均温阶段含碳量维持在1.0±0.1％；升温→均温→强渗→降温→均温阶段甲醇维持在20±2ml/min；强渗→降温→均温阶段丙烷维持在0.6±0.1m³/h；降温→均温阶段氨气与工艺空气分别维持在0.6±0.1m³/h和0.8±0.1m³/h；均温及强渗加热温度890±10℃，降温后均温820±10℃。

4.如权利要求1所述的矿用主动钻杆公接头的加工工艺，其特征在于，所述步骤S3中使用经济型数控车床将公接头摩擦焊接端内外圆及端面加工达工序尺寸并预留淬火余量，具体为：

S31：绷公接头摩擦焊接端内孔,找正外圆；车外圆达工序尺寸，直径方向余量0.5mm；棱边倒钝；

S32：调头，夹公接头大外圆,找正外圆；车端面，保证总长尺寸余量0.5mm；车内孔达工序尺寸，车球面SR与孔接通，预留余量0.5mm。

5.如权利要求1所述的矿用主动钻杆公接头的加工工艺，其特征在于，所述步骤S4中淬火工序采用多用炉淬火+回火，层深0.3-0.5mm，表面HRC53-58，心部硬度HRC30-35，使用显微及洛氏硬度计检测。

6.如权利要求5所述的矿用主动钻杆公接头的加工工艺，其特征在于，所述升温→均温阶段时间为120±10min，降温→均温阶段时间为30min，均温→淬火、淬火→沥油、沥油→浸泡、浸泡→喷淋阶段时间均为10min；升温阶段含碳量为0.2±0.1％，均温→降温→均温阶段含碳量维持在0.8±0.1％；升温→均温→降温→均温阶段甲醇维持在20±2ml/min；降温→均温阶段丙烷维持在0.6±0.1m³/h；降温→均温阶段工艺空气维持在0.8±0.1m³/h，公接头低温回火200±10℃，保温180min，后空冷至200℃；均温加热温度870±10℃，降温后均温840±10℃。

7.如权利要求1所述的矿用主动钻杆公接头的加工工艺，其特征在于，所述步骤S5中精车公接头摩擦焊接端留量工序具体为：

S51：绷公接头摩擦焊接端内孔，找正外圆；车外圆达设计尺寸；棱边倒钝；

S52：调头，夹公接头大端外圆，找正；车端面，保证总长达设计尺寸；车摩擦焊接端内孔、车球面达设计尺寸。

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