CN2511426Y - 使用摩擦焊接制造油管及外加厚油管短节 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种使用摩擦焊接方法制造石油工业油井管柱中的油管、外加厚油管短节。先将淬火性好、强度能满足使用要求的合金调质钢加工成焊接接头,再将管体与焊接接头在焊接转速为1000～1300rpm,摩擦时间选为16～30s之间,摩擦压力为36～50×106N/m²,顶锻速度为4mm/s～7mm/s,顶锻保持时间为14s～25s的焊接工艺条件下进行摩擦焊接。焊缝在850℃～890℃温度范围内淬火,淬火后再经中频感应加热至620℃～650℃高温回火并保温3～4min后室温冷却,此时焊缝可获得细小而均匀的回火索氏体组织,使油管丝扣部分强度得到提高,避免油田现场因油管丝扣失效发生断裂造成管断的现象。使用同样的方法还可制造外加厚油管短节。

Description

使用摩擦焊接制造油管及外加厚油管短节

本实用新型涉及的是一种直接用于制造石油工业油井管柱中的油管及油管短节，特别是使用摩擦焊制造石油工业油井管柱中的油管及外加厚油管短节。

在工业油井管柱中的油管现场使用中，常有油管因断裂而失效的问题发生，特别是

和 155级平式油管，失效的主要部位是油管螺纹基面处，失效形式为疲劳断裂。从产品结构分析认为：丝扣部分是在管体两端直接加工而成，两端螺纹锥度为1∶16，螺距为2.54mm的油管，虽然螺纹处的材料与管体材料相同，但承载面积变小，且表面加工后产生了螺纹沟槽，降低了承受抗拉载荷和疲劳载荷的能力。以

J55平式油管为例，其管体极限抗拉载荷为44.3吨，而丝扣极限抗拉载荷仅为29.4吨，使油管材料性能得不到充分利用。另外：各种规格外加厚油管、整体接头油管，需要使用平锻机进行管体两端墩粗，然后方能加工丝扣，其设备体积大、投资大、能耗较高，致使油管生产成本偏大，较大的生产成本使制造相应规格的外加厚油管短节异常困难，因为没有加厚油管短节，在油井检泵作业中，配管柱泵挂深度不够精确。

在国内，目前有关工业油井管柱中的油管制造的公知方法是以符合SY/T6194-1996《套管和油管》标准规定要求为依据，采用锻轧无缝钢管或使用电阻焊或电感应方法，无填充金属焊接而成的具有一条纵焊缝的电焊管，选择必要的热处理后，在钢管两端加工出相应规格的平式油管螺纹制成平式油管或先将无缝钢管或电焊管两端墩粗后，再加工出相应规格的外加厚油管螺纹制成外加厚油管，再同相应的油管接箍联接，进行表面防腐处理后得到油管成品，而外加厚油管短节则还没有直接可获得的产品。

本实用新型发明的目的是提供一种使用摩擦焊焊接制造的油管及外加厚油管短节，在解决油田现场因油管丝扣失效发生断裂造成管断问题同时，解决使用平锻机对平式油管管体墩粗后加工外加厚油管或整体接头油管工艺的能耗大，生产效率低、成本高的问题，还可直接提供外加厚油管短节的产品。

本实用新型是采用下面技术方案实现的：油管及外加厚油管短节的制造是使用摩擦焊的焊接方法。焊制的油管分别是H40、J55、K55、N80钢级平式油管、外加厚油管及外加厚油管短节。

使用本实用新型解决H40、J55、K55、N80钢级平式油管丝扣部分与管体比较在强度上相对薄弱的问题，使平式油管丝扣部分强度得到提高，达到与管体强度均衡，减少油田现场因油管丝扣失效发生断裂造成管断的现象。

焊接制造平式油管时，首先优选平式焊接接头材料及热处理工艺，要求：1、焊接接头的抗拉强度及综合机械性能优于管体，从而增强抗拉极限载荷及疲劳寿命，2、应保证焊接接头与油管管体具有良好的焊接性能。根据这两点要求，选择合金调质钢类符合要求的相应牌号的无缝钢管作为焊接接头的材料。焊接接头的制作方法是先将选定牌号的无缝钢管粗加工后单边留1～2mm余量，800℃～900℃进行油淬，再经500℃～700℃回火，机加工至设计尺寸，该焊接接头与管体在焊接前要保证两个焊接摩擦端面粗糙度应不大于1.6um，清洁无油污、无锈蚀。对于油管规格在

～

的油管，焊接转速为1000～1500rpm，摩擦时间选为16～30s之间，摩擦压力为36～80×10⁶N/m²，顶锻压力为80～200×10⁶N/m²，顶锻速度为14mm/s～20mm/s，顶锻保持时间为14s～25s，工件焊缝表面温度为1100℃～1380℃，将焊缝在800℃～890℃温度范围内进行水冷淬火，淬火后再进行中频感应加热至550℃～650℃进行高温回火并保温3～30min后室温冷却，这时焊缝将会获得细小而均匀的回火索氏体组织，机械性能优良。焊接中产生的内外飞边需使用车床或其它设备清除，外圆飞边清除后的高度允许在0.10mm以内，表面粗糙度要求达到1.6um，内孔飞边清除应平滑，表面粗糙度应不大于6.3um，最大深度不得超过0.20mm。对摩擦焊缝需要进行磁粉探伤检验。在该过程中，焊接工艺参数及焊缝热处理工艺参数的选择是确保焊接质量并保证焊缝具有良好综合机械性能的关键。

焊接制造外加厚油管或整体接头油管时，首先根据油管规格设计外加厚焊接接头或整体接头油管焊接接头，在外加厚焊接接头或整体接头油管焊接接头的焊接端至少要设计一段10～15mm长度的外圆，它与所焊管体外圆和内孔尺寸一致。接头材料仍为合金调质钢类无缝钢管，粗加工后调质处理，精加工至尺寸，按照前述平式油管的焊接工艺及热处理工艺将油管与外加厚油管或整体接头油管使用摩擦焊进行焊接。该方法解决了使用平锻机对平式油管管体墩粗后加工外加厚油管或整体接头油管工艺的能耗大，生产效率低、成本高的问题。

焊接制造外加厚油管短节时，使用与制造外加厚焊接接头及整体接头同样的焊接工艺及热处理工艺，根据用户需求可制造出不同长度的外加厚油管短节，使制造任意长度的外加厚短节更为经济和方便。

对于

～

油管，摩擦焊接过程一般不超过1分钟，生产效率与在管体上加工油管螺纹相比，效率提高近一倍。

摩擦焊接对中精度高，油管螺纹可以先在焊接接头上加工完成，最后通过摩擦焊接焊到管体上，这样加工油管螺纹就更为方便，便于规模化生产，也便于对螺纹进行检验。

通过摩擦焊技术生产外加厚油管、整体接头油管、外加厚油管短节与生产平式油管在工艺过程中两者都不需要增加其他特殊相应设备，只在焊接接头的设计加工制作上有所改变，焊接及配套工艺没有变化。

本实用新型还可以用于旧油管的修复，针对油田超期服役的旧油管进行改制，使用摩擦焊接先把旧油管管体带有丝扣断裂端去掉，将合金调质钢焊接接头焊到旧油管管体两端，加工后的油管符合标准要求，可重新用于油井管柱中。

本实用新型的技术效果：由于摩擦焊接具有焊接质量好、稳定；适于焊接异种金属；焊件尺寸精度高、焊后形位误差不大；焊件尺寸精度高、焊后形位误差不大；焊接生产率高，焊机功率小，省电能；加工费用低；设备容易机械化、自动化，操作技术简单易学；工作场地卫生，环保性能好，没有火花、弧光及有害气体等方面的优点。因此将此技术用于油管及短节的制造，不仅克服了现场使用中油管螺纹基面处因疲劳断裂而失效的问题，而且还较好的解决了使用平锻机对平式油管管体墩粗后加工外加厚油管或整体接头油管工艺的能耗大，生产效率低、成本高的问题，收到极好的技术效果。

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步说明

图1是本实用新型的技术工艺流程图。

图2是本实用新型平式油管剖视图。

图3是本实用新型平式接头剖视图。

图4是本实用新型外加厚油管剖视图。

图5是本实用新型外加厚接头剖视图。

图6是本实用新型外加厚油管短节剖视图。

图中1护丝  2平式接头  3外加厚接头  4焊缝  5油管管体

    6油管接箍

实施例1：

平式油管的制造

根据图1所描述的技术工艺流程，选用35CrMo无缝钢管为焊接接头的材料，将35CrMo无缝钢管粗加工后单边留1.5mm余量，850℃进行油淬，再经550℃回火，机加工成平式接头2。在焊接前，平式接头2与油管管体5两个焊接摩擦端面粗糙度为1.6um，清洁无油污、无锈蚀。焊接转速为1240rpm，摩擦时间选为16～20s之间，摩擦压力为45×10⁶N/m²，顶锻压力为120×10⁶N/m²，顶锻速度为20mm/s，顶锻保持时间为20s，工件焊缝4表面温度为1150℃～1250℃，将焊缝4在850℃～890℃温度范围内进行水冷淬火，淬火后再进行中频感应加热至620℃～650℃进行高温回火并保温3～4min后室温冷却，用车床或其它设备清除焊接中产生的内外飞边，外圆飞边清除后的高度为0.10mm，表面粗糙度为1.6um，最大深度不超过0.20mm，然后，对摩擦焊缝4需要进行磁粉探伤检验。平式接头2经过调质处理与油管管体5焊接后测试，其丝扣部分的抗拉强度达到980N/mm²，提高了89.6％，屈服强度达到835N/mm²，提高了120％，而N80级平式油管的允许最小屈服强度为552N/mm²，最大屈服强度为758N/mm²，抗拉强度为689N/mm²。由此看来，使用摩擦焊技术生产的J55平式油管的丝扣抗拉强度达到甚至超过了N80级平式油管的水平，在一定条件下完全可以替代N80级油管，而在价格上每吨可节约400元。

实施例2：

J55外加厚油管的制造

根据图1所描述的技术工艺流程，先选用35CrMo无缝钢管为外加厚接头材料，将35CrMo无缝钢管粗加工后单边留1.5mm余量，850℃进行油淬，再经550℃回火，机加工成外加厚接头3。焊接工艺条件同实施例1。外加厚接头3经过调质处理与油管管体5焊接后测试，其丝扣部分的抗拉强度为980N/mm²，提高了89.6％，而屈服强度为835N/mm²，提高了120％。制成的外加厚油管与目前采用墩粗加工的外加厚油管相比，使用性能相当，而每吨成本降低了300余元。

实施例3：外加厚油管短节

根据图1所描述的技术工艺流程，选用35CrMo无缝钢管为外加厚油管短节材料，采用与实施例1相同的焊接工艺条件，将35CrMo无缝钢管根据现场实际需要加工制造成不同长度的外加厚油管短节，为施工现场直接提供产品，极大的方便油田现场的作业施工。

Claims (5)

1、一种用于石油工业油井管柱中的油管及油管短节，其特征是：该油管和外加厚油管短节的制造方法都是使用摩擦焊焊接；油管的制造是先将钢管加工成焊接接头，再将焊接接头与油管管体使用摩擦焊的焊接方法进行焊接。

2、根据权利要求1所述的一种用于石油工业油井管柱中的油管及油管短节，其特征是：油管的焊接接头为平式接头(2)、外加厚接头(3)或整体接头；

3、根据权利要求1、2所述的一种用于石油工业油井管柱中的油管及油管短节，其特征是：制造油管和外加厚油管短节所使用的摩擦焊焊接方法是在焊接转速为1000～1500rpm，摩擦时间为16～30s之间，摩擦压力为36～80×10⁶N/m²，顶锻压力为80～200×10⁶N/m²，顶锻速度为14mm/s～20mm/8，顶锻保持时间为14s～25s的焊接工艺条件下焊接制造，工件焊缝表面温度为1100℃～1380℃，将焊缝(4)经800℃～890℃温度范围内进行水冷淬火，淬火后再进行中频感应加热至550℃～650℃进行高温回火并保温3～30min后室温冷却。

4、根据权利要求1、2、3所述的一种用于石油工业油井管柱中的油管及油管短节，其特征是：外加厚油管的焊接制造时，外加厚接头(3)与油管管体(5)的焊接端至少要设计一段10～15mm长度的外圆，它与所焊油管管体(5)外圆和内孔尺寸一致。

5、根据权利要求1、2、3所述的一种用于石油工业油井管柱中的油管及油管短节，其特征是：外加厚油管短节的焊接制造是根据现场实际需要尺寸制成500mm～4000mm任意长度的外加厚油管短节。

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