DE19625301A1

DE19625301A1 - Process for the production of heavy-duty drill pipes

Info

Publication number: DE19625301A1
Application number: DE19625301A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Katolla
Original assignee: KLEMM BOHRTECH
Current assignee: KLEMM BOHRTECH
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1998-01-02
Also published as: ITMI971049A1; GB2314519A; IT1291386B1; ITMI971049A0; GB9713007D0

Abstract

In welding a threaded sleeve (13) to a pipe (10). They each have their ends provided with chamfers (11, 14) forming a welding groove (15). Below the welding groove (15) there extends a lip (16). During welding, the groove (15) is filled with welding deposit (18), the material of the lip (16) being fused and forming a homogenous root of the seam together with the welding deposit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochbelastbarer Bohrrohre, insbesondere solcher zum Drehschlagbohren, bei welchem an ein Rohr aus Stahl ein Gewinde angeschweißt wird.The invention relates to a method for manufacturing heavy-duty drill pipes, especially those for Rotary impact drilling, which involves a steel pipe Thread is welded.

Hochbelastbare Bohrrohre für Erd- und Gesteinsbohrungen haben an beiden Rohrenden Gewinde, um mehrere Bohrrohre zu einem Bohrstrang zusammensetzen zu können. Üblicher weise werden die Bohrrohre an den Enden mit Innengewin de versehen. Zur Verbindung zweier Bohrrohre wird ein sogenannter "Doppelnippel" verwendet, der an entgegen gesetzten Enden jeweils ein Außengewinde aufweist, auf das das Innengewinde eines angrenzenden Bohrrohres auf geschraubt wird. Solche Doppelnippel bestehen aus hoch festem Vergütungsstahl (42 CrMo 4) und werden einer thermischen Oberflächenbehandlung unterzogen. Ihre Her stellung ist sehr teuer. Auch die Bohrrohre sind bei Doppelnippelverbindungen teuer, da sie aus hochwertigem Stahl (36 Mn 4) bestehen müssen. Heavy-duty drill pipes for earth and rock drilling have threads on both ends of the pipe to make several drill pipes to be able to assemble into a drill string. More common the drill pipes at the ends with internal thread de provided. A is used to connect two drill pipes so-called "double nipple" used to counter set ends each has an external thread that the internal thread of an adjacent drill pipe is screwed. Such double nipples consist of high hardened and tempered steel (42 CrMo 4) and become one subjected to thermal surface treatment. Your fro position is very expensive. The drill pipes are also included Double nipple connections are expensive because they are made of high quality Steel (36 Mn 4) must exist.

Bohrrohre für das Drehschlagbohren unterliegen vielfa chen Beanspruchungen einerseits durch das Drehen und andererseits dadurch, daß sie mit schweren Hydraulik hämmern axial geschlagen werden. Dabei führen Mikro risse im Rohr häufig zu Rohrbrüchen. Es ist bereits versucht worden, Bohrrohre mit Endgewinde herzustellen, indem an ein glattes Rohr eine vorgefertigte Gewinde muffe im Reibschweißverfahren angeschweißt wurde. Hier bei ist in der Regel eine Vorheizung der zu verschwei ßenden Teile erforderlich und ein langsames gesteuertes Abkühlen im Anschluß an den Schweißvorgang. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die in Reibschweißtechnik gefertigten Bohrrohre nicht zu einer verbesserten Halt barkeit führen. Insbesondere kann es vorkommen, daß die Gewindemuffe einen Achsversatz zu dem Rohr hat, und daß im Verbindungsbereich Mikrorisse entstehen. Zu berück sichtigen ist ferner, daß Rohr und Gewindemuffe aus einem hochfesten Stahl bestehen müssen, der an der Grenze der Schweißbarkeit liegt, wobei im Reibschweiß verfahren eine homogene Schweißverbindung nur schwer zu erreichen ist.Drill pipes for rotary impact drilling are subject to many Chen stresses on the one hand by turning and on the other hand in that they have heavy hydraulics hammered axially. Micro lead often breaks in the pipe to burst pipes. It is already attempts have been made to manufacture drill pipes with end threads, by attaching a prefabricated thread to a smooth pipe sleeve was welded using the friction welding process. Here is usually a preheat to be welded eating parts required and a slow controlled Cooling down after the welding process. It has however, it turned out that in friction welding Manufactured drill pipes do not provide an improved hold lead availability. In particular, it can happen that the Threaded sleeve has an axis offset to the pipe, and that Micro cracks occur in the connection area. To be considered It is also clear that the pipe and threaded sleeve a high-strength steel, which must be made on the The limit of weldability lies, with friction welding move a homogeneous welded joint with difficulty to achieve.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung hochbelastbarer Bohrrohre anzugeben, das mit hoher Wirtschaftlichkeit durchführbar ist und Bohrrohre von hoher Qualität ergibt.The invention has for its object a method to specify for the manufacture of heavy-duty drill pipes, that can be carried out with great economy and High quality drill pipes result.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved with the invention the features specified in claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird an ein Rohr, das vorzugsweise aus einem preiswerterem Stahl (ST 52.0) besteht, eine Gewindemuffe angeschweißt. Hierzu werden Rohr und Gewindemuffe mit Fasen versehen und eines dieser Teile wird außerdem mit einer axial ab stehenden Lippe unterhalb der Fase versehen, während das andere Teil eine die Lippe aufnehmende Ausnehmung erhält. Rohr und Gewindemuffe werden so gegeneinander setzt, daß die Lippe die Ausnehmung ausfüllt und die Fasen eine V-förmige Schweißfuge ergeben. Dann erfolgt eine Rundumverschweißung entlang der Schweißfuge durch Lichtbogenschweißung unter Schutzgas, wobei die Schweißfuge mit einem Schweißgut ausgefüllt wird. Hier bei wird die relativ dünne Lippe aufgeschmolzen, wobei sie mit dem Schweißgut verschmilzt und eine homogene Wurzel der Schweißnaht bildet. Die Schweißnaht enthält keinerlei Stoßstellen oder Mikrorisse. Durch die in die Ausnehmung eingreifende Lippe wird eine exakte Zentrie rung der zu verbindenden Teile erreicht, so daß eine perfekte axiale Ausrichtung sichergestellt ist. Nach dem Herstellen der Schweißnaht ist das Bohrrohr fertig. Infolge des beim Schweißen verwendeten Schweißgutes ist keine Nachbehandlung der Schweißverbindung erforder lich.In the method according to the invention, a pipe, which is preferably made of cheaper steel (ST 52.0), a threaded sleeve is welded on. For this pipe and threaded sleeve are chamfered and one of these parts is also axially off standing lip below the bevel while the other part a lip receiving recess receives. The pipe and threaded sleeve are thus against each other sets that the lip fills the recess and the Chamfers result in a V-shaped weld joint. Then done all-round welding along the weld joint Arc welding under protective gas, the Weld joint is filled with a weld metal. Here at the relatively thin lip is melted, whereby it fuses with the weld metal and a homogeneous Root of the weld seam forms. The weld seam contains no joints or micro cracks. By in the Lip engaging recess becomes an exact center tion of the parts to be joined, so that a perfect axial alignment is ensured. After the drill pipe is ready to produce the weld seam. As a result of the weld metal used during welding no post-treatment of the welded joint required Lich.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt Bohrrohre, welche hohen Schwellbelastungen, Schlagbelastungen und Biege zug-Beanspruchungen standhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für Bohrrohre zum Dreh schlagbohren anwendbar, und speziell für Rohre zum Überlagerungsbohren. Die üblichen Ausfälle, wie Wurzel riß in der Schweißstelle, treten nicht mehr auf.The method according to the invention produces drill pipes which high threshold loads, impact loads and bending withstand tensile loads. The invention The method is especially for drilling pipes for turning Impact drilling applicable, and especially for pipes for Overlay drilling. The usual failures, such as root tore in the weld, no longer occur.

Vorzugsweise wird die Lippe mit einer Wandstärke von weniger als 1 mm, insbesondere von 0,5 mm, hergestellt.The lip is preferably with a wall thickness of less than 1 mm, in particular 0.5 mm, made.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.The following is with reference to the drawings an embodiment of the invention explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Verbindungsbereich zwischen Rohr und Gewindemuffe vor dem Schwei ßen, Fig. 1 SEN a longitudinal section through the connection area between the pipe and threaded socket before the welding,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit II aus Fig. 1 und Fig. 2 is an enlarged view of the detail II of Fig. 1 and

Fig. 3 einen Schnitt durch die fertiggestellte Schweißnaht. Fig. 3 shows a section through the completed weld.

In Fig. 1 ist der Endbereich eines Rohres 10 darge stellt, das generell zylindrisch gestaltet ist. An der Stirnseite des Rohres 10 ist eine Fase 11 mit einem Fasenwinkel von 30° vorgesehen. Diese Fase erstreckt sich nicht bis zur Innenfläche des Rohres. Sie endet an einer ringförmigen Ausnehmung 12, die an der Rohrinnen seite erzeugt worden ist.In Fig. 1 the end portion of a tube 10 is Darge, which is generally cylindrical. A chamfer 11 with a chamfer angle of 30 ° is provided on the end face of the tube 10 . This chamfer does not extend to the inner surface of the pipe. It ends at an annular recess 12 which has been produced on the inside of the tube.

An das Rohr 10 ist eine Gewindemuffe 13 angesetzt, die ein (nicht dargestelltes) Gewinde in Form eines Außen gewindes und/oder Innengewindes trägt. Die rohrförmige Gewindemuffe 13 ist vorgefertigt und an ihrem dem Rohr 10 zugewandten Ende ebenfalls mit einer Fase 14 von 30° versehen. Die beiden Fasen 11, 14 bilden gemeinsam eine V-förmige Schweißfuge 15 mit einem Öffnungswinkel von 60°. At the tube 10 , a threaded sleeve 13 is attached, which carries a (not shown) thread in the form of an external thread and / or internal thread. The tubular threaded sleeve 13 is prefabricated and also provided at its end facing the pipe 10 with a chamfer 14 of 30 °. The two chamfers 11 , 14 together form a V-shaped weld joint 15 with an opening angle of 60 °.

Der Wurzelbereich der Fase 14 ist mit einer axial von der Gewindemuffe 13 abstehenden ringförmigen Lippe 16 verlängert, die in die Ausnehmung 12 des Rohres 10 pas send eingreift und diese ausfüllt. Der Scheitelpunkt der Schweißfuge 15 befindet sich somit in radialem Ab stand von der Rohrinnenfläche.The root region of the chamfer 14 is extended with an annular lip 16 protruding axially from the threaded sleeve 13 , which engages in the recess 12 of the tube 10 and then fills it. The apex of the weld joint 15 is thus in a radial distance from the inner tube surface.

Im Verbindungsbereich zwischen Rohr und Gewindemuffe befindet sich eine Erweiterung 17 der Innenwand.In the connection area between the pipe and the threaded sleeve there is an extension 17 of the inner wall.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Wandstärke a von Gewindemuffe und Rohr 10 mm, die axia le Länge b der Lippe 16 beträgt 1 mm und die Stärke c der Lippe 16 beträgt 0,5 mm.In the illustrated embodiment, the wall thickness a of the threaded sleeve and pipe is 10 mm, the axial length b of the lip 16 is 1 mm and the thickness c of the lip 16 is 0.5 mm.

Die Gewindemuffe 13 wird mit ihrer Lippe 16 in das Rohr 10 eingeschoben, wobei die Lippe der Zentrierung und axialen Ausrichtung dient.The threaded sleeve 13 is inserted with its lip 16 into the tube 10 , the lip serving for centering and axial alignment.

Anschließend erfolgt eine Verschweißung entlang der Schweißfuge 15 unter Verwendung eines Schweißdrahts, wobei die Schweißfuge 15 sich mit Schweißgut 18 füllt. Dies ist in Fig. 3 dargestellt. Das Schweißen erfolgt durch Lichtbogenschweißung mit Hilfe eines Schweißdrah tes, der das Schweißgut 18 zur Verfügung stellt, unter Schutzgasatmosphäre. Dabei wird ein gepulster Schweiß strom eingesetzt. Beim Schweißen schmilzt die Lippe 16 auf, so daß die Schweißnaht 19 an der Rohrinnenwand 20 eine kelchförmige Wurzel 21 aus einer homogenen Masse bildet. Die Breite der Schweißnaht 19 vergrößert sich von einem Einschnürungsbereich 22 aus sowohl radial nach innen als auch radial nach außen, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Im Wurzelbereich der Fasen 11, 14 sowie an der Lippe 16 verschmelzen die Materialien von Rohr und Gewindemuffe mit dem Schweißgut zu einer homogenen Schweißnaht 19.This is followed by welding along the weld joint 15 using a welding wire, the weld joint 15 filling with weld metal 18 . This is shown in FIG. 3. The welding is carried out by arc welding with the aid of a welding wire which provides the weld metal 18 , under a protective gas atmosphere. A pulsed welding current is used for this. During welding, the lip 16 melts, so that the weld seam 19 on the inner tube wall 20 forms a cup-shaped root 21 made of a homogeneous mass. The width of the weld seam 19 increases from a constriction region 22 both radially inwards and radially outwards, as can be seen from FIG. 3. In the root region of the bevels 11 , 14 and on the lip 16, the materials of the pipe and threaded sleeve merge with the weld metal to form a homogeneous weld seam 19 .

Das Rohr 10 besteht vorzugsweise aus ST 50.0. Die Ge windemuffe 13 besteht beispielsweise aus Vergütungs stahl 42 CrMo 4.The tube 10 is preferably made of ST 50.0. The Ge threaded sleeve 13 is made of, for example, steel 42 CrMo 4th

Für den Schweißvorgang wird ein Schweißdraht von bei spielsweise 1,2 mm Durchmesser mit folgender Zusammen setzung eingesetzt:A welding wire from bei is used for the welding process for example 1.2 mm diameter with the following combination setting used:

C: 0,05%
NI: 20%
Cr: 10%
Mod: 3%
Nb: 3%
Stabilisatoren: 5%
Fe: Rest.C: 0.05%
NI: 20%
Cr: 10%
Mod: 3%
Nb: 3%
Stabilizers: 5%
Fe: rest.

Die angegebenen Komponenten können hiervon um bis zu 10 % des angegebenen Wertes abweichen.The specified components can be increased by up to 10 % of the specified value deviate.

Zur Erzielung eines tiefen Einbrandes und zur thermi schen Isolierung wird das Schweißgut unter Schutzgas verschweißt, das sich aus folgenden Gasbestandteilen zusammensetzt:To achieve a deep penetration and for thermi The weld metal is shielded under protective gas welded, which consists of the following gas components composed:

CO₂: 8%
O₂ 0,5%
He: 26,5%
Ar: Rest.CO₂: 8%
O₂ 0.5%
He: 26.5%
Ar: rest.

Die einzelnen Komponenten können hierbei ebenfalls bis zu 10% von ihrem angegebenen Wert abweichen. The individual components can also be up to deviate by 10% from their specified value.

Mit der beschriebenen Schweißtechnik wird der Wurzelriß an der Schweißstelle vermieden, der bei hohen Biegebean spruchungen schnell Ausgangspunkt einer beginnenden Zerstörung der Schweißnaht ist.With the welding technique described, the root crack becomes Avoided at the welding point, that at high bending beans sayings quickly starting point of a beginning Destruction of the weld seam is.

Claims

1. A method for producing heavy-duty Bohrroh re, especially those for rotary impact drilling, in which a threaded sleeve ( 13 ) is welded to a tube ( 10 ) made of steel, characterized in that the tube ( 10 ) and the threaded sleeve ( 13 ) with chamfers ( 11 , 14 ) and are placed against one another, the bevels jointly forming a V-shaped weld joint ( 15 ) that on the pipe ( 10 ) or the threaded sleeve ( 13 ) an axially projecting lip bridging the base of the weld joint ( 15 ) ( 16 ) and on the other part a lip ( 16 ) suitably accommodating recess ( 12 ) is made, and that the weld joint ( 15 ) by arc welding under protective gas is filled with a weld metal ( 18 ), the lip ( 16 ) is melted up.

2. The method according to claim 1, characterized in that the lip ( 16 ) with a wall thickness of less than 1 mm, preferably of 0.5 mm and a length of about 1 mm, is produced.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the lip ( 16 ) directly to the inner surface ( 20 ) of the tube ( 10 ) or threaded sleeve ( 13 ) is generated adjacent.

4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that a weld metal ( 18 ) with the fol gender composition is used, wherein the proportions can differ by up to 10%: C: 0.05%
NI: 20%
Cr: 10%
Mon: 3%
Nb: 3%
Stabilizers: 5%
Fe: rest.

5. The method according to any one of claims 1-4, characterized in that a protective gas with the following composition is used, wherein the proportions can vary by up to 10%: CO₂ 8%
O₂ 0.5%
He: 26.5%
Ar: rest.