DE3532451A1

DE3532451A1 - METHOD FOR SURFACING A HEADBAND OF A COUPLING PART WITH INTERNAL THREAD FOR STEEL DRILL RODS

Info

Publication number: DE3532451A1
Application number: DE19853532451
Authority: DE
Inventors: Nicolangelo Amprodoco Rieti Signori
Original assignee: Saipem SpA
Current assignee: Saipem SpA
Priority date: 1984-09-13
Filing date: 1985-09-11
Publication date: 1986-03-20
Also published as: ES8609491A1; AU4690685A; DE3532451C2; BE903227A; NO853543L; DK413185D0; NZ213327A; PT81120A; GB8521740D0; JPS6179725A; IT1176705B; ES547703A0; BR8504550A; PT81120B; GB2164358A; FR2570084A1; DK413185A; IT8422647A0; AU576383B2; NL8502505A

Description

Verfahren zum Oberflächenhärten eines Stirnbandes eines Kupplungsteils mit Innengewinde für StahlbohrstangenMethod for surface hardening a headband a coupling part with internal thread for steel boring bars

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren, das eine wirkungsvolle Oberflächenhärtung der Kupplungen von Bohrstangen erlaubt, ohne daß eine Schleifrauhigkeit erzeugt wird.The invention is concerned with a method that has a effective surface hardening of the couplings of boring bars allowed without generating grinding roughness.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine in dieser Weise erhaltene Bohrstange.The invention also relates to a drill rod obtained in this way.

Es ist bekannt, beim Bohren von Brunnen Bohrer zu verwenden, die am unteren Ende einer Reihe von Bohrstangen angebracht sind, die der Reihe nach miteinander verbunden sind, so daß sich eine gegebene Länge ergibt.It is known to use drill bits when drilling wells, which are attached to the lower end of a series of drill rods which are connected to one another in sequence so that a given length results.

Jede Bohrstange besteht folglich aus einem zylindrischen Stahlkörper, der an seinen jeweiligen Enden mit einem Kupplungsteil mit Außengewinde und einem Kupplungsteil mit einem entsprechenden Innengewinde versehen ist.Each boring bar therefore consists of a cylindrical one Steel body, which at its respective ends with a coupling part with external thread and a coupling part with is provided with a corresponding internal thread.

Da die Außenflächen der Stangenkupplungen notwendigerweise vom Stangenkörper vorstehen, mit dem sie über konische Verbindungteile verbunden sind, kommen diese Außenflächen zuerst mit der Innenfläche des Bohrloches oder Brunnens in Berührung, so daß sie an der Erde oder an der Auskleidung reiben, falls sich diese im Brunnen oder Bohrloch befindet.Since the outer surfaces of the rod couplings are necessarily dated Rod body protrude with which they have conical connecting parts are connected, these outer surfaces come into contact first with the inner surface of the borehole or well, so that they rub against the earth or the lining if it is in the well or borehole.

Eine lang dauernde Drehung des Bohrers im Inneren des Brunnens oder Bohrloches führt daher zu einem fortlaufenden Verschleiß der Stangenkupplungen durch Abrieb, was in nicht hinnehmbarer Weise die Lebensdauer der Stangen verkürzt und aufgrund der damit verbundenen hohen Kosten beträchtlich die gesamteOne long rotation of the drill inside the well or borehole therefore leads to continuous wear the rod couplings by abrasion, which shortens the life of the rods in an unacceptable manner and due to the associated high cost considerably the entire

Wirtschaftlichkeit des Bohrbetriebes beeinflußt.Influences the profitability of the drilling operation.

Gegenwärtig wird der oben beschriebene Nachteil im allgemeinen dadurch vermieden, daß der Stangenkupplungsteil mit Innengewinde oberflächengehärtet wird, was im Hinblick auf die Abnahme der Stärke durch Abrieb umso bedenklicher ist. Insbesondere wird nur ein Stirnband der Kupplung im Bereich zwischen dem Gewindeteil und dem konischen Teil mit einer Breite von etwa 60 bis 80 mm gehärtet, da der Gewindeteil nicht berührt werden darf, weil eine gewisse Weichheit beibehalten werden muß, damit ein zuverlässiges Ergreifen durch die Bedienungsschlüssel möglich ist, und der konische Teil keine Härtung benötigt.At present, the above-described disadvantage is becoming general thereby avoided that the rod coupling part is surface-hardened with internal thread, which in view of the decrease in strength due to abrasion is all the more worrying. In particular, only one headband of the clutch is in the area between the threaded part and the conical part with a width of about 60 to 80 mm hardened as the threaded part must not be touched, because a certain softness must be maintained so that a reliable gripping is possible with the operating key, and the conical part does not require hardening.

Das gegenwärtig benutzte Härtungsverfahren besteht darin, ein Härtungsmittel wie beispielsweise Wolframcarbid in kleinen Teilchen unregelmäßiger Form oder in Kugelform durch Schmelzen auf das fragliche Stirnband aufzubringen. Infolge des Schmelzvorganges wird dabei das Trägermaterial, mit dem das Wolfram gemischt ist, mit dem geschmolzenen Stahl der Kupplungsfläche amalgamieren, so daß das Härtungsmaterial in die Außenfläche der Kupplung eingeschlossen bleibt.The hardening process currently used is to use a hardening agent such as tungsten carbide in to apply small particles of irregular shape or in spherical shape by melting onto the headband in question. As a result of the melting process, the carrier material with which the tungsten is mixed with the molten steel Amalgamate the coupling surface so that the hardening material remains enclosed in the outer surface of the coupling.

Dieses bekannte Verfahren hat jedoch ernste Nachteile insofern, als trotz der Tatsache, daß die Härtungselemente eine sehr geringe Größe haben, die in dieser Weise erhaltene Oberfläche zwar tatsächlich eine größere Härte hat, jedoch starke Reibwirkung zeigt und die Auskleidung eines gebohrten Brunnens beschädigt, gegen die sie wirkt.However, this known method has serious disadvantages in that, despite the fact that the hardening elements are a have a very small size, the surface obtained in this way actually has a greater hardness, however exhibits severe rubbing action and damages the lining of a drilled well against which it acts.

Da nur ein sehr kleiner Teil der gebohrten Brunnen keine Auskleidung hat, und somit die meisten Brunnen tatsächlich ausgekleidet sind und einer Beschädigung durch die gehärtete Kupplung ausgesetzt sind, ergibt sich, daß dieserSince only a very small part of the wells drilled have no lining, and thus most wells actually are lined and are exposed to damage by the hardened coupling, it follows that this

zuletzt genannte Nachteil von noch größerer Bedeutung als der vorher angegebene Nachteil ist, da der zuerst genannte Nachteil der übermäßige Verschleiß der Stangen ist, die nach sehr kurzer Lebensdauer nicht mehr benutzt werden können, ohne den Brunnen zu beschädigen, während andererseits die Kupplungen nun in ausreichendem Maße geschützt sind, so daß sich eine relativ lange Lebensdauer der Bohrstangen ergibt, die Brunnenauskleidungen jedoch irreparabel beschädigt werden. Da diese Auskleidungen dauerhafte Bauteile des Brunnens sind, kann eine Beschädigung oder ein Verschleiß irgendeiner Art nicht hingenommen werden.The last-mentioned disadvantage is even more important than the previously mentioned disadvantage, since the first-mentioned one The disadvantage is the excessive wear of the rods, which can no longer be used after a very short service life, without damaging the well, while on the other hand the couplings are now sufficiently protected so that This results in a relatively long service life for the drill rods, but irreparably damages the well linings will. Since these linings are permanent components of the well, they can be damaged or worn of any kind not be accepted.

Durch die Erfindung sollen die oben beschriebenen Mängel beseitigt werden und soll ein Verfahren zur Oberflächenhärtung des Stirnbandes einer Kupplung mit Innengewinde für Bohrstangen geschaffen werden, das keine Reibrauhigkeit erzeugt und daher die Auskleidung eines gebohrten Brunnens nicht beschädigt. Das wird im wesentlichen dadurch erzielt, daß eine kohärente Strahlung von einem COp-Generator, d.h. eine Laserstrahlung, verwandt wird, um einen Energiestrom über das zu härtende Band der Kupplung zu erzeugen, derart, daß dieses nicht auf die Schmelztemperatur erwärmt wird, sondern nur eine dünne Oberflächenschicht mit einer Stärke in der Größenordnung von 1mm des Bandes auf die Austenitisierungstemperatur erwärmt wird. Aufgrund der begrenzten Wärmemenge, die für diesen Zweck benötigt wird, wird diesbezüglich diese Wärme durch Wärmeleitung auf die darunterliegenden kälteren Schichten so schnell übertragen, daß die in dieser Weise behandelte Oberflächenschicht des Bandes von der Austenitstruktur auf die Martensitstruktur übergeht und daher sehr hart wird (gehärteter Stahl). Der Vorteil einer derartigen Härtung ergibt sich unmittelbar im Hinblick auf das erhaltene Ergebnis, die Praktikabi 1itat der Durchführung und im Hinblick auf die Kosten. Diesbezüglich wird eine außerordentliche Härte genau an den speziell benötigten Stellen erzielt, daThe aim of the invention is to eliminate the above-described deficiencies is and is to be a method for surface hardening of the headband of a coupling with an internal thread for boring bars that does not produce roughness and therefore does not damage the lining of a drilled well. This is essentially achieved by the fact that a coherent radiation from a COp generator, i.e. a laser radiation, is used to generate an energy flow over the belt to be hardened of the coupling, so that this is not heated to the melting temperature, but only a thin surface layer with a thickness in the order of magnitude from 1mm of the strip to the austenitizing temperature is heated. Due to the limited amount of heat that is required for this purpose, this is related to this Heat transferred by conduction to the colder layers below so quickly that the treated in this way The surface layer of the belt passes from the austenite structure to the martensite structure and therefore very much hardens (hardened steel). The advantage of such a hardening arises directly with regard to what is obtained Result, the internship, the implementation and in terms of at the expense. In this regard it will be an extraordinary one Hardness achieved precisely in the specially required places, there

der Laserstrahl aus einer elektromagnetischen Strahlung besteht, die leicht steuerbar und nach den optischen Gesetzen lenkbar ist. Andererseits besteht keine Notwendigkeit teure Härtungsmaterialien, wie beispielsweise Wolframcarbid,oder komplizierte Anlagen zu verwenden, die zum Schleifen, Schmelzen und Aufbringen der Materialien notwendig wären, da die Behandlung nun über eine einfache Drehbewegung zwischen der Kupplung und dem gebündelten Lichtstrahl bewirkt wird, da mit dem Laserstrahl nicht im Vakuum gearbeitet wird und der Laserstrahl keine Verbrennungsprodukte oder Gase erzeugt, wie es der Fall ist, wenn Wolframcarbid aufgebracht wird.The laser beam consists of an electromagnetic radiation that is easily controllable and according to the optical laws is steerable. On the other hand, there is no need for expensive hardening materials such as tungsten carbide or to use complicated systems that would be necessary for grinding, melting and applying the materials, there the treatment is now effected via a simple rotary movement between the coupling and the bundled light beam, because the laser beam is not used in a vacuum and the laser beam does not have any combustion products or gases generated, as is the case when tungsten carbide is applied will.

Es hat sich gleichfalls herausgestellt, daß die Behandlung am wirkungsvollsten ist, wenn das Stirnband des Stangenkupplungsteils mit Innengewinde, das der Oberflächenhärtung zu unterwerfen ist, durch Bürsten oder Sandstrahlen vor der Behandlung gereinigt wird, um die Absorption der Laserstrahl energie zu erleichtern, und gleichfalls induktiv vorgeheizt wird, um die Bildung von Rissen, von denen Brüche ausgehen können, im Übergangsbereich zwischen der behandelten Oberflächenschicht und dem Inneren der Kupplungsfläche zu vermeiden, die eine im wesentlichen unveränderte Struktur hat.It has also been found that the treatment is most effective when the headband of the rod coupling part with internal thread, which is to be subjected to surface hardening, by brushing or sandblasting before Treatment is cleaned to facilitate the absorption of the laser beam energy, and also inductively preheated is to prevent the formation of cracks, from which fractures can originate, in the transition area between the treated surface layer and to avoid the interior of the coupling surface, which has a substantially unchanged structure.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Oberflächenhärten eines Stirnbandes des Kupplungsteils mit Innengewinde von Stahlbohrstangen, welches Band zwischen dem Bereich mit Innengewinde der Kupplung und dem konischen Bereich liegt, das die Kupplung mit dem zylindrischen Stangenkörper verbindet, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Band durch Bürsten und/oder Sandstrahlen gereinigt wird, das Band induktiv vorgeheizt wird und schließlich eine dünne Oberflächenschicht des Bandes mit einer Stärke in der Größenordnung von 1 mm auf die Austenitisierungstemperatur über einen auftreffendenThe inventive method for surface hardening a Headband of the coupling part with internal thread of steel boring bars, which band lies between the area with the internal thread of the coupling and the conical area that the Coupling connects to the cylindrical rod body, is characterized in that the band by brushing and / or Sandblasting is cleaned, the belt is inductively preheated and finally a thin surface layer of the Tape with a thickness of the order of 1 mm to the austenitizing temperature over an impinging

Energiestrom erwärmt wird, der von der kohärenten Strahlung eines C0₂-Lasergenerators erzeugt wird.Energy flow is heated, which is generated by the coherent radiation of a C0 _{2 laser generator.}

Da weiterhin das in dieser Weise gehärtete Stirnband des Bohrstangenkupplungsteils mit Innengewinde nicht nur sehr hart sondern auch sehr brüchig ist, wird zur Verringerung der Gefahr einer Rißbildung und zur Erzielung einer größeren Beständigkeit der Kupplung gegenüber verschiedenen Betriebs- oder Arbeitsspannungen bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Härtung des Bandes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht über das gesamte Band, sondern über abwechselnde parallele Streifen ausgeführt, um die sehr niedrige Elastizität der gehärteten Bereiche oder Streifen durch die gleichbleibende Elastizität der nicht gehärteten Zwischenstreifen zu kompensieren.Since the headband of the hardened in this way continues Boring bar coupling part with an internal thread is not only very hard but also very brittle, is used to reduce the risk of cracking and to achieve greater resistance of the coupling to various operating or working voltages in a preferred embodiment according to the invention, the hardening of the tape by the method according to the invention not over the entire tape, but instead run over alternating parallel strips to reduce the very low elasticity of the hardened areas or Compensate strips by the constant elasticity of the non-hardened intermediate strips.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung eine besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben.In the following, a particularly preferred embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing described.

Die einzige Figure zeigt eine Teilschnittansicht einer Bohrstange gemäß des Ausführungsbeispiels der Erfindung.The only figure shows a partial sectional view of a boring bar according to the embodiment of the invention.

In der Zeichnung ist ein zylindrischer Stahlkörper 1 einer Bohrstange dargestelIt,dessen unteres Ende über einen konischen Bereich 2 mit einem Kupplungsteil 3 mit Außengewinde 4 verbunden ist und dessen oberes Ende über einen konischen Bereich 5 mit einem Kupplungsteil 6 mit Innengewinde 7 verbunden ist.In the drawing, a cylindrical steel body 1 is one Boring bar shown, the lower end of which has a conical area 2 with a coupling part 3 with an external thread 4 is connected and its upper end via a conical area 5 with a coupling part 6 with an internal thread 7 is connected.

Das Stirnband F des Kupplungsteils 6 mit Innengewinde, das zwischen dem Teil mit Innengewinde 7 und dem konischen Verbindungsteil 5 liegt, ist entlang abwechselnder paralleler Streifen 8i, von denen in der Zeichnung drei Streifen dargestellt sind, über einen Laserstrahl gehärtet, der dieThe headband F of the coupling part 6 with an internal thread, the lies between the part with internal thread 7 and the conical connecting part 5, is along alternate parallel Strips 8i, of which three strips are shown in the drawing, cured by a laser beam that the

Temperatur einer dünnen Schicht der Streifen 8i mit einer Stärke in der Größenordnung von 1 mm auf die Austenitisierungstemperatur anhebt.Temperature of a thin layer of strips 8i with a Thickness in the order of 1 mm increases to the austenitizing temperature.

Vor der Lasereinwirkung sind die Streifen durch Bürsten und/oder Sandstrahlen gereinigt und anschließend induktiv vorgeheizt, wobei die Laserbehandlung der Streifen mit einer Relativbewegung zwischen der Kupplung und dem Laserstrahl über geeignete Einrichtungen ausgeführt wird, die es erlauben, die Kupplung in geeigneter Weise zu drehen und entlang ihrer Achse zu verschieben, während der Laserstrahl ortsfest bleibt, oder die Kupplung ortsfest zu halten und den Laserstrahl entsprechende Bewegungen, d.h. geeignete Dreh- und Längsbewegungen seiner reflektierenden Flächen ausführen zu lassen.Before the laser action, the strips are cleaned by brushing and / or sandblasting and then inductively preheated, the laser treatment of the strips is carried out with a relative movement between the coupling and the laser beam via suitable devices that make it possible to rotate the coupling in a suitable manner and to move it along its axis while the laser beam remains stationary, or the coupling is stationary hold and allow the laser beam to perform appropriate movements, i.e. suitable rotary and longitudinal movements of its reflective surfaces.

Claims

Case 2081 3/40 / my SAIPEM S-p.A. - Italy Method of surface hardening a headband of a coupling part with an internal thread for steel boring bars. PATENT CLAIMS

1. Verfahren zum Oberflächenhärten eines Stirnbandes des Kupplungsteils mit Innengewinde von Stahlbohrstangen, wobei dieses Band zwischen dem Bereich mit Innengewinde der Kupplung und dem konischen Bereich liegt, der die Kupplung mit dem zylindrischen Stangenkörper verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnbandfläche durch Bürsten und/oder Sandstrahlen gereinigt wird, das Stirnband induktiv vorgeheizt wird und schließlich eine dünne Oberflächenschicht des Stirnbandes mit einer Stärke in der Größenordnung von 1 mm über einen auftreffenden Energiestrom auf die Austenitisierungstemperatur gebracht wird, der von einer kohärenten Strahlung eines COp-Lasergenerators erzeugt wird.1. Method for surface hardening a headband des Coupling part with internal thread of steel boring bars, this tape between the area with internal thread the coupling and the conical area that connects the coupling to the cylindrical rod body, characterized in that the headband surface is cleaned by brushing and / or sandblasting, the headband is inductively preheated and finally a thin surface layer of the headband with a thickness of the order of 1 mm is brought to the austenitizing temperature by an incident energy flow, which is controlled by a coherent radiation generated by a COp laser generator will.

Stahlbohrstange mit einem zylindrischen Körper, der an seinen Enden jeweils mit einem Kupplungsteil mit Außengewinde und einem Kupplungsteil mit entsprechendem Innengewinde versehen ist, wobei die Kupplungsteile mit dem Körper über konische Verbindungsbereiche verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,Steel boring bar with a cylindrical body attached to its ends are each provided with a coupling part with an external thread and a coupling part with a corresponding internal thread, the coupling parts with the Bodies are connected via conical connecting areas, characterized in that

daß das Stirnband des Kupplungsteils mit Innengewinde zwischen dem Bereich mit Innengewinde und dem konischen Verbindungsbereich abwechselnde parallele Streifen umfaßt, die nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 gehärtet sind.that the headband of the coupling part with internal thread between the area with internal thread and the conical Joining area comprises alternating parallel strips cured by the method of claim 1 are.