SE506178C2 - Friktionssvetsad produkt för bergborrning samt förfarande för tillverkning av produkten - Google Patents

Description

506 178 Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anordna en fri ktionssvetsad bergborrprodukt som har en höghàllfast svets.

Ytterligare ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en effektiv metod för att tillverka bergborrprodukter medelst friktionssvetsning utan att försvaga produkten.

Ytterligare ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en effektiv metod för att tillverka bergborrprodukter, såsom bergborrstänger och nackadaptrar, sammansatta av två eller flera stycken, vilka friktionssvetsats samman utan efterföljande uppkolning eller annan värmebehandling.

E I . . E.

Fig. 1A visar ett diagram över kärnhàrdhetsfördelning i längsled hos en konventionell friktionssvets mellan tvâ borrstàlsändar, visade i Fig. 1B före värmebehandling. Fig. 2A ett diagram över kämhàrdhetsfördelning i längsled hos den konventionella fri ktionssvetsen mellan två borrstàlsändar, visade i Fig. 2B efter värmebehandling. Fig. 3 visar en konventionell, uppstukad stång, i längssnitt, före friktionssvetsning. Fig. 4A visar ett diagram över kärnhárdhetsfördelning i längsled hos en friktionssvets mellan tvâ borrstálsändar enligt föreliggande uppfinning, visade i Fig. 4B utan värmebehandling. Fig. 5 visar ett diagram över kärnhàrdhetsfördelning hos en friktionssvets mellan tvà borrstálsändar enligt föreliggande uppfinning i jämförelse med den konventionella friktionssvetsen. Fig. 6 visar ett schematiskt Fe-C fasdiagram hos ett material som används i produkten enligt föreliggande uppfinning.

El. HI.. Enl, I E..

Borrverktyget, företrädesvis en borr eller en stång för slående borrning, vilken skall tillverkas, innefattar vanligen en stationär eller icke-roterbar komponent 25 och en roterbar komponent 22. Kornponenterna 22, 25 görs av stål och innan BNSDOCID: BNSDOClD 506 =š378 3 friktionssvetsningen startar är kärnmaterialet homogent och kallas som sådant utgàngsmaterial.

Funktionen hos utrustningen för friktionssvetsning, ej visad, förklaras hârefter. Ett chuckorgan öppnas och borrkronans skaft 22 insättes däri. Chuckorganet stängs för att gripa skaftet i ett linjerat läge. Sedan öppnas spännorgan och borrstàngëns 25 ände införs däri. Spännorganet stängs för att gripa stången i ett linjerat läge. 'Sedan börjar borrkronan att rotera och spännorganet för stångens fria ände mot och i kontakt med kronans fria ände. Värmen som uppstår under friktionssvetsning gör anslående ändar smidbara. Komponentemas relativa rotation stoppas och i komponenterna trycks samman ytterligare samt kyls, som i Fig. 48. Metoden för friktionssvetsning är mer detaljerat beskriven i SE-A-9502153-1 och inkofpâbreras härmed i föreliggande beskrivning.

Vid en konventionell friktionssvets uppstår mjuka zoner Z kring smältlinjeñ, såsom visas i Fig. 1A och 18. Smältlinjen kan definieras som bindningszonen mellan två komponenter. För att göra den värmepåverkade zonen (HAZ) lika hàllfašltïïïsorn själva stången, har vi funnit det möjligt att använda ett stål, vilket har en kemisk sammansättning så att hårdheten i den mest anlöpta delen av HAZ närañëtsen är så hög att hàrdheten, efter en kort värme- och tryck-tid under friktionssvetsningen, ej kommer att sjunka under stángens kärnhàrdhet med normal hårdhet?,'--tfïeit1t'-400 HV1 (HV1 är Vickers-hårdhet med 1 kgzs belastning) vid rumstemperatur (ifig. 4A).

Kämhàrdhetsprofilen visas med en prickad linje l och hårdheten ökar väsentligt från utgångsmaterialet i riktning mot smältlinjen. l jämförelse med ett konventionellt borrstàl skall ett lämpligt stål ha högre varrnhållfasthet och/eller ett sekundärt varmhàrdnande mellan 550-610 °C. Med ”högre varmhållfasthet" menas här att stålet som används i samband med? föreliggande uppfinning har en varmhållfasthet kring 200 HVO,5 (HVO,5 ärïVickers- hårdhet med 0,5 kgzs belastning), vid 600°C, att jämföras med ett konventionellt stål varvid varmhàllfastheten är kring 100 HVO,5 vid 600 °C. 50r5178C2' l 506 1Y8 Kämhårdheten hos den mjukaste delen av HAZ i borrstången enligt föreliggande uppfinning är högre än eller ungefär densamma som utgångsmaterialets hårdhet men ej lägre än 3% under utgángsmaterialets hårdhet. Den lägsta hàrdheten i ”mjukzonen” efter friktionssvetsning skall företrädesvis vara högre än eller kring 400 HV1 men ej lägre än 390 HV1, vid en kämhårdhet av 400 HV1 i utgångsmaterialet hos en stálstàng enligt föreliggande uppfinning. För en konventionell stålstång med en kärnhârdhet om 400 HV1 är lägsta hàrdheten i mjukzonen Z efter friktionssvetsning mycket lägre än 400 HV1 och vanligen runt 325 HV1.

Komponenten och stången skall ha en hårdhet i HAZ som är högre än eller kring 400 HV1 och ej under 390 HV1. Hållfastheten i HAZ är jämförbar med den i det ej värmepåverkade utgàngsmaterialet. Hårdheten, visad med en linje l i Fig. 5, i den konventionellt mjuka zonen är åtminstone på samma nivå som den normala kärnhårdheten, visad med prickad linje i Fig. 5, i en konventionell, normaliserad stâlstång, d v s den skall vara högre än 400 HV1. Stålet i den patentsökta produkten skall ha hög varmhållfasthet. Änddelen kan vara normaliserad eller uppkolad eller kan ha utsatts för någon annan högtemperaturbehandling.

Högtemperaturbehandling innebär här att stålet har upphettats ovan A1 temperatur, d v s den temperatur över vilken austenit (gamma-fas) kan bildas, t ex såsom visas av E i Fe-C-diagrammet i Fig. 6. Värmebehandlingen kan vara sätthärdning (uppkolning), karbonitrering, borering, högfrekvenshärdning, etc. Det kan också vara någon form av beläggning såsom lasersvetsning på ytan, pulversprutning (smältbeläggning), etc.

Huvudbeståndsdelarna, vanligen Cr, Mo och V, hålls på en nivå som ger HAZ hårdhet om minst 390 HV1.

Området för den kemiska sammansättningen hos en ståltyp i en stång enligt föreliggande uppfinning är, i vikt-°/°: 0.l5-0.40 C; max 1.5 Si; min 0.2 Mn; 0.5-1.5 BNSDOCID: BNSDCCID -LSE 5060378 Cr; 0.5-4 Ni; 0.5-2 Mo; max 0.5 V; max 0.5 W; max 0.5 Ti; max 0.1 Nb och 0.05 Al, varvid balansen utgörs av Fe. Ett exempel på ett sådant stål är 0.l8C; 0.9Si; i,2Cr; l.8Ni; 0.75Mo och 0.1V. Även små halter av andra ämnen som bildar karbider, nitrider eller nitreringskarbider, såsom Ta och Zr är möjliga att använda i stålet eftersom dessa ämnen såväl ger en sekundärhárdnande effekt som saktar ned komtillväxten. B är ett annat ämne som kan användas som kornförfinande tillsats tillsammansimed kväve.

Mer specifikt består metoden att tillverka en friktionssvetsad produkt för bergborming av stegen: anordna komponenter 22 and 25 av utgàngsmaterial, var och en med en hög varmhållfasthet, anordna spännorgan för att hålla den första komponenten 25, anordna rotationsorgan för att rotera den andra komponenten 22, sätt samman den första och den andra komponentens fria ändar och rotera den första och den andra komponenten relativt varandra för att bilda en svets 27 och kyl svetsen till rumstemperatur och håll den lägsta kärnhårdheten i den värmepàverkade zonen över 390 HV1. Det är emellertid underförstått att vilken som helst av de två komponentema 22 eller 25 kan vara stationär medan den intilliggande komponenten 25 eller 22 är roterbar under friktionssvetsning. De fria ändama hos den roterbara 22 och den icke roterbara 25 komponenten kan vara fogberedda eller fria från fogberedning och har ändytor vilka är i huvudsak vinkelräta mot en komponentemas rotationsaxel.

Således anvisar metoden enligt föreliggande uppfinning en svetsprocess varvid värmebehandling ej är nödvändig efter friktionssvetsning. Det är möjligt att applicera rostskydd i huvudsak direkt efter friktionssvetsning och kylning. Det är vidare ej nödvändigt att stuka upp produktens ände eftersom där ej uppstår mjuka zoner i närheten av smältlinjen. 52-151 IBC? 1-

Claims (5)

506 1708 10 15 20 25 30 Eatentkray

1. l. En friktionssvetsad produkt för bergborrning, innefattande en första komponent (25) och en andra komponent (22) av utgàngsmaterial sammanfogade i en friktionssvets (27), varvid svetsomrádet består av materia! från komponenten eller komponenterna, varvid komponenterna innefattar en central inre kanal (26), varvid friktionssvetsen har en smältlinje, k ä n n e t e c k n a d av att komponenterna är tillverkade av ett stål som har en kemisk sammansättning så att hàrdheten i den mest anlöpta delen av den värmepåverkade zonen nära smältlinjen är åtminstone samma som för komponentens kärnhàrdhet med normal hårdhet, efter kylning till rumstemperatur efter friktionssvetsningen och har därmed en lägsta kämhàrdhet i den värmepåverkade zonen som är högre än eller ungefär 400 HV1 och e] lägre än 390 HV1, varvid det använda stålet har en varmhårdhet kring 200 HVO,5 vid 600 °C och/eller ett sekundärt hàrdnande mellan 550-610 °C.

2. En friktionssvetsad produkt enligt krav 1, varvid den kemiska sammansättningen hos stàltypen som används i komponenterna i vikt-°/° ligger i intervallet: 0.15-0.40 C; max 1.5 Si; min 0.2 Mn; 0.5-1.5 Cr; 0.5-4 Ni; 0.5-2 Mo; max 0.5 V; max 0.5 W; max 0.5 Ti; max 0.1 Nb och 0.05 Al, varvid balansen utgörs av Fe, företrädesvis 0.18C; 0.9Si; i,2Cr; 1.8Ni; 0.75Mo och 0.1V, varvid balansen utgörs av Fe.

3. En friktionssvetsad produkt enligt krav i eller 2, varvid produkten är en bergborrstàng eller en nackadapter.

4. Metod för att tillverka en friktionssvetsad produkt för bergborrning, innefattande en första komponent (25) och en andra komponent (22) av utgàngsmaterial sammanfogade i en friktionssvets (27), varvid komponenterna innefattar en central inre kanal (26), varvid varje komponent innefattar en fri ände anordnad att svetsas mot en annan fri ände och därmed bilda en friktionssvets (27), varvid metoden består av följande steg: BNSDOCID: BNSÜCCID <5E 10 506 .0178 7 - anordna komponenter (22,25) av utgàngsrnaterial, var och en med en hög varmhàllfasthet, varvid det använda stålet har en varmhàrdhet kring 200 HVO,5 vid 600 °C och/eller ett sekundärt hàrdnande mellan 550-610 °C, - anordna spännorgan för att hålla den första komponenten (25), - anordna rotationsorgan för att rotera den andra komponenten (22), - sätt samman den första och den andra komponentens fria ändar och rotera den första och den andra komponenten relativt varandra för att bilda en svets och - kyl svetsen till rumstemperatur och häll den lägsta kärnhàrdheten i den värmepaverkade zonen över 390 HV1.

5. Metod enligt krav 4, varvid de fria ändarna hos den roterbara (22) och den icke roterbara (25) komponenten är sammanfogade, varvid nämnda ändar är fogberedda eller fria fràn fogberedning och har ändytor vilka är i huvudsak vinkelräta mot en komponenternas rotationsaxel. 5015 l 79172 i r»