SE523940C2 - Borrelement för bergborrning och en metod för att tillverka borrelementet - Google Patents

Description

20 f. 25 _3125 30 - e - . .o 523 940 l l800SE 02-03-07 2 att lösa problemet med friktionsskador (pitting) i gängorna genom att belägga åtminstone de delar hos borrelementets gänga som samverkar med andra delar hos gängförbandet.

Ett sätt att eliminera korrosionsutmattning är att göra stängerna i rostfritt stål såsom i SE-A-0O00521-5. Det rostfria stålet är dock relativt mjukt och har därmed sämre slitstyrka än uppkolad stång, dvs det slits ut relativt snabbt.

Genom SE-C2-515 195 och SE-C2-5 15 294 anvisas gängförband för slående bergborrning. Genom att belägga gängbottnama hos den cylindriska utvändiga gängan med åtminstone ett skikt av ett material med annan elektrodpotential än det underliggande stålet erhålles en ökad livslängd för gängförbandet.

Syflen med uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att väsentligt förbättra motståndet mot korrosionsutmattning i ett borrelement för slående bergborrning.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att väsentligt förbättra motståndet mot korrosionsutmattning i sektioner med reducerad godstj ocklek i ett borrelement för slående bergbomiing.

Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är att väsentligt förbättra motståndet mot korrosionsutmattning i gängbottnar i ett gängat parti i ett borrelement för slående bergborrning.

Ytterligare ett syfte med föreliggande uppfinning är att anvisa en metod för att tillverka ett borrelement med förbättrat motstånd mot korrosionsutmattning för slående bergborrning.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Detta och andra syften har uppnåtts genom ett gängförband och ett borrelement vilka erhållit särdrag enligt de efterföljande oberoende patentkravens kärmetecknande delar med hänvisning till ritningarna.

Fig. 1A visar ett rör och Fig. lB visar en stång, båda i perspektivvy.

F ig. 2 visar en kuts för extrusion i perspektivvy.

Fig. 3 visar en extruderad stång i perspektivvy.

Fig. 4 visar ett axiellt tvärsnitt hos en del avverkad från stången i F ig. 3. 10 15 20 25 30 o o un: n n nn nu n n n n n. n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n nn. nnn nn n - n .a n en n n n n n nn n n u n n v n n n n n nn n.- .. nn .nn l l80OSE 02-03-07 3 F ig. 5A visar ett axiellt tvärsnitt av en handel enligt föreliggande uppfinning efter bearbetning av delen enligt Fig. 4.

Fig. SB visar en förstorad sektion av gängan i Fig. 5A.

F ig. 6 visar en borrstång enligt föreliggande uppfinning i axiellt tvärsnitt.

Fig. 7 visar ett axiellt tvärsnitt av en hondel enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Uppfinningen avser ett borrelement för bergborrning och en metod för att tillverka ett borrelement med en spolkanal för slående borrning med minst en slimning eller ett parti 40, 40' med relativt tunn godstjocklek, vilket delvis är utfört i homogent rostfritt stål för att väsentligt förbättra motståndet mot korrosionsutmattning. Dessutom är spolkanalen i ett fall utförd i samma rostfria stål varfor korrosionsutmattning hämti ej längre tillstöter under bergborrning.

Enligt uppfinningen föreligger ett borrelement för slående borrning, det vill säga en handel 19 (Fig. 5A) eller en hondel 26 (Fig. 7) försedd med en utvändig gänga 16 respektive en invändig gänga 16”. De visade gängoma är så kallade cylindriska trapetsgängor men andra gängforrner kan komma ifråga, till exempel koniska gängor eller repgängor eller en kombination av dessa.

Med hänvisning främst till Fig. 5A har borrelementet 19 en genomgående spolkanal 20, genom vilken ett spolmedium, vanligen luft eller vatten, leds. Gängan 16 innefattar gängbottnar 23 och gängtoppar 24, varvid gängflanker 21, 22 är anordnade däremellan.

Gängbottnama 23 och gängtopparna 24 är båda utförda i låglegerat stål.

Gängan 16 har ett djup D, vilket definieras som det vinkelräta avståndet mellan gängbottnen 23 och gängtoppen 24 och den låglegerade delen av gängan har en tjocklek T efier bearbetning. Djupet D ligger vanligen i intervallet 1-4 mm och stångens ytterdiameter är 20-70 mm. Förhållandet T/D är >l .O, företrädesvis l.l-4.0, helst 2.0-2.5. I en föredragen utföringsform används en trapetsgänga (T3 8) med djupet D = 2-2.5 mm och ett låglegerat stål med en tjocklek T av 2-8 mm, företrädesvis kring 4 mm. Med andra ord är det rostfria stålet skilt i radiell riktning från gängans botten eller slimningen 40 med ett avstånd A, vilket är >0 mm, företrädesvis <8 mm, helst 2 - 6 mm. 10 15 20 25 30 523 940 šïïf iii: “ ll800SE 02-10-17 4 Genom att gängbottnama 23 i båda utföringsformerna utförts i låglegerat stål kommer korrosionsutmattning att inträffa relativt snart i det låglegerade stålet. Emellertid när sprickor härrörande från korrosionsutmattningen når det rostfria underliggande stålet stoppas ytterligare sprickutbredning. Därmed erhåller handelen 19 stor beständighet mot korrosionsutmattning. Det rostfria stålet har en sammansättning som ger ett PRE-tal >10, företrädesvis 12-17. PRE står för Pitting Resistance Equivalent och beskriver en legerings beständighet mot punktkorrosion (gropfrätning). PRE definieras enligt formeln PRE =Cr+3.3(Mo+W)+l6N där Cr, Mo, W och N motsvarar halterna av elementen i viktprocent.

Det låglegerade stålet i ytterhöljet 18 har en hårdhet >500 Vickers, helst 650-800 Vickers varigenom uppnås god slitstyrka. Hårdheten kan uppnås genom att komponenten görs i seghärdningsstål, genom uppkolning av ytan eller genom induktionsythärdning. Det låglegerade stålet har företrädesvis en sammansättning av i vikt-% C 0.1-0.7 Si O.1-1 Mn 0.2-2 Cr <5 Ni <5 Mo <2 varvid resterande mängd utgörs av Fe.

Handelar eller borrelement enligt uppfinningen tillverkas på följ ande sätt. I F ig. 1A visas ett rör 11 och i Fig. IB visas en stång 12. Röret 11 och stången 12 passas med fina toleranser, till exempel med krymppassning, in i varandra till en kuts 13 såsom framgår ur Fig. 2 och fixeras med runtomlöpande svetsar 14 i kutsens ändar. Svetsarna 14 ger dessutom ett skydd mot oxidation i gränsytan mellan röret ll och stången 12 vid den efterföljande värmningen. Kutsen 13 extruderas i vannt tillstånd till en kompoundkomponent 15 med diameter som avpassas efter önskad dimension hos en gänga 16 för slående bergborrning (se Fig. 5A). Med ”kompoundkomponent” menas här ett extruderat rör eller en extruderad stång av minst två olika material.

Kompoundkomponenten utgörs i det visade utföringsexemplet av en stång 15 med en kärna 17 av rostfritt stål och ett ytterhölje 18 av lâglegerat stål. Ur denna stång svarvas en konventionell yttre gänga eller hangänga för slående bergborrning 16, så att både gängbottnar och gängtoppar samt slimningar 40 erhålls i det låglegerade ytterhölj et 18. Altemativt består kärnan 17” av låglegerat stål och ytterhöljet 18” av rostfritt stål (Fig. 7). Ur denna stång 10 15 20 *_ 25 30 u a oo- e q u n. . . - ~ »Q Q - I . - a a q a n u a a . a t- a s u a a a n .. n . .u- q.. n a s a - . . - . , u n - a; - a . - . ~ - n e - o n n.. -u .a l l8OOSE 02-03-07 5 svarvas en konventionell inre gänga eller hongänga 16” för slående bergborrning, så att både gängbottnar och gängtoppar samt slimningar 40 erhålls i den låglegerade käman 17”. Käman 17” innefattar en genomgående spolkanal 20”. Gängan 16, 16” bör i sin helhet bestå av ett homogent låglegerat stål för att minska risken för att gängan lossnar från den rostfria delen.

De bearbetade ändarna uppkolas för att ge hårdhet och slitstyrka på flankerna hos gängan 16, 16”. För att undvika uppkolning av det rostfria stålet skyddsmålas relevanta partier. De bearbetade ändarna friktionssvetsas sedan på en 6-kantstång eller på en rundstång av låglegerat eller helst av rostfritt stål (se Fig. 6) till en borrstång 25 som slutligen härdas och anlöps. Om svetsen och stången blir tillräckligt hållfast, kan alternativt den gängade änden svetsas direkt på en valsad stång. Då behövs alltså ingen härdning och anlöpning av borrstången.

En central spolkanal borras. Altemativt kan stången 12 ersättas av ett rör så att den färdiga extruderade kompoundkomponenten 15 utgörs av ett rör så att man slipper borra hålet.

I det senare fallet skall extrusionskutsen 13 ha ett hål för en dorn varför den stång som skall utgöra kärnan istället kan vara ett ämnesrör eller en solid stång som borrats.

Både handelen 19 och hondelen 26 innefattar slagöverforande ytor, det vill säga ändytan 19A respektive bottenytan 26A.

Extrusionskutsar 13 har vid prov tillverkats av rör ll av låglegerat stål, med sammansättning 1, ytterdiameter 77 mm och innerdiameter 53 mm och rostfri stång 12, med sammansättning 2 och diameter 53 mm. Kutsarna värmdes till 1l50°C och extruderades till en stång med ytterdiameter på 43 mm. Diametem för det rostfria stålet var 30 mm. Undersökning i ljusmikroskop visade att den metallurgiska bindningen mellan det låglegerade och det rostfria stålet var god. Ur de genom detta forfarande erhållna stängema tillverkades handelar 19 via konventionell maskinbearbetning. Gängan var av typ T38 med ytterdiameter 38 mm och hade djupet D 2.35 mm. Avståndet A var 3 mm och tjockleken T var 5.35 mm, varvid T/D blev cirka 2.3. Dessa handelar sätthårdades sedan, under vilken ändytoma av rostfritt stål i täcktes av skyddsfårg för undvikande av påverkan av den kolhaltiga gasatmosfáren.

Handelarna friktionssvetsades sedan mot respektive ändar hos en valsad stång 25, vilken innefattade en spolkanal. Därefter borrades en spolkanal i vardera handel och hela stången härdades från 1030°C.

Claims (10)

5 3 940 .. .. .... .. .. l ISOOSE 02-03-07 6 Uppfinningen avser i första hand drifterstänger, dvs stänger med handelar i båda ändar. Man kan dock tänka sig att även göra borrör eller MF -stänger medelst metoden enligt föreliggande uppfinning. De senare har både han- och hondel (MF=Male-Female). Hela gängan är således utförd i låglegerat stål varvid det rostfria stålet ej når i radiell riktning till gängans botten. Därmed utgör det rostfria stålet en broms för korrosionsutmattning när det låglegerade stålet genombrutits av korrosionsinducerade sprickor. 10 15 20 25 30 u ~ u. ~ u no u» o I» ~ ø u a a u - u u n n - I . - . u . Q n a n w ß ' n. n. - .i e . . . 1 v u a u u n t» q ~ Q - . - 0. u" u. .- l180OSE 02-10-17 7 Patentkrav

1. l. Ett element för slående bergborming där spolvatten användes, innefattande sektioner med reducerad godstjocklek, åtminstone en gänga (16;16'), varvid gängan (16;16”) innefattar gängflanker (21 ,22) och mellan flankerna anordnade gängbottnar (23) och gängtoppar (24), nämnda element (19,26) består av minst två olika material, k ä n n e t e c k n at av att elementet är utfört i en kompoundkomponent (15) och av att gängbottnarna (23) och gängtopparna (24) består av låglegerat stål och av att elementet innefattar en spolkanal (20;20”).

2. Elementet enligt krav 1, k ä n n e te c k n at av att ena materialet är skilt i radiell riktning från gängans botten med ett avstånd (A).

3. Elementet enligt krav 2, k ä n n e t e c k n at av att avståndet (A) är >O mm och <8

4. Elementet enligt krav 3, k ä n n e t e c k n at av att avståndet (A) är 2 - 6 mm.

5. Elementet enligt krav 2, k ä n n e t e c k n at av att det ena materialet (17;18”) har en sammansättning som ger ett PRE-tal >10, företrädesvis 12 - 17 och av att det låglegerade stålet (18;17°) har en hårdhet >50O Vickers, helst 650-800 Vickers.

6. Elementet enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t att det låglegerade stålet har sammansättningen i vikt-% C 0.1-0.7 Si 0.1-1 Mn O.2-2 Cr <5 Ni <5 Mo <2 varvid resterande mängd utgörs av Fe. 10 15 20 25 -523 940 ll8OOSE 02-10-17 8

7. Elementet enligt krav l, k ä n n e t e c k n at av att elementet (19;26) innefattar en kärna (1 7;l7°) och ett ytterhölje (18;1 8”), varvid någon av kärnan och ytterhöljet består av rostfritt stål medan den andra består av låglegerat stål.

8. Elementet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at av att elementet (19;26) är fast anslutet till en ände av en stång eller ett rör av låglegerat eller rostfritt stål och bildar en borrstång (25) och av att borrstången innefattar en genomgående spolkanal (20;20”).

9. Metod att tillverka ett borrelement för slående bergborrning, varvid elementet innefattande sektioner med reducerad godstj ocklek, åtminstone en gänga (1 6;16°), varvid gängan (16;16”) innefattar gängflanker (2l,22) och mellan flankerna anordnade gängbottnar (23) och gängtoppar (24), nämnda element (19;26) består av minst två olika material, k ä n n e t e c k n a d av att metoden innefattar följande steg: - anordna en käma (l 7;l7”) och ett ytterhölje (18;18”), varvid kärnan och ytterhöljet består av olika material, - passa in kärnan (17;l7”) i ytterhöljet (1 8;l 8') med noggrarm passning för att skapa en kuts (13), - svetsa i kutsens (13) ändar för att fixera kärnan relativt ytterhöljet, - extrudera kutsen (13) i varmt tillstånd till en kompoundkomponent (15) och - framta en gänga (l6;l6”) för slående bergborrning ur kompoundkomponenten (15) eller en del därav, så att gängbottnar (23) och gängtoppar (24) erhålls i låglegerat stål.

10. Metoden enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att metoden innefattar följande ytterligare steg: - friktionssvetsa kompoundkomponenten eller en del därav till en borrstång (25) av låglegerat eller rostfritt stål.