石油钻杆焊缝热处理与摩擦焊接分析

杨秋生

中石化华东石油工程有限公司六普钻井分公司 江苏泰州 225300

一、石油钻杆焊缝热处理与摩擦焊接今朝怎样发展

石油钻杆工具相接的源头与管体之间的焊牢对接，最适应现在潮流的是惯性摩擦的焊接方法，这种方法非常实用可靠，它有着独特的地方，有着吸引人的优点。

惯性摩擦焊接法的好处囊括：

1.可以极快地完成焊接，焊接之后，对某些区域的热影响也非常的小，这样就导致晶粒成长速度很慢，晶粒不容易产生；

2.连续驱动摩擦焊接也是比较新型的焊接方法，但是与惯性摩擦焊接相比，速度就远远不如，比惯性摩擦焊接法慢了至少一半的时间；

3.用惯性摩擦焊接就很难产生灰色的斑点，倘若用闪光的方法，灰色的斑点显而易见；

4.惯性摩擦焊接不仅在质量上可以得到保证，在节能上也有很大的功劳，这种方法是很少用到刹车的，因此可以节约很大的能量。

惯性摩擦焊接的这些显著的优点，使得焊接技术更加成熟，增强了钻杆的安全性。针对它的长处钻研成长，使得焊缝的技艺越来越值得信赖。

二、API标准中提到的对钻杆焊缝的基本准则

1.对于焊缝，一定要对其进行奥氏体化处理，与此同时回火的温度不可以太低，最低也只能593OC。

2.保证进行奥氏体化处理还不够，还一定要实行百分之一百的磁粉检验加上超声波的检验，这样才能确保焊接的质量。

3.焊接钻杆的工作法则也很严格，必须依照批次来工作。然后在每一个批次里抽样一根来检测。

4.进行拉出伸展的测试，焊接区域的截取面的强度应该比钻杆管体的截取面的强度大很多。

5.焊缝的常温（21OC）冲击要领：①每个接头拿出几个冲击样本；②几个样本的冲击平均值比16.3J大；③几个样本的冲击数值最小要大于13.6J。

6.整个焊缝热处理的热影响区范围内，其任何1点的硬度值不能大于 37HRC(约 347HV/341HB)。

三、钻杆摩擦焊接技艺的剖析

1.工具接头和管端在焊接之前的处理办法

（1）工具接触的头部对焊前的处理

①使用平面砂轮磨砂需要焊接的接头表面，②一定要压印工具接头攻螺纹的根部，写清进行焊接的年月日、钢的级别和生产厂家的姓名。

（2）管端预先打理的办法

①为了符合配焊的大小，对于钻杆的前端，要向镗内打孔；②车削有一端是要增加厚度的，那一端的外部面貌，要尽量靠近工具接头焊接的地方外径的大小；③一直维持焊接之处的清洁。

2.摩擦焊接的基本步骤

（1）把需要焊接的部件放在凑近焊接环的处所；

（2）除了焊接环还有填充环，填充环是为了与焊接的零件触碰，从而让焊接环转动起来；

（3）压力在轴向上升起来，温度也愈来愈热，等到了锻造所需的温度后才终止压力；

（4）焊接环转动到一定程度就会停止，这时候要使出最后的锻造力量。

3.焊接进程中的有关节制的输入、输出参数

输入参数包括：焊接开始时的运转速度(输入)，主轴飞轮的匹配重量(输入)，顶端锻的压力(输入)。

输出参数包含：焊牢接口被减短的数量(输出)。

4.对摩擦焊接参数进行计算的方法

（1）顶锻压力的计算方法：

公式法：顶锻压力=焊接断面承受的压力*（管端外径2-管端内径2）/[2*（油缸活塞直径2-油缸活塞杆直径2）]（单位：毫米）。

（2）配重的计算

焊机的配重=3.14*焊接端面单位面积上所必须的能量*（管端外径2-管端内径2）/2*3600*主轴开始转动的速度2）-主轴转动惯量

注：焊机配重（kg·mc）；主轴转动惯量（kg·m2）；焊接端面单位面积上所需要的能量（J/mm2）；管端外径（mm）；管端内径（mm）；主轴起始转速（转/分）。

（3）肯定主轴起初转动的速度

对于一些新的产品，它们先前并没有生产过，那就要先对它们进行焊接参数的计算与确定。依据不同的厂家对钻杆生产的不同要求，以及各自摩擦焊机的不同优点与缺点，选择适合自己的转速。

四、石油钻杆焊接缝隙的热处理

1.如何选择接头材料

通过热处理之后，还可以承受得起力学性能的磨练；充分符合存在危害元素的限定需求；全面照顾到各种应力腐蚀的环境要求；切割、削起来比较方便，加工便捷；十分经济有效。

选择接头材料的时候应当优先选择符合以上要求的，这样的接口材料才是适合焊接的，在焊接的过程中才不会出现差错，更加增加了钻杆焊接的安全性。

2.钻杆焊缝的淬火

焊缝淬火的方法有两种，一种是运用水冷法，另一种是运用高压空气冷却法。至于如何选择这两种方法，关键是对钻杆材料的运用。如果钻杆的材料自身是水淬类型的，那么就应该使用水冷却法的方法对焊缝静置冷却，倘若是油淬这一类型的，那就要选择第二种高压空气冷却法。

3.向钻杆焊缝进行高温回火

钻杆焊缝的高温回火是在焊缝淬火之后的重要一环，是无法省略的。如此重要的原因是淬火之后，焊缝的硬度非常高，不进行高温回火就达不到预想的效果。在实行高温回火的进程中，要注意如下一些重要问题：

（1）回火的温度不能设定的很死，要依据不同种类的钻杆特质进行调节。

（2）为了使回火的温度能得到很好的控制，要对温度进行专业的测量，测量的工具可以采用红外测温仪，这是比较专业可靠的。

（3）宽度是回火时需要保证的量，宽度足够是为了能使奥氏体化的区域全方位的覆盖，防止高温回火的失败。

[1]APISPEC 7.1997版：9-14.

[2]张玉英，王永宏，巴鲁军.钻杆摩擦焊接及热处理工艺分析[J].石油矿场机械，2005，（01）：26-27.

[3]毛信孚，傅莉，尚高锋，冯红超.S135钻杆摩擦焊接头热处理后的组织和性能[J].金属热处理，2004，（06）：230-232.