38 mm直径小规格钻杆的研制

杨宏伟，李艳丽，朱立强，闫路，张慧杰，王克虎

38 mm直径小规格钻杆的研制

杨宏伟，李艳丽，朱立强，闫路，张慧杰，王克虎

(石家庄探矿机械厂,石家庄 050000)

本文根据我厂生产38 mm直径小规格钻杆的实际过程，阐述了该钻杆制造方法以及应该注意的问题和难点，最后提出一些建议，希望大家能够从中获益。

钻杆；问题；研制

1 概述

我们公司是生产钻杆的专业厂家，生产各种规格的钻杆，包括符合API要求的各种常规的钻杆，地质上用的细牙螺纹钻杆，也生产反循环用的双壁钻杆。2016年8月，接到一小规格的钻杆任务，要求对38 mm直径钻杆进行镦粗，管体壁厚为6.35 mm，总长度为1324 mm。管体材质为30CrMo，经整体调质处理后进行校直，直线度要求1 mm/m。我们根据客户的需求对钻杆进行了设计，制定了合理的工艺流程，生产的产品符合客户的要求。

2 38 mm直径钻杆制造过程

2.1 问题的分析

钻杆制造首先需要分析以下几个问题：①现有设备的能力是否满足其要求；②钻杆镦粗所有的模具及冲头的加工；③镦粗后调质处理及力学性能检验；④调质后校直来满足直线度要求。通过分析，由于现有设备的镦粗能力能够满足∅50～127 mm钻杆的镦粗能力，所以设备的镦粗能力肯定没有问题。模具及冲头需要根据客户产品要求进行设计，其他两项不存在问题。

2.2 38 mm直径钻杆结构

钻杆结构如图1所示。钻杆的加厚形式分为外加厚型(EU)、内加厚型(IU)、内外加厚型(IEU)三种加厚形式。通过图1我们可以看出该钻杆的加厚形式为外加厚型(EU)。

图1 38 mm直径钻杆结构图

2.3 管端镦粗方法及注意问题

2.3.1 管端镦粗方法

由于管端加厚部位与管体非加厚部位长度相差非常悬殊，因此只对管材端部进行局部加热后镦粗成型。镦粗变形方式为端部轴向压缩，即径向加压压紧，轴向加压镦粗成型。

2.3.2 镦粗中应注意的问题

为了能够达到预期的镦粗效果，必须注意以下几个问题：

(1)镦粗前对管端的局部加热温度控制在合理范围内，一般控制在1100℃以上。如果温度过低，镦粗成型困难效果不理想；如果温度过高，将会造成管端过烧现象，其塑性和冲击韧性将会严重降低成为废品。

(2)镦粗模具必须严格根据钻杆的加厚尺寸进行设计，包括成型模具和冲头的设计。根据图纸要求我们采用一次镦粗成型的工艺，模具、冲头以及镦粗见图2。

图2 镦粗模具及冲头示意图

(3)准确地计算压缩量确保内外表面美观、尺寸符合要求。如果压缩量过大，镦粗过程就会出现胀模具现象出现外飞边，最后需要打磨方式去除，增加不必要的工作量；如果压缩量过小就会出现因送料不足导致内表面或外表面凹坑缺陷，需要二次复镦增加工费电费等成本。因此镦粗过程中需要计算并控制好送料量。

2.4 样品实例

钻杆样品见图3。

图3 钻杆样品图

通过严格控制生产过程的各个环节，镦粗成型后对该钻杆的外观和公称尺寸进行了检验，总体长度：1340～1350 mm，加厚端直径50 mm(通过机加工后保证48 mm)，内孔直径25 mm，加厚端长度和过渡区域外等均能符合要求，外观不存在凹坑、过烧等现象，顺利完成了400支钻杆的镦粗任务。

2.5 力学性能检验

力学性能是一项非常重要的指标。根据API Spec 5DP-2009标准的要求，对其进行屈服、抗拉、冲击功的检验以及硬度检验。镦粗成型后进行了整体调质处理，并取样做破坏性力学性能试验，试验结果达到以下数值：屈服强度 875 MPa，抗拉强度1020 MPa，冲击功82 J，伸长率13.5%，硬度检验HB290～320范围之内，试验结果符合设计的要求。

2.6 直线度检验

管体调质处理后，我们逐根对其直线度进行检验。根据API Spec 5DP-2009要求，从管体一端到管体另一端(加厚端除外)，采用直尺或拉紧金属线的方法进行测量，偏离直线或弦高不应超过管体长度的0.2%。由于该钻杆比较短，采用1 m直尺加塞尺的检验手段，管体在滚动过程中，1 m直尺贴靠在管体外径母线上(加厚端除外)，用塞尺对其间隙进行测量。测量数值偏离值范围≤1.3 mm/m，对于超差的管体进行校直以满足直线度要求。

3 生产过程中的难点

通过本次的生产任务，总结出以下几点值得注意：第一，管体整体长度比较短，总长1324 mm，在镦粗过程中，加热及向镦粗模具送料时相对困难；第二，管体直径比较细，调质过程容易使管体产生弯曲变形，部分管体必须经过校直才能满足要求，工作任务量大；第三，由于管体加厚端内径比较小，只有25 mm，这就要求冲头直径较小，在镦粗过程中容易引起冲头的断裂。

4 几点建议

钻杆端部的镦粗是一项艰巨的任务，为了能够确保镦粗后达到预定的要求，镦出高质量的钻杆在此提出一些建议供大家参考。

(1)镦粗前进行准确的分析和计算，设计符合要求的模具和冲头；

(2)制定出合理的镦粗工艺，编制工艺工程作业指导书；

(3)对镦粗人员做好技术交底工作或进行必要的培训，提高操作人员技术；

(4)镦粗过程中做好跟踪和检验，发现问题及时改正；

(5)调质过程中控制好直线度，减少校直工作量。

[1] 郭立珍, 王瑞年, 满旭波. 钻杆管端加厚工艺[J]. 西部探矿工程, 2011, 23(6):106-109.

2016-11-24

杨宏伟(1981-)，男，河北唐山人，石家庄探矿机械厂高级工程师，机械设计专业，主要从事钻井设备、地质钻具的研发工作，石家庄市鹿泉区昌盛大街69号，Tel：13933089572，E-mail：1216516102@qq.com。

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1009-282X(2017)01-0013-02