潜孔钻杆工艺优化及其发展探讨

吴志勇，徐景程，何雨华，李文武

（1．浙江美安普矿山机械股份有限公司，浙江衢州324000；2．浙江长征职业技术学院，浙江杭州310023）

1 前言

近几年由于国内基建规模如铁路、公路、机场及市政道路、电力设施等方面不断扩大，还有大量的矿山开采、冶金、建材、土石方开挖等行业都离不开潜孔钻车的爆破钻孔作业，与其配套的钻杆使用量日益增长。钻杆作为一种施工作业中的易耗品，其质量越来越受到用户的重视，因为钻杆消耗直接影响钻孔的生产效率和每米孔深的综合成本。浙江衢州地区是国内潜孔钻车主要制造基地，随着钻杆制造企业的增加，钻杆产品市场竞争日益激烈，如何在市场上取得竞争优势，倒逼企业提升产品质量和控制成本。

2 钻杆定义及规格

一根钻杆由上端一个外螺纹接头和下端一个内螺纹接头，与中间钢管通过摩擦焊对接而成为一体，结构见图1。由于钻杆的种类很多，按钻机的用途不同，可分为潜孔钻杆、顶锤式钻杆、旋挖钻杆、石油钻杆等等。这里把配套潜孔钻车完成爆破钻孔作业的钻杆，称为潜孔钻杆（以下简称钻杆）。钻杆按外径尺寸分类，常用规格尺寸D：φ60、φ76、φ89、φ102、φ114、φ127 等，习惯上用英制尺寸表示：2 吋、3 吋、吋、4 吋、吋、5 吋等，有效长度L：1 m、2 m、3 m、4 m、5 m、6 m等，钢管单边壁厚t：5～8 mm 左右。

图1 钻杆结构示意图

3 钻杆失效形式及原因分析

根据国内的市场调查，每年至少发生各种非正常提前失效的钻杆质量事件几万起，直接经济损失伍千万元以上，约占钻杆总消耗的15%左右。钻杆失效形式主要有钻杆接头螺纹失效和钻杆本体失效两大类。钻杆螺纹失效主要有接头螺纹开裂、螺纹丝扣粘结、螺纹过度磨损等；钻杆本体失效主要有本体局部磨损严重、过载断裂、疲劳断裂及弯曲变形等，如表1所示。如何优化钻杆工艺，提高钻杆使用寿命，对提升爆破钻孔企业的经济效益具有重要意义。

表1 钻杆失效形式及原因分析

钻杆失效除人的操作因素外，还有毛坯材料，加工及焊接工艺等因素，通过工艺优化可有效延长钻杆使用寿命，提高钻孔效率。

4 工艺优化方案对比

经过广大钻杆生产从业人员不断的开拓创新，通过反复的工艺试验并吸纳用户使用反馈，从实践中总结出表2所示的工艺优化方案，现已得到推广。

表2 工艺优化方案对比

通过工艺优化后钻杆整体性能提高，明显延长了使用寿命，为用户节约了采购成本，用户满意度大大提升。

5 工艺优化应注意的事项

（1）钻杆接头模锻件毛坯中心孔要保持对正，提高锻件毛坯通孔的精度。

（2）钢管两端镦粗加厚过渡段的处理：镦厚部分与非镦厚部分应有足够长的过渡段（下图2所示），壁厚应均匀光滑过渡，无折皱。杆体经镦厚后最好进行整体调质处理，以去除过渡段内应力，提高综合机械性能。

图2 钢管一端镦厚结构示意图

（3）接头螺纹处表面氮化层厚度一般在0.2～0.3 mm 左右，厚度过大容易产生脆性裂纹，厚度过小则螺纹丝扣抗粘扣效果差。

6 螺纹加工精度及焊接精度

（1）螺纹加工精度：接头螺纹应在数控车床上用成形螺纹车刀加工，应尽量降低其表面粗糙度，以减小应力集中，统一用标准螺纹环规和塞规检验，螺纹加工尺寸符合GB/T 22512.2-2008《石油天然气工业旋转钻井设备第2 部分：旋转台肩式螺纹连接的加工与测量》 国家标准，确保钻杆螺纹连接紧密度适中，丝扣配合良好，并能保证其互换性。

（2）提高摩擦焊对接工装的精度，确保钻杆台肩连接面与钻杆中心线的垂直度要求。