使用摩擦焊接制造油管及外加厚油管短節制造技術

一種用于石油工業油井管柱中的油管及油管短節，其特征是：該油管和外加厚油管短節的制造方法都是使用摩擦焊焊接；油管的制造是先將鋼管加工成焊接接頭，再將焊接接頭與油管管體使用摩擦焊的焊接方法進行焊接。（*該技術在2011年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及的是一種直接用于制造石油工業油井管柱中的油管及油管短節，特別是使用摩擦焊制造石油工業油井管柱中的油管及外加厚油管短節。在工業油井管柱中的油管現場使用中，常有油管因斷裂而失效的問題發生，特別是 和 155級平式油管，失效的主要部位是油管螺紋基面處，失效形式為疲勞斷裂。從產品結構分析認為絲扣部分是在管體兩端直接加工而成，兩端螺紋錐度為1∶16，螺距為2.54mm的油管，雖然螺紋處的材料與管體材料相同，但承載面積變小，且表面加工后產生了螺紋溝槽，降低了承受抗拉載荷和疲勞載荷的能力。以 J55平式油管為例，其管體極限抗拉載荷為44.3噸，而絲扣極限抗拉載荷僅為29.4噸，使油管材料性能得不到充分利用。另外各種規格外加厚油管、整體接頭油管，需要使用平鍛機進行管體兩端墩粗，然后方能加工絲扣，其設備體積大、投資大、能耗較高，致使油管生產成本偏大，較大的生產成本使制造相應規格的外加厚油管短節異常困難，因為沒有加厚油管短節，在油井檢泵作業中，配管柱泵掛深度不夠精確。在國內，目前有關工業油井管柱中的油管制造的公知方法是以符合SY/T6194-1996《套管和油管》標準規定要求為依據，采用鍛軋無縫鋼管或使用電阻焊或電感應方法，無填充金屬焊接而成的具有一條縱焊縫的電焊管，選擇必要的熱處理后，在鋼管兩端加工出相應規格的平式油管螺紋制成平式油管或先將無縫鋼管或電焊管兩端墩粗后，再加工出相應規格的外加厚油管螺紋制成外加厚油管，再同相應的油管接箍聯接，進行表面防腐處理后得到油管成品，而外加厚油管短節則還沒有直接可獲得的產品。本技術專利技術的目的是提供一種使用摩擦焊焊接制造的油管及外加厚油管短節，在解決油田現場因油管絲扣失效發生斷裂造成管斷問題同時，解決使用平鍛機對平式油管管體墩粗后加工外加厚油管或整體接頭油管工藝的能耗大，生產效率低、成本高的問題，還可直接提供外加厚油管短節的產品。本技術是采用下面技術方案實現的油管及外加厚油管短節的制造是使用摩擦焊的焊接方法。焊制的油管分別是H40、J55、K55、N80鋼級平式油管、外加厚油管及外加厚油管短節。使用本技術解決H40、J55、K55、N80鋼級平式油管絲扣部分與管體比較在強度上相對薄弱的問題，使平式油管絲扣部分強度得到提高，達到與管體強度均衡，減少油田現場因油管絲扣失效發生斷裂造成管斷的現象。焊接制造平式油管時，首先優選平式焊接接頭材料及熱處理工藝，要求1、焊接接頭的抗拉強度及綜合機械性能優于管體，從而增強抗拉極限載荷及疲勞壽命，2、應保證焊接接頭與油管管體具有良好的焊接性能。根據這兩點要求，選擇合金調質鋼類符合要求的相應牌號的無縫鋼管作為焊接接頭的材料。焊接接頭的制作方法是先將選定牌號的無縫鋼管粗加工后單邊留1～2mm余量，800℃～900℃進行油淬，再經500℃～700℃回火，機加工至設計尺寸，該焊接接頭與管體在焊接前要保證兩個焊接摩擦端面粗糙度應不大于1.6um，清潔無油污、無銹蝕。對于油管規格在 ～ 的油管，焊接轉速為1000～1500rpm，摩擦時間選為16～30s之間，摩擦壓力為36～80×106N/m2，頂鍛壓力為80～200×106N/m2，頂鍛速度為14mm/s～20mm/s，頂鍛保持時間為14s～25s，工件焊縫表面溫度為1100℃～1380℃，將焊縫在800℃～890℃溫度范圍內進行水冷淬火，淬火后再進行中頻感應加熱至550℃～650℃進行高溫回火并保溫3～30min后室溫冷卻，這時焊縫將會獲得細小而均勻的回火索氏體組織，機械性能優良。焊接中產生的內外飛邊需使用車床或其它設備清除，外圓飛邊清除后的高度允許在0.10mm以內，表面粗糙度要求達到1.6um，內孔飛邊清除應平滑，表面粗糙度應不大于6.3um，最大深度不得超過0.20mm。對摩擦焊縫需要進行磁粉探傷檢驗。在該過程中，焊接工藝參數及焊縫熱處理工藝參數的選擇是確保焊接質量并保證焊縫具有良好綜合機械性能的關鍵。焊接制造外加厚油管或整體接頭油管時，首先根據油管規格設計外加厚焊接接頭或整體接頭油管焊接接頭，在外加厚焊接接頭或整體接頭油管焊接接頭的焊接端至少要設計一段10～15mm長度的外圓，它與所焊管體外圓和內孔尺寸一致。接頭材料仍為合金調質鋼類無縫鋼管，粗加工后調質處理，精加工至尺寸，按照前述平式油管的焊接工藝及熱處理工藝將油管與外加厚油管或整體接頭油管使用摩擦焊進行焊接。該方法解決了使用平鍛機對平式油管管體墩粗后加工外加厚油管或整體接頭油管工藝的能耗大，生產效率低、成本高的問題。焊接制造外加厚油管短節時，使用與制造外加厚焊接接頭及整體接頭同樣的焊接工藝及熱處理工藝，根據用戶需求可制造出不同長度的外加厚油管短節，使制造任意長度的外加厚短節更為經濟和方便。對于 ～ 油管，摩擦焊接過程一般不超過1分鐘，生產效率與在管體上加工油管螺紋相比，效率提高近一倍。摩擦焊接對中精度高，油管螺紋可以先在焊接接頭上加工完成，最后通過摩擦焊接焊到管體上，這樣加工油管螺紋就更為方便，便于規模化生產，也便于對螺紋進行檢驗。通過摩擦焊技術生產外加厚油管、整體接頭油管、外加厚油管短節與生產平式油管在工藝過程中兩者都不需要增加其他特殊相應設備，只在焊接接頭的設計加工制作上有所改變，焊接及配套工藝沒有變化。本技術還可以用于舊油管的修復，針對油田超期服役的舊油管進行改制，使用摩擦焊接先把舊油管管體帶有絲扣斷裂端去掉，將合金調質鋼焊接接頭焊到舊油管管體兩端，加工后的油管符合標準要求，可重新用于油井管柱中。本技術的技術效果由于摩擦焊接具有焊接質量好、穩定；適于焊接異種金屬；焊件尺寸精度高、焊后形位誤差不大；焊件尺寸精度高、焊后形位誤差不大；焊接生產率高，焊機功率小，省電能；加工費用低；設備容易機械化、自動化，操作技術簡單易學；工作場地衛生，環保性能好，沒有火花、弧光及有害氣體等方面的優點。因此將此技術用于油管及短節的制造，不僅克服了現場使用中油管螺紋基面處因疲勞斷裂而失效的問題，而且還較好的解決了使用平鍛機對平式油管管體墩粗后加工外加厚油管或整體接頭油管工藝的能耗大，生產效率低、成本高的問題，收到極好的技術效果。以下結合附圖及具體實施方式對本技術作進一步說明附圖說明圖1是本技術的技術工藝流程圖。圖2是本技術平式油管剖視圖。圖3是本技術平式接頭剖視圖。圖4是本技術外加厚油管剖視圖。圖5是本技術外加厚接頭剖視圖。圖6是本技術外加厚油管短節剖視圖。圖中1護絲 2平式接頭 3外加厚接頭 4焊縫 5油管管體6油管接箍實施例1 平式油管的制造根據圖1所描述的技術工藝流程，選用35CrMo無縫鋼管為焊接接頭的材料，將35CrMo無縫鋼管粗加工后單邊留1.5mm余量，850℃進行油淬，再經550℃回火，機加工成平式接頭2。在焊接前，平式接頭2與油管管體5兩個焊接摩擦端面粗糙度為1.6um，清潔無油污、無銹蝕。焊接轉速為1240rpm，摩擦時間選為16～20s之間，摩擦壓力為45×106N/m2，頂鍛壓力為120×106N/m2，頂鍛速度為20mm/s，頂鍛保持時間為20s，工件焊縫4表面溫度為1150℃～1250℃，將焊縫4在850℃～890℃溫度范圍內進行水冷淬火，淬火后再進本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙建軍，姚鳳岐，梁洪山，
申請(專利權)人：安達市慶升摩擦焊油管修復廠，
類型：實用新型
國別省市：