專利名稱：一種短流程柔性化鉆桿生產設備及其生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種短流程柔性化鉆桿生產設備及其生產工藝，具體是彌補現在鉆桿 線生產工藝的不足而發明的鉆桿生產工藝，滿足鉆桿線的生產，API產品認證和API體系認 證。可應用生產企業的新鉆桿加工，特別適合于高規格鋼級(E75、X95、G105、S135)的生產。
背景技術：
當前，隨著全球市場對石油需求量的增加，市場對鉆桿的質量和應用范圍不斷提 出新的要求，高品質、高附加值產品的生產也迅速增長。對鋼管加工設備的能力要求也越來 越高。在另一方面，API (American Petroleum Institute)標準每5年至少進行一次復審、 修改、重新確認或撤消。各鉆桿生產企業及其附屬加工廠為了取得API認證，保證大批量鉆 桿產品性能的穩定性，不斷對其加工工藝和設備進行改進，以期其產品獲得鉆桿市場的穩 定份額。現代系列鉆桿采用最普遍的鐓粗+摩擦焊鉆桿。現代系列鉆桿的接頭設計為內外 端面同時接觸(雙頂)的結構形式，不僅能保證可靠的密封，而且能承受更大的彎力和扭 力。鉆桿的桿體采用美國石油協會API標準管材制造并經過超聲波探傷檢驗，接頭采用優 質合金結構鋼通過高精度數控車床加工而成，接頭絲扣部分經過氣體滲氮處理，用計算機 控制每條摩擦焊焊縫的焊接質量，數字控制的中頻感應機組用于焊接后的熱處理。使得接 頭具有耐磨、強度高、韌性好的特點，桿體具有強度高、彈性好的特點。通過鐓粗工藝加厚桿 體的兩端，焊接處的壁厚是桿體壁厚的1. 5 1. 9倍，大大提高了焊縫處的強度，徹底解決 了單純摩擦焊鉆桿焊縫處易斷的問題。根據油田的使用經驗，鉆桿的失效主要體現在焊縫及內加厚過渡帶兩個部位。在 提高焊縫的安全性方面，目前國內外各大鉆桿生產廠主要是通過摩擦焊接方法及適當的焊 縫熱處理工藝來提高焊縫的安全系數。根據石油鉆桿摩擦焊接及焊縫處理技術發展現狀， 結合API標準對石油鉆桿焊縫力學性能的要求，并對照國內石油天然氣的行業標準，對石 油鉆桿進行了焊縫力學性能統計，分析石油鉆桿的焊縫質量。提高焊縫的安全系數，改進摩 擦焊接及焊縫熱處理工藝是當前石油鉆桿發展的新方向。目前對摩擦焊前的預處理一般采用手工打磨或簡易機床進行加工，焊接面的表面 質量可控性差，直接影響到后面摩擦焊的質量。焊縫熱處理的冷卻方式傳統為壓縮空氣冷 卻，一般采用單根手工處理，效率低、工藝節拍慢，而且熱處理的質量不穩定。在熱處理后的 內外焊縫處理傳統上采用手工磨，尺寸控制精度差，內外表面質量不穩定，而且在焊縫附近 存在鐵屑，對后續的檢驗存在質量隱患。壓力試驗和焊縫檢驗一般適用于舊版本的API標 準，隨著API標準的修改和市場要求的變化，設備在能力上不能滿足新的要求。
發明內容
本發明的目的在于提供一種短流程柔性化鉆桿生產設備，保證大批量鉆桿產品均 能保證穩定的性能。
為了實現這一目的，本發明的技術方案為一種短流程柔性化鉆桿生產設備，包括 上料臺架，其特征在于上料臺架通過輥式輸送鏈與管端加工機床連接，管端加工機床的后 端設有摩擦焊機床，摩擦焊機床的后端設有焊縫熱處理裝置，焊縫熱處理裝置通過輸送裝 置與焊縫精加工機床連接，焊縫精加工機床后端設有鐵屑抽吸裝置，鐵屑抽吸裝置后端設 有多種檢驗裝置。本發明的另一目的在于提供一種短流程柔性化鉆桿生產工藝，保證大批量鉆桿產 品均能保證穩定的性能。為了實現這一目的，本發明的技術方案為一種短流程柔性化鉆桿生產工藝，包括 以下步驟:A、鉆桿加厚端磨擦焊前預處理，對鋼管需焊接管接箍的一端進行預處理，提高磨 擦焊的焊接質量；B、焊縫處理，焊縫熱處理時采用強制快速水冷的冷卻方式，焊縫精加工采 用焊縫精車機床；C、在焊縫精車機床后增加鐵屑抽吸裝置對加工后的鐵屑進行清理；D、檢 驗，成品入框。本發明的新型短流程柔性化鉆桿生產工藝將管端加厚鐓粗、調質和校直工序作離 線處理，企業可根據自身的客觀條件進行外委或靈活配置。提高摩擦焊前的預處理水平和 精度，為保證摩擦焊的質量打下基礎；增加一次性焊縫熱處理的鋼管數量，提高生產節拍， 消除生產線的瓶頸；提高焊縫精車的精度，為壓力試驗和焊縫綜合檢驗提供有利的條件，同 時了提高了鋼管的外觀質量；綜合檢驗區提高設備配置，可實現超聲波、磁粉、硬度多種功 能，根據不同客戶要求實現靈活配置。本發明的核心是對焊縫的質量控制，主要對傳統的鉆 桿生產線工藝進行改善，以期適應新的API標準和市場變化的要求。
圖1為一種新型短流程柔性化鉆桿生產的設備前半部的布置2為該新型短流程柔性化鉆桿生產的設備后半部的布置圖具體實施方法下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明，圖1和圖2之間通過縱向運輸鏈7 連接。一種短流程柔性化鉆桿生產設備，包括上料臺架1，其特征在于上料臺架1通過輥 式輸送鏈2與管端加工機床3連接，管端加工機床3的后端設有摩擦焊機床4，摩擦焊機床 4的后端設有焊縫熱處理裝置5，焊縫熱處理裝置5通過輸送裝置與焊縫精加工機床連接8， 焊縫精加工機床8后端設有鐵屑抽吸裝置9，鐵屑抽吸裝置9后端設有多種檢驗裝置，多種 檢驗裝置的后端設有成品框18。其中輸送裝置包括輸送輔機6和與之配合設置的縱向運輸 鏈7。其中檢驗裝置包括依次設置的焊縫壓力彎曲試驗機10、磁粉探傷裝置11、超聲波探傷 裝置12、硬度檢驗裝置13、鋼管測長裝置14和鋼管稱重裝置15。檢驗裝置后端還設有鋼管 針刻印裝置16和管噴印裝置17。一種短流程柔性化鉆桿生產工藝，包括以下步驟:A、鉆桿加厚端磨擦焊前預處理， 對鋼管需焊接管接箍的一端進行預處理，提高磨擦焊的焊接質量；B、焊縫處理，焊縫熱處理 后進行精加工，其中焊縫熱處理時采用強制快速水冷的冷卻方式，焊縫精加工采用焊縫精 車機床；C、在焊縫精車機床后增加鐵屑抽吸裝置對加工后的鐵屑進行清理；D、檢驗，成品 印字后入框。
本發明的鉆桿①鉆桿規格范圍060. 3 177. 8 ram;②鉆桿鋼級E75、X95、G105、 S135 ；③生產能力滿足38根/小時；④焊縫部位處理長度200mm ；⑤鉆桿成口焊縫部位 表面粗糙度Ra < 3. 2。本發明的功效是(1)比較現有鉆桿生產工藝中摩擦焊前的加厚端面預處理，使用專用機床對管端 進行平端面和內外倒棱。其特征在于經預處理的鋼管加厚端可達到指標管端表面的垂直 度(相對于管軸)彡0. 5mm/m,倒棱范圍IOmm彡C彡2mm,表面粗糙度高于Ra彡6. 3。為 穩定的焊接提供有利的條件。(2)比較傳統鉆桿焊縫熱處理方式，冷卻方式改為強制快速水冷，并把冷卻水的壓 力提高到2. 5MPa，水溫為常溫，使用工業系統中的濁環水既可，同時在管體焊縫處的內部、 外部進行水冷，最高的冷卻速度可達到100°C /s，比傳統的壓縮空氣冷卻速度提高了 2倍。 與此同時增加熱處理工位的數量，改進輔助上料設備，可實現每次成組處理6根鋼管。通過 改善可提高生產節拍，消除生產線的瓶頸，整體提高加工能力。見圖1序號5處。通過熱處 理可得到高韌性、適合切削的硬度、高耐磨性的組織，更適應巖層鉆探及高壓泥漿流等惡劣 環境。(3)比較現有鉆桿生產中焊縫手工打磨，表面質量不穩定、外觀不漂亮，對后 序的壓力試驗和綜合檢驗的穩定造成影響。焊縫精加工采用焊縫精車機床，焊縫部位 可處理長度最長達200mm，內外孔的加工精度表面粗糙度高于Ra彡6. 3，外圓公差 Dv+0 ^ Dv ^ Dv-I,內孔公差dv+0彡dv彡dv_2。設備見圖1序號8處。(4)在焊縫精車機床后增加鐵屑抽吸裝置對加工后的鐵屑進行清理，為后序工藝 (壓力試驗，超探、磁探等)的自動運行提供了實物基礎。設備見圖1序號9處。鐵屑抽吸 裝置用于切屑和管子中的氧化鐵皮的抽除。該裝置輸送空氣量1560m3/小時；壓降(壓力 差):1800mm/水柱；負壓動力系統風壓_30KPa ；風量26· 6m3/min ；伸縮行程250mm ；噪音 (85dB。(5)增加綜合檢驗區域，將壓力試驗、焊縫打硬度、磁粉探傷、超聲波探傷等工序綜 合到一起。根據不同客戶對產品的要求實現靈活配置。用壓力試驗機進行壓力測試焊縫的 強度，根據不同的鋼級和壁厚，在焊縫處施加不同的壓力，檢驗焊縫處的材料屈服極限是否 達到要求。硬度計是對熱處理后的焊縫表面打硬度，若不能達到相應鋼級的要求，則視為不 合格品。磁粉探傷對焊縫進行橫向缺陷檢驗，其缺陷的深度應小于鋼管壁厚的5%，否則為 缺陷。超聲波對焊縫的縱向缺陷和分層缺陷進行檢驗，其缺陷小于1. 6mm直徑的小孔，否則 為缺陷。設備見圖中的焊縫壓力彎曲試驗機10、磁粉探傷裝置11、超聲波探傷裝置12、硬度 檢驗裝置13。(6)比較傳統生產線，年產根數可達到6萬根、管體直徑范圍在060. 3 177. 8mm, 來料長度在3 13米的范圍的鉆桿生產線，新型短流程柔性化鉆桿生產_線一次性投資可 以節省20%的投資。
權利要求
一種短流程柔性化鉆桿生產設備，包括上料臺架，其特征在于上料臺架通過輥式輸送鏈與管端加工機床連接，管端加工機床的后端設有摩擦焊機床，摩擦焊機床的后端設有焊縫熱處理裝置，焊縫熱處理裝置通過輸送裝置與焊縫精加工機床連接，焊縫精加工機床后端設有鐵屑抽吸裝置，鐵屑抽吸裝置后端設有多種檢驗裝置。
2.按權利要求1所述的短流程柔性化鉆桿生產設備，其特征在于檢驗裝置包括依次設 置的焊縫壓力彎曲試驗機、磁粉探傷裝置、超聲波探傷裝置、硬度檢驗裝置、鋼管測長裝置 和鋼管稱重裝置。
3.按權利要求1所述的短流程柔性化鉆桿生產設備，其特征在于檢驗裝置后端還設有 鋼管針刻印裝置和管體噴印裝置。
4.一種短流程柔性化鉆桿生產工藝，包括以下步驟A、鉆桿加厚端磨擦焊前預處理， 對鋼管需焊接管接箍的一端進行預處理，提高磨擦焊的焊接質量；B、焊縫處理，焊縫熱處理 后進行精加工，焊縫熱處理時采用強制快速水冷的冷卻方式，焊縫精加工采用焊縫精車機 床；C、在焊縫精車機床后增加鐵屑抽吸裝置對加工后的鐵屑進行清理；D、檢驗，成品入框。
5.按權利要求4所述的一種短流程柔性鉆桿生產工藝，其特征在于步驟A中，經預 處理的鋼管加厚端可達到指標管端表面的垂直度(相對于管軸)< 0. 5mm/m，倒棱范圍 IOmm彡C彡2mm，表面粗糙度高于Ra彡6. 3。
6.按權利要求4所述的一種短流程柔性鉆桿生產工藝，其特征在于步驟B中焊縫 部位可處理長度最長達200mm，內外孔的加工精度表面粗糙度高于Ra彡6. 3，外圓公差 Dv+0 ^ Dv ^ Dv-I，內孔公差dv+0 彡 dv 彡 dv_2。
全文摘要
本發明涉及一種短流程柔性化鉆桿生產設備，其特征在于上料臺架通過輥式輸送鏈與管端加工機床連接，管端加工機床的后端設有摩擦焊機床，摩擦焊機床的后端設有焊縫熱處理裝置，焊縫熱處理裝置通過輸送裝置與焊縫精加工機床連接，焊縫精加工機床后端設有鐵屑抽吸裝置，鐵屑抽吸裝置后端設有多種檢驗裝置。本發明將管端加厚鐓粗、調質和校直工序作離線處理，可根據自身的客觀條件進行外委或靈活配置。提高摩擦焊前的預處理水平和精度，為保證摩擦焊的質量打下基礎；增加一次焊縫退火的鋼管數量，提高生產節拍，消除生產線的瓶頸；提高焊縫精車的精度，為壓力試驗和焊縫綜合檢驗提供有利的條件，同時了提高了鋼管的外觀質量；綜合檢驗區提高設備配置。
文檔編號C21D9/00GK101988370SQ200910055758
公開日2011年3月23日 申請日期2009年7月31日 優先權日2009年7月31日
發明者何重誼, 李啟文, 王耀, 陳靜 申請人:上海西重所重型機械成套有限公司