專利名稱：一種短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)設(shè)備及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)設(shè)備及其生產(chǎn)工藝，具體是彌補(bǔ)現(xiàn)在鉆桿 線生產(chǎn)工藝的不足而發(fā)明的鉆桿生產(chǎn)工藝，滿足鉆桿線的生產(chǎn)，API產(chǎn)品認(rèn)證和API體系認(rèn) 證?？蓱?yīng)用生產(chǎn)企業(yè)的新鉆桿加工，特別適合于高規(guī)格鋼級(E75、X95、G105、S135)的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，隨著全球市場對石油需求量的增加，市場對鉆桿的質(zhì)量和應(yīng)用范圍不斷提 出新的要求，高品質(zhì)、高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)也迅速增長。對鋼管加工設(shè)備的能力要求也越來 越高。在另一方面，API (American Petroleum Institute)標(biāo)準(zhǔn)每5年至少進(jìn)行一次復(fù)審、 修改、重新確認(rèn)或撤消。各鉆桿生產(chǎn)企業(yè)及其附屬加工廠為了取得API認(rèn)證，保證大批量鉆 桿產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性，不斷對其加工工藝和設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，以期其產(chǎn)品獲得鉆桿市場的穩(wěn) 定份額?，F(xiàn)代系列鉆桿采用最普遍的鐓粗+摩擦焊鉆桿?，F(xiàn)代系列鉆桿的接頭設(shè)計(jì)為內(nèi)外 端面同時(shí)接觸(雙頂)的結(jié)構(gòu)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(xié)會API標(biāo)準(zhǔn)管材制造并經(jīng)過超聲波探傷檢驗(yàn)，接頭采用優(yōu) 質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼通過高精度數(shù)控車床加工而成，接頭絲扣部分經(jīng)過氣體滲氮處理，用計(jì)算機(jī) 控制每條摩擦焊焊縫的焊接質(zhì)量，數(shù)字控制的中頻感應(yīng)機(jī)組用于焊接后的熱處理。使得接 頭具有耐磨、強(qiáng)度高、韌性好的特點(diǎn)，桿體具有強(qiáng)度高、彈性好的特點(diǎn)。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(qiáng)度，徹底解決 了單純摩擦焊鉆桿焊縫處易斷的問題。根據(jù)油田的使用經(jīng)驗(yàn)，鉆桿的失效主要體現(xiàn)在焊縫及內(nèi)加厚過渡帶兩個(gè)部位。在 提高焊縫的安全性方面，目前國內(nèi)外各大鉆桿生產(chǎn)廠主要是通過摩擦焊接方法及適當(dāng)?shù)暮?縫熱處理工藝來提高焊縫的安全系數(shù)。根據(jù)石油鉆桿摩擦焊接及焊縫處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀， 結(jié)合API標(biāo)準(zhǔn)對石油鉆桿焊縫力學(xué)性能的要求，并對照國內(nèi)石油天然氣的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對石 油鉆桿進(jìn)行了焊縫力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)，分析石油鉆桿的焊縫質(zhì)量。提高焊縫的安全系數(shù)，改進(jìn)摩 擦焊接及焊縫熱處理工藝是當(dāng)前石油鉆桿發(fā)展的新方向。目前對摩擦焊前的預(yù)處理一般采用手工打磨或簡易機(jī)床進(jìn)行加工，焊接面的表面 質(zhì)量可控性差，直接影響到后面摩擦焊的質(zhì)量。焊縫熱處理的冷卻方式傳統(tǒng)為壓縮空氣冷 卻，一般采用單根手工處理，效率低、工藝節(jié)拍慢，而且熱處理的質(zhì)量不穩(wěn)定。在熱處理后的 內(nèi)外焊縫處理傳統(tǒng)上采用手工磨，尺寸控制精度差，內(nèi)外表面質(zhì)量不穩(wěn)定，而且在焊縫附近 存在鐵屑，對后續(xù)的檢驗(yàn)存在質(zhì)量隱患。壓力試驗(yàn)和焊縫檢驗(yàn)一般適用于舊版本的API標(biāo) 準(zhǔn)，隨著API標(biāo)準(zhǔn)的修改和市場要求的變化，設(shè)備在能力上不能滿足新的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)設(shè)備，保證大批量鉆桿產(chǎn)品均 能保證穩(wěn)定的性能。
為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)設(shè)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(jī)床連接，管端加工機(jī)床的后 端設(shè)有摩擦焊機(jī)床，摩擦焊機(jī)床的后端設(shè)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(jī)床連接，焊縫精加工機(jī)床后端設(shè)有鐵屑抽吸裝置，鐵屑抽吸裝置后端設(shè) 有多種檢驗(yàn)裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)工藝，保證大批量鉆桿產(chǎn) 品均能保證穩(wěn)定的性能。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)工藝，包括 以下步驟:A、鉆桿加厚端磨擦焊前預(yù)處理，對鋼管需焊接管接箍的一端進(jìn)行預(yù)處理，提高磨 擦焊的焊接質(zhì)量；B、焊縫處理，焊縫熱處理時(shí)采用強(qiáng)制快速水冷的冷卻方式，焊縫精加工采 用焊縫精車機(jī)床；C、在焊縫精車機(jī)床后增加鐵屑抽吸裝置對加工后的鐵屑進(jìn)行清理；D、檢 驗(yàn)，成品入框。本發(fā)明的新型短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)工藝將管端加厚鐓粗、調(diào)質(zhì)和校直工序作離 線處理，企業(yè)可根據(jù)自身的客觀條件進(jìn)行外委或靈活配置。提高摩擦焊前的預(yù)處理水平和 精度，為保證摩擦焊的質(zhì)量打下基礎(chǔ)；增加一次性焊縫熱處理的鋼管數(shù)量，提高生產(chǎn)節(jié)拍， 消除生產(chǎn)線的瓶頸；提高焊縫精車的精度，為壓力試驗(yàn)和焊縫綜合檢驗(yàn)提供有利的條件，同 時(shí)了提高了鋼管的外觀質(zhì)量；綜合檢驗(yàn)區(qū)提高設(shè)備配置，可實(shí)現(xiàn)超聲波、磁粉、硬度多種功 能，根據(jù)不同客戶要求實(shí)現(xiàn)靈活配置。本發(fā)明的核心是對焊縫的質(zhì)量控制，主要對傳統(tǒng)的鉆 桿生產(chǎn)線工藝進(jìn)行改善，以期適應(yīng)新的API標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)的設(shè)備前半部的布置2為該新型短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)的設(shè)備后半部的布置圖具體實(shí)施方法下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明，圖1和圖2之間通過縱向運(yùn)輸鏈7 連接。一種短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)設(shè)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(jī)床3連接，管端加工機(jī)床3的后端設(shè)有摩擦焊機(jī)床4，摩擦焊機(jī)床 4的后端設(shè)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(jī)床連接8， 焊縫精加工機(jī)床8后端設(shè)有鐵屑抽吸裝置9，鐵屑抽吸裝置9后端設(shè)有多種檢驗(yàn)裝置，多種 檢驗(yàn)裝置的后端設(shè)有成品框18。其中輸送裝置包括輸送輔機(jī)6和與之配合設(shè)置的縱向運(yùn)輸 鏈7。其中檢驗(yàn)裝置包括依次設(shè)置的焊縫壓力彎曲試驗(yàn)機(jī)10、磁粉探傷裝置11、超聲波探傷 裝置12、硬度檢驗(yàn)裝置13、鋼管測長裝置14和鋼管稱重裝置15。檢驗(yàn)裝置后端還設(shè)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(chǎn)工藝，包括以下步驟:A、鉆桿加厚端磨擦焊前預(yù)處理， 對鋼管需焊接管接箍的一端進(jìn)行預(yù)處理，提高磨擦焊的焊接質(zhì)量；B、焊縫處理，焊縫熱處理 后進(jìn)行精加工，其中焊縫熱處理時(shí)采用強(qiáng)制快速水冷的冷卻方式，焊縫精加工采用焊縫精 車機(jī)床；C、在焊縫精車機(jī)床后增加鐵屑抽吸裝置對加工后的鐵屑進(jìn)行清理；D、檢驗(yàn)，成品 印字后入框。
本發(fā)明的鉆桿①鉆桿規(guī)格范圍060. 3 177. 8 ram;②鉆桿鋼級E75、X95、G105、 S135 ；③生產(chǎn)能力滿足38根/小時(shí)；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(fā)明的功效是(1)比較現(xiàn)有鉆桿生產(chǎn)工藝中摩擦焊前的加厚端面預(yù)處理，使用專用機(jī)床對管端 進(jìn)行平端面和內(nèi)外倒棱。其特征在于經(jīng)預(yù)處理的鋼管加厚端可達(dá)到指標(biāo)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(wěn)定的焊接提供有利的條件。(2)比較傳統(tǒng)鉆桿焊縫熱處理方式，冷卻方式改為強(qiáng)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(yè)系統(tǒng)中的濁環(huán)水既可，同時(shí)在管體焊縫處的內(nèi)部、 外部進(jìn)行水冷，最高的冷卻速度可達(dá)到100°C /s，比傳統(tǒng)的壓縮空氣冷卻速度提高了 2倍。 與此同時(shí)增加熱處理工位的數(shù)量，改進(jìn)輔助上料設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)每次成組處理6根鋼管。通過 改善可提高生產(chǎn)節(jié)拍，消除生產(chǎn)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(yīng)巖層鉆探及高壓泥漿流等惡劣 環(huán)境。(3)比較現(xiàn)有鉆桿生產(chǎn)中焊縫手工打磨，表面質(zhì)量不穩(wěn)定、外觀不漂亮，對后 序的壓力試驗(yàn)和綜合檢驗(yàn)的穩(wěn)定造成影響。焊縫精加工采用焊縫精車機(jī)床，焊縫部位 可處理長度最長達(dá)200mm，內(nèi)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(nèi)孔公差dv+0彡dv彡dv_2。設(shè)備見圖1序號8處。(4)在焊縫精車機(jī)床后增加鐵屑抽吸裝置對加工后的鐵屑進(jìn)行清理，為后序工藝 (壓力試驗(yàn)，超探、磁探等)的自動(dòng)運(yùn)行提供了實(shí)物基礎(chǔ)。設(shè)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(shí)；壓降(壓力 差):1800mm/水柱；負(fù)壓動(dòng)力系統(tǒng)風(fēng)壓_30KPa ；風(fēng)量26· 6m3/min ；伸縮行程250mm ；噪音 (85dB。(5)增加綜合檢驗(yàn)區(qū)域，將壓力試驗(yàn)、焊縫打硬度、磁粉探傷、超聲波探傷等工序綜 合到一起。根據(jù)不同客戶對產(chǎn)品的要求實(shí)現(xiàn)靈活配置。用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行壓力測試焊縫的 強(qiáng)度，根據(jù)不同的鋼級和壁厚，在焊縫處施加不同的壓力，檢驗(yàn)焊縫處的材料屈服極限是否 達(dá)到要求。硬度計(jì)是對熱處理后的焊縫表面打硬度，若不能達(dá)到相應(yīng)鋼級的要求，則視為不 合格品。磁粉探傷對焊縫進(jìn)行橫向缺陷檢驗(yàn)，其缺陷的深度應(yīng)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(jìn)行檢驗(yàn)，其缺陷小于1. 6mm直徑的小孔，否則 為缺陷。設(shè)備見圖中的焊縫壓力彎曲試驗(yàn)機(jī)10、磁粉探傷裝置11、超聲波探傷裝置12、硬度 檢驗(yàn)裝置13。(6)比較傳統(tǒng)生產(chǎn)線，年產(chǎn)根數(shù)可達(dá)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(chǎn)線，新型短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)_線一次性投資可 以節(jié)省20%的投資。
權(quán)利要求
一種短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)設(shè)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(jī)床連接，管端加工機(jī)床的后端設(shè)有摩擦焊機(jī)床，摩擦焊機(jī)床的后端設(shè)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(jī)床連接，焊縫精加工機(jī)床后端設(shè)有鐵屑抽吸裝置，鐵屑抽吸裝置后端設(shè)有多種檢驗(yàn)裝置。
2.按權(quán)利要求1所述的短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于檢驗(yàn)裝置包括依次設(shè) 置的焊縫壓力彎曲試驗(yàn)機(jī)、磁粉探傷裝置、超聲波探傷裝置、硬度檢驗(yàn)裝置、鋼管測長裝置 和鋼管稱重裝置。
3.按權(quán)利要求1所述的短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于檢驗(yàn)裝置后端還設(shè)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(chǎn)工藝，包括以下步驟A、鉆桿加厚端磨擦焊前預(yù)處理， 對鋼管需焊接管接箍的一端進(jìn)行預(yù)處理，提高磨擦焊的焊接質(zhì)量；B、焊縫處理，焊縫熱處理 后進(jìn)行精加工，焊縫熱處理時(shí)采用強(qiáng)制快速水冷的冷卻方式，焊縫精加工采用焊縫精車機(jī) 床；C、在焊縫精車機(jī)床后增加鐵屑抽吸裝置對加工后的鐵屑進(jìn)行清理；D、檢驗(yàn)，成品入框。
5.按權(quán)利要求4所述的一種短流程柔性鉆桿生產(chǎn)工藝，其特征在于步驟A中，經(jīng)預(yù) 處理的鋼管加厚端可達(dá)到指標(biāo)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(quán)利要求4所述的一種短流程柔性鉆桿生產(chǎn)工藝，其特征在于步驟B中焊縫 部位可處理長度最長達(dá)200mm，內(nèi)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(nèi)孔公差dv+0 彡 dv 彡 dv_2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種短流程柔性化鉆桿生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于上料臺架通過輥式輸送鏈與管端加工機(jī)床連接，管端加工機(jī)床的后端設(shè)有摩擦焊機(jī)床，摩擦焊機(jī)床的后端設(shè)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(jī)床連接，焊縫精加工機(jī)床后端設(shè)有鐵屑抽吸裝置，鐵屑抽吸裝置后端設(shè)有多種檢驗(yàn)裝置。本發(fā)明將管端加厚鐓粗、調(diào)質(zhì)和校直工序作離線處理，可根據(jù)自身的客觀條件進(jìn)行外委或靈活配置。提高摩擦焊前的預(yù)處理水平和精度，為保證摩擦焊的質(zhì)量打下基礎(chǔ)；增加一次焊縫退火的鋼管數(shù)量，提高生產(chǎn)節(jié)拍，消除生產(chǎn)線的瓶頸；提高焊縫精車的精度，為壓力試驗(yàn)和焊縫綜合檢驗(yàn)提供有利的條件，同時(shí)了提高了鋼管的外觀質(zhì)量；綜合檢驗(yàn)區(qū)提高設(shè)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(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者何重誼, 李啟文, 王耀, 陳靜 申請人:上海西重所重型機(jī)械成套有限公司