技术领域
[0001] 本
发明涉及一种钻杆成型工艺，属于油田钻井设备加工技术领域，尤其是一种V150钢级钻杆压接成型工艺。
背景技术
[0002] 石油钻杆是油田钻井的主要工具，结构中包括钻杆管体和钻杆管体两端的钻杆接头。在油气的开采和提炼过程中，要求钻杆管体必须能够承受巨大的内外压、扭曲、弯曲和振动。
[0003] 随着石油行业的不断发展，越来越多的深井、超深井被开发，这对钻杆就提出了越来越高的要求。由于石油钻杆尺寸细长，且为中空结构，通过
锻造成型和提高
精度困难较多。钻杆毛坯的传统生产方式为采用高性能材料通过
机械加工的方法成型，在通
过热处理来保证产品的最终性能要求，该方法的优点是工序少，生产线投资少，但存在着材料浪费严重，产品
质量不容易控制等
缺陷。随着
能源和材料的短缺，直接采用机械加工的方式难以满足当前节材降耗的行业需求。目前，钻杆主要采用胎膜锻和
挤压成形，相对于机械加工，此成形方法虽然在产品的机械性能上有了较大的提高，但生产工艺落后，效率低。
[0004] 另外，经检索，
申请号为200610098616.2的
专利公开了一种是有钻杆结构
挤压成形工艺方法，其生产工序包括加热、镦粗、复合挤压和冲连皮，其中加热
温度1100℃-1210℃，在挤压时限制了压
力机的行程。该工艺方法为一次
挤压成型，工艺步骤太少，对产品质量及加工精度很难控制。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种V150钢级钻杆压接成型工艺，该工艺通过三次摩擦成型及精确的压力和时间控制，使其
焊接部位质量好、结合强度高，工艺简便，设备使用寿命长，生产效率高，从而增强了钻杆
对焊部位的工艺性能。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：V150钢级钻杆压接成型工艺，钻杆包括接头和管体，其特征在于该工艺包括一次摩擦阶段、二次摩擦阶段和顶锻阶段，按如下步骤和工艺参数进行操作：
[0007] ①一次摩擦阶段：把接头和管体置于压接机上，管体固定，接头固定于压接机卡爪，启动压接机，使接头和管体开始
接触，然后调整压接机的轴向压力和转速，持续一段时间T1，监测摩擦面的温度升高到1200℃～1300℃，完成一次摩擦阶段；
[0008] ②二次摩擦阶段：经过一次摩擦阶段后，再次施加轴向压力，使管体和接头的金属接触面完全接触，接触面之间的温度稳定在1300℃，并保持一段时间T2，观察接触面开始形成摩擦对焊毛刺，则完成二次摩擦阶段；
[0009] ③顶锻阶段：经过二次摩擦阶段后，继续增大轴向压力，
主轴在
电机反向
制动作用下停转，保持轴向压力一段时间T3，观察管体和接头的焊接响应区毛刺迅速扩大，同时接触面的杂质被完全挤出，则完成顶端阶段，整个钻杆压接成型工艺结束。
[0010] 对上述工艺做进一步说明，所述压接机为三次成型的摩擦压接装置，压接机主轴转速为650转/分。
[0011] 对上述工艺做进一步说明，所述一次摩擦阶段中，从接头和管体接触开始到轴向压力达到60KN～160KN值为止，并持续时间T1为10～15秒。在这一阶段，平滑纯净的金属面开始接触，摩擦面的温度可以升高到1200℃～1300℃左右，金属面之间的作用力由金属粘连作用逐步过度到分子作用力。
[0012] 对上述工艺做进一步说明，所述二次摩擦阶段中，压接机的轴向压力达到130KN～460KN值为止，并持续时间T2为40～50秒。经过一次摩擦作用，纯净的金属接触面完全接触，分子间作用力增强为主要的
扭矩力，温度稳定在1300℃左右，受热
变形的金属层在轴向力的作用下，开始形成摩擦对焊毛刺。
[0013] 对上述工艺做进一步说明，所述顶锻阶段中，从接头和管体接触开始到轴向压力达到350KN～1200KN值为止，并持续时间T3为10～15秒。由于高温变形和轴向挤压，焊接热响应区毛刺迅速扩大，同时接触面的杂质被完全挤出，从而保证良好稳定的焊接质量。
[0014] 本发明中的压接机可选用英国汤普森公司的M250摩擦压接机。
[0015] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：经本发明的压接工艺处理后的V150钢级钻杆有利于对焊区建立完整的摩擦塑性变形层及热导高温区，有利于产生显著的摩擦变形量和
飞边，从而充分将对焊面内的杂质带出；三段焊接相对两段焊接更加平缓，接头温度分布宽，冷却速度慢，接头不易淬硬；有效避免了摩擦扭矩的峰值对设备的冲击；经过现场测定，工作噪音由原来的87分贝减少到70分贝，且本发明的压接操作步骤、工艺参数合理。
具体实施方式
[0016] 下面通过具体实施方式对发明作进一步详细的说明。
[0017] 本发明要解决的技术问题是提供一种可靠的、便于操作的V150钢级钻杆压接成型工艺。钻杆包括接头和管体，该工艺包括一次摩擦阶段、二次摩擦阶段和顶锻阶段，在该工艺中采用英国汤普森公司的M250摩擦压接机，压接机主轴转速为650转/分。
[0019] 本发明中用于V150钢级钻杆压接成型工艺的钻杆以2-7/8″规格为例。
[0020] 本发明的V150钢级钻杆压接成型工艺包括如下步骤：
[0021] 一次摩擦阶段
[0022] 从接头和管体接触开始到摩擦压力达到60KN为止；在这一阶段，平滑纯净的金属面开始接触，摩擦面的温度可以升高到1200℃～1300℃左右，金属面之间的作用力由金属粘连作用逐步过度到分子作用力；
[0023] 二次摩擦阶段
[0024] 摩擦压力增加到130KN，经过一次摩擦作用，纯净的金属接触面完全接触，分子间作用力增强为主要的扭矩力，温度稳定在1300℃左右，受热变形的金属层在轴向力的作用下，开始形成摩擦对焊毛刺；
[0025] ③顶锻阶段
[0026] 钻杆所受到的轴向力上升至350KN，主轴在电机反向制动作用下停转。由于高温变形和轴向挤压，焊接热响应区毛刺迅速扩大，同时接触面的杂质被完全挤出，从而保证良好稳定的焊接质量。
[0027] 实施例2
[0028] 本发明中用于V150钢级钻杆压接成型工艺的钻杆以4″规格为例。
[0029] 本发明的V150钢级钻杆压接成型工艺包括如下步骤：
[0030] 一次摩擦阶段
[0031] 从接头和管体接触开始到摩擦压力达到87KN为止；在这一阶段，平滑纯净的金属面开始接触，摩擦面的温度可以升高到1200℃～1300℃左右，金属面之间的作用力由金属粘连作用逐步过度到分子作用力；
[0032] 二次摩擦阶段
[0033] 摩擦压力增加到249KN，经过一次摩擦作用，纯净的金属接触面完全接触，分子间作用力增强为主要的扭矩力，温度稳定在1300℃左右，受热变形的金属层在轴向力的作用下，开始形成摩擦对焊毛刺；
[0034] ③顶锻阶段
[0035] 钻杆所受到的轴向力上升至664KN，主轴在电机反向制动作用下停转。由于高温变形和轴向挤压，焊接热响应区毛刺迅速扩大，同时接触面的杂质被完全挤出，从而保证良好稳定的焊接质量。
[0036] 实施例3
[0037] 本发明中用于V150钢级钻杆压接成型工艺的钻杆以6-5/8″规格为例。
[0038] 本发明的V150钢级钻杆压接成型工艺包括如下步骤：
[0039] 一次摩擦阶段
[0040] 从接头和管体接触开始到摩擦压力达到160KN为止；在这一阶段，平滑纯净的金属面开始接触，摩擦面的温度可以升高到1200℃～1300℃左右，金属面之间的作用力由金属粘连作用逐步过度到分子作用力；
[0041] 二次摩擦阶段
[0042] 摩擦压力增加到460KN，经过一次摩擦作用，纯净的金属接触面完全接触，分子间作用力增强为主要的扭矩力，温度稳定在1300℃左右，受热变形的金属层在轴向力的作用下，开始形成摩擦对焊毛刺；
[0043] ③顶锻阶段
[0044] 钻杆所受到的轴向力上升至1200KN，主轴在电机反向制动作用下停转。由于高温变形和轴向挤压，焊接热响应区毛刺迅速扩大，同时接触面的杂质被完全挤出，从而保证良好稳定的焊接质量。
[0045] 经本发明的V150钢级钻杆压接成型工艺处理后的V150钢级钻杆有利于对焊区建立完整的摩擦塑性变形层及热导高温区，有利于产生显著的摩擦变形量和飞边，从而充分将对焊面内的杂质带出；二次缓冲代替一次缓冲，三段焊接相对两段焊接更加平缓，接头温度分布宽，冷却速度慢，接头不易淬硬；有效避免了摩擦扭矩的峰值对设备的冲击；经过现场测定，由于所采用压接机结构合理，与传统二次压接成型的压接机相比，工作噪音由原来的87分贝减少到70分贝，且本发明的压接操作步骤、工艺参数合理。本发明通过更精确的
