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自 20 世紀(jì) 50 年代以來，摩擦焊以其、、低耗環(huán)保的突出優(yōu)點(diǎn)受到工業(yè)強(qiáng)國的重視。經(jīng)過半 個(gè)多世紀(jì)的研究發(fā)展，摩擦焊技術(shù)逐漸成熟并進(jìn)入推廣應(yīng)用階段，以其、、低耗環(huán)保的突出優(yōu) 點(diǎn)在石油裝備制造中得到了大量的應(yīng)用，其中石油 鉆桿的焊接應(yīng)用zui多。

 

在 1960 年以前，石油鉆桿是管體與接頭機(jī)械烘 裝和螺紋連接而成，至 1970 年初，加壓氣焊及閃光 對焊相繼用于舊鉆桿修復(fù)和新鉆桿的生產(chǎn)。但這些焊接工藝方法存在生產(chǎn)效率低或接頭性能相對較弱等缺點(diǎn)，如生產(chǎn)效率相對較高的閃光對焊，其接頭容易出現(xiàn)鑄造組織，易出現(xiàn)接頭內(nèi)部組織過熱及 過燒、微裂紋以及夾渣、封閉不良等未焊透缺陷，這些缺陷都不能滿足快速發(fā)展的石油勘探開發(fā)對高質(zhì)量石油鉆桿在性能及其可靠性的要求。

 

隨著摩擦焊技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)出了大噸位的摩擦焊機(jī)。石油鉆桿生產(chǎn)企業(yè)發(fā)現(xiàn)了摩擦焊工藝的 優(yōu)勢及其在石油鉆桿制造行業(yè)中應(yīng)用的前 景 ，紛 紛開始將該技術(shù)引入到石油鉆桿的生產(chǎn)制造中。摩擦焊具有加熱時(shí)間短、焊接熱影響區(qū)狹小、焊接加 壓頂鍛能擠出焊縫中的有害夾雜物微粒的顯著特 點(diǎn) ，能 夠使石油鉆桿焊接質(zhì)量大大提高 ，避免了 閃光焊等焊接方法易產(chǎn)生的各種焊接缺陷[7－9]。目 前，各國的石油鉆桿生產(chǎn)廠商都普遍采用了摩擦焊工藝。

 

摩擦焊技術(shù)解決了許多的技術(shù)障礙，例如：許多整體部件可以采用摩擦焊接變?yōu)楹附硬考辉S多 用螺紋、法蘭等機(jī)械連接的復(fù)雜部件可以改用一體化的摩擦焊接部件；通常只能用單一材料生產(chǎn)的構(gòu) 件不能滿足其不同部位不同性能的要求，采用摩擦 焊接異種材料以實(shí)現(xiàn)同一構(gòu)件不同部位不同性能 的要求。由此可見，摩擦焊改變了諸多產(chǎn)品的設(shè)計(jì) 和工藝，促進(jìn)了石油裝備生產(chǎn)的技術(shù)變革。

摩擦焊在石油鉆桿制造中的應(yīng)用

摩擦焊焊接石油鉆桿主要有兩種方式，一種是接頭和管體同材質(zhì)，采用相同或不同的熱處理工藝； 另一種是接頭與管體異種材質(zhì)，異質(zhì)摩擦焊接鉆桿 的接頭采用低合金鋼，而管體則采用普通碳素鋼，或 者接頭采用高強(qiáng)度合金鋼，而管體采用低合金鋼。由 于受力較大的螺絲接頭部位采用比管體好的材料，而接頭的質(zhì)量僅占整根石油鉆桿質(zhì)量的 4．5％，大大 節(jié)省了材料，降低了石油鉆桿的制造成本。

目前國外用于石油鉆桿焊接的摩擦焊機(jī)主要 有連續(xù)驅(qū)動和慣性兩種形式，這兩種類型的焊機(jī)基 本實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，焊機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控。為強(qiáng)化焊接過程質(zhì)量保證，除了時(shí) 間控制、變形量控制、能量控制外，還發(fā)展了一些特 殊過程控制技術(shù)，如摩擦扭矩和溫度監(jiān)控技術(shù)等。為 了便于焊接生產(chǎn)過程的自動化，國外還研究了一系 列相關(guān)技術(shù)及外圍設(shè)備，如不同類型的去飛邊裝置或上下料裝置、無損檢驗(yàn)技術(shù)等。

專門用于石油鉆桿焊接的連續(xù)驅(qū)動摩擦焊機(jī) zui大頂鍛力可以達(dá) 3 500 kN，焊機(jī)可配備計(jì)算機(jī)控 制系統(tǒng)，可儲存不同規(guī)格石油鉆桿的全套摩擦焊接 工藝參數(shù)，焊接的石油鉆桿經(jīng)焊后熱處理機(jī)械性能指標(biāo)*符合美國 API(American Petroleum Institute， 美國石油學(xué)會)標(biāo)準(zhǔn)。同樣用于石油鉆桿焊接的慣性 摩擦焊機(jī)的zui大頂鍛力可達(dá) 2 660 kN，zui大可焊接 尺寸為 6 5／8″的 S135 鋼級水平的石油鉆桿。與連 續(xù)驅(qū)動摩擦焊機(jī)相比，慣性摩擦焊機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是控制參數(shù)少(只控制轉(zhuǎn)動慣量和壓力)，焊接熱影響區(qū) 狹窄。與連續(xù)驅(qū)動摩擦焊機(jī)一樣，慣性摩擦焊機(jī)同樣 可以配備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并可儲存不同規(guī)格石油 鉆桿的全套摩擦焊接工藝參數(shù)、保存和打印工藝參 數(shù)，同時(shí)可配備內(nèi)焊縫沖切裝置，焊接的石油鉆桿經(jīng)焊后熱處理機(jī)械性能指標(biāo)也*符合美國 API標(biāo)準(zhǔn)。