本发明专利技术涉及一种石油钻具锥螺纹及台肩面激光热处理装置，属于石油钻具及输油专用管加工技术领域。由架体⑴、伺服电机⑵、长键⑶、传动轴⑷、短键⑸、固定架⑹、导向架⑺、激光头⑻、移动架⑼、固定螺套⑽、销轴A⑾、销轴B⑿、支架⒀、螺栓⒁、螺钉A⒂、螺钉B⒃、螺钉C⒄、螺钉D⒅组成；伺服电机带动轴向固位于架体立板的传动轴同步转动，与传动轴固联的固定架随之转动，固定架带动导向架及移动架绕固位于架体立板的固定螺套转动，导向架一端由销轴A固联移动架，另一端由销轴B通过导向槽固联固定架上部并安装激光头；固定架下部通过支架安装激光头。本发明专利技术通过将激光照射光斑轨迹与螺纹面吻合，提高螺纹及台肩面硬度，使其耐磨，减少粘结。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种石油钻具(包括钻铤、钻杆、转换接头等)锥螺纹及台肩面激光热处理的工艺装置，属于石油钻具及输油专用管(如油管、套管等)的加工
，也适用于各种石油管类工具锥螺纹的激光热处理。
技术介绍
按SY/T5144的要求，钻具只进行调质处理(HB285～341)，没有采取特殊的热处理方式。在现场使用时，因上扣扭矩不足，或扭矩过大，易发生螺纹表面及台肩面粘连、撕裂事故。其产生的机理，是由于螺纹表面及台肩面强度不够，尤其在深井作业过程中，受到极其复杂的弯扭交变应力，产生摩擦升温而发生疲劳破坏，导致螺纹无法拆卸而使钻具失效。对此，美国API标准也仅规定螺纹探伤无裂纹即为合格，国内外很多生产企业，针对这一影响石油钻井工作的重大难题，不断寻求解决途径，如螺纹表面镀铜、热磷化、采用特殊形式的螺纹等方法，但都未有效从材料本质上加以解决。当前，生产企业对螺纹副表面及台肩面的粘连问题，多采用磷化或镀铜处理，从成本考虑，主要采取磷化方式。而本专利技术装置是基于“钻铤大锥度螺纹及台肩面的激光热处理方法”专利技术专利(ZL200910075543.9)的基础上，创先设计的具体的加工工艺装置；利用清洁环保、绿色节能的照射加工技术，从材料本身来改善钻具螺纹副表面的组织结构，强化表面硬度，提高耐磨性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的局限，解决现有钻具系列(属细长杆类零件，长径比L/D＝50～100)的锥螺纹及台肩面，在使用中易发生粘连失效的问题，提出一种钻具锥螺纹及台肩面激光热处理装置，提高钻具螺纹及台肩表面的强度、减少钻具的粘结失效，而且驱动功耗低，可满足控制局部强化加工、热应力应变小、适应多种锥度、不同螺距的要求，具有灵活性大、稳定性好、成本低投入少、操作简单、维护经济方便，且无污染、无噪音、节能环保等特点，顺应了新型加工产业的发展方向。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：一种钻具锥螺纹及台肩面激光热处理装置，包括架体、伺服电机、长键、传动轴、短键、固定架、导向架、激光头、移动架、固定螺套、销轴A、销轴B、支架、螺栓、螺钉A、螺钉B、螺钉C、螺钉D；所述架体用于固定安装伺服电机与固定螺套，其通过螺栓将伺服电机固位于其上，在架体端部伺服电机输出轴出口方向设有立板，立板上通过沿圆周均布的多个螺钉A将固定螺套联接固定，伺服电机的输出轴伸出时从螺套内穿过；立板上开有用于传动轴左端轴向固位的圆形环槽；所述伺服电机是动力源，用于驱动完成有关部件运动，以实现激光头的扫描轨迹；其输出轴在伸出端开有键槽，用于通过长键与传动轴周向固位；输出轴为空心轴，便于激光光纤导入至激光头以及降低重量、减少能耗；所述长键用于周向固位伺服电机的输出轴与传动轴，将伺服电机的输出轴的回转运动同步至传动轴；所述传动轴用于将伺服电机输出轴的回转运动，通过短键传递到固定架，实现固定架与伺服电机的输出轴同步回转；其外部形状为3段阶梯圆柱，一端圆柱用于通过固定螺套以及架体轴向固位，另一端圆柱用于轴向固位固定架；其内开有圆形通孔，直径与伺服电机的输出轴相匹配为静配合，在内孔上靠近伺服电机端开有键槽，用于通过长键与伺服电机输出轴周向固位；在其另一端外圆上开有键槽，用于通过短键与固定架周向固位，并用螺钉D将其与固定架固联；所述短键用于周向固位传动轴与固定架，将传动轴的回转运动同步至固定架；所述固定架用于固位导向架和支架，其上部开有一个平行于传动轴轴线的矩形通槽，槽中铰制一个横向销孔，用于放置导向架，用销轴B通过导向架的导向槽及固定架的横向销孔，将导向架与固定架联接；导向架在固定架的矩形槽内受销轴B约束，但可沿导向架的导向槽滑动；固定架下部通过螺钉B安装支架，支架上通过螺钉C装有激光头，用于照射钻具台肩面；其中心开有圆形通孔用于装配传动轴，在内孔上开有一个轴向键槽，用于装配短键，并通过短键与传动轴周向固位；在端面通过螺钉D将其与传动轴固联；所述导向架用于安装激光头并随固定架同步回转时前进或后退，以实现激光头绕待加工钻具锥螺纹旋转前进或后退照射；其中部开有与待加工钻具锥螺纹长度及锥度相匹配的导向槽，槽宽与销轴B直径相匹配；其一端安装在移动架的矩形槽内，通过销轴A铰接，受销轴A约束，但可绕销轴A回转；另一端安装在固定架的矩形槽内，通过销轴B联接，受销轴B约束，但可沿导向槽滑动；在其受销轴B约束的端部装有激光头，用于照射钻具锥螺纹；所述激光头用于照射钻具锥螺纹或台肩面；所述移动架用于固位支撑导向架一端，并随导向架转动实现沿固定螺套的轴向旋动；在其上部开有一个平行于传动轴轴线的矩形通槽，槽中铰制一个横向销孔，用于放置导向架，通过该矩形槽，用销轴A与导向架铰接；在其中心开有圆形螺孔，螺孔内螺纹与固定螺套的外螺纹动配合为螺纹副；所述固定螺套用于轴向固位传动轴以及提供移动架的移动位置支撑；其中心开有圆形通孔用于传动轴穿过，该内孔与传动轴外圆为动配合，固定螺套的端面止口与传动轴的台肩面为动配合，传动轴可在固定螺套的孔内转动而不能轴向移动，固定螺套的外螺纹与移动架内螺纹为动配合螺纹副；固定螺套用圆周均布的多个螺钉A固定联接在架体的端部立板上；所述销轴A用于铰接导向架与移动架；所述销轴B用于联接固定架与导向架；所述支架用于安装激光头，回转时实现照射钻具台肩面；所述螺栓用于联接架体与伺服电机；所述螺钉A用于联接架体与固定螺套；所述螺钉B用于联接固定架与支架；所述螺钉C用于联接和调节激光头；所述螺钉D用于联接传动轴与固定架；连接关系：伺服电机通过螺栓固位于架体上，伺服电机的输出轴上键槽内置入长键，传动轴左端置于架体⑴端部立板环形槽内，长键置于其内孔键槽内，其外套入固定螺套，使用螺钉A将固定螺套与架体端部立板固定连接，从而限制传动轴沿轴向的窜动，伺服电机的输出轴旋转输出时即可带动传动轴转动；在固定螺套外螺纹上套入移动架；传动轴外圆上键槽内置入短键，固定架套于传动轴外圆上，内孔键槽内置入短键，传动轴与固定架间通过短键周向固位，固定架一端通过传动轴圆台轴向固位，另一端通过螺钉D与传动轴轴向固位，防止固定架沿传动轴轴向窜动；导向架一端安装在移动架的矩形槽内，通过销轴A铰接；另一端安装在固定架的矩形槽内，通过销轴B联接，受销轴B约束，但可沿导向槽滑动；在其受销轴B约束的端部安装激光头，用于照射钻具锥螺纹；在固定架下部通过螺钉B安装支架，在支架上通过螺钉C安装激光头，用于照射钻具台肩面。作为优选，为使所述激光头能够顺畅绕钻具照射锥螺纹以及台肩面，使导光光缆沿伺服电机端轴线进入，从固定架端穿出后接入激光头，避免在所述激光头工作时光缆产生缠绕。作为优选，所述移动架与固定螺套相配合的螺纹副的螺距及旋向与待加工钻具锥螺纹的螺距及旋向相匹配，该螺纹副的轴向长度与待加工钻具锥螺纹轴向长度相匹配并略有富裕，导向架内导向槽长度根据螺纹锥度确定并略有富裕，以实现同步。作为优选，所述移动架与固定螺套相配合的螺纹副的螺距及旋向与待加工钻具锥螺纹的螺距及旋向一致，该螺纹副的轴向长度略长于待加工钻具锥螺纹轴向长度，导向架内导向槽长度略长于待加工锥螺纹照射起点与终点间距离，斜率与待加工锥螺纹锥度一致。作为优选，所述导向架的厚度与固定架、移动架的矩形槽宽度不低于4mm，以保证刚度满足工作要求。作为优选，所述移动架与本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钻具锥螺纹及台肩面激光热处理装置，其特征在于：包括架体⑴、伺服电机⑵、长键⑶、传动轴⑷、短键⑸、固定架⑹、导向架⑺、激光头⑻、移动架⑼、固定螺套⑽、销轴A⑾、销轴B⑿、支架⒀、螺栓⒁、螺钉A⒂、螺钉B⒃、螺钉C⒄、螺钉D⒅；所述架体⑴是本装置的安装基体，用于固定安装伺服电机⑵与固定螺套⑽，其通过螺栓⒁将伺服电机⑵固位于其上，在架体⑴端部伺服电机⑵输出轴出口方向设有立板，立板上通过沿圆周均布的多个螺钉A⒂将固定螺套⑽联接固定，伺服电机⑵的输出轴伸出时从螺套⑽内穿过；立板上开有用于传动轴⑷左端轴向固位的圆形环槽；所述伺服电机⑵是本装置的动力源，由它驱动完成有关部件的运动，以实现激光头⑻的扫描轨迹；其输出轴在伸出端开有键槽，用于通过长键⑶与传动轴⑷周向固位；输出轴为空心轴，便于激光光纤导入至激光头⑻以及降低重量、减少能耗；所述长键⑶用于周向固位伺服电机⑵的输出轴与传动轴⑷，将伺服电机⑵的输出轴的回转运动同步至传动轴⑷；所述传动轴⑷用于将伺服电机⑵输出轴的回转运动，通过短键⑸传递到固定架⑹，实现固定架⑹与伺服电机⑵的输出轴同步回转；其外部形状为3段阶梯圆柱，一端用于通过固定螺套⑽以及架体⑴轴向固位，另一端用于轴向固位固定架⑹；其内开有圆形通孔，直径与伺服电机⑵的输出轴相匹配，二者为静配合，在内孔上靠近伺服电机⑵端开有键槽，用于通过长键⑶与伺服电机⑵输出轴周向固位；在其另一端外圆上开有键槽，用于通过短键⑸与固定架⑹周向固位，在外圆端面用螺钉D⒅与固定架⑹固联；所述短键⑸用于周向固位传动轴⑷与固定架⑹，将传动轴⑷的回转运动同步至固定架⑹；所述固定架⑹用于固位导向架⑺和支架⒀，其上部开有一个平行于传动轴⑷轴线的矩形通槽，槽中铰制一个横向销孔，用于放置导向架⑺，用销轴B⑿通过导向架⑺的导向槽及固定架⑹的横向销孔，将导向架⑺与固定架⑹联接；导向架⑺在固定架⑹的矩形槽内受销轴B⑿约束，但可沿导向架⑺的导向槽滑动；固定架⑹下部通过螺钉B⒃安装支架⒀，支架⒀上装有激光头⑻，用于照射钻具台肩面；其中心开有圆形通孔用于装配传动轴⑷，在内孔上开有一个轴向键槽，用于装配短键⑸，并通过短键⑸与传动轴⑷周向固位；在其端面通过螺钉D⒅与传动轴⑷固联；所述导向架⑺用于安装激光头⑻并随固定架⑹同步回转时前进或后退，以实现激光头绕待加工钻具锥螺纹旋转前进或后退照射；其中部开有与待加工钻具锥螺纹长度及锥度相匹配的导向槽，槽宽与销轴B⑿直径相匹配；其一端安装在移动架⑼的矩形槽内，通过销轴A⑾铰接，受销轴A⑾约束，但可绕销轴A⑾回转；另一端安装在固定架⑹的矩形槽内，通过销轴B⑿联接，受销轴B⑿约束，但可沿导向槽滑动；在其受销轴B⑿约束的端部装有激光头⑻，用于照射钻具锥螺纹；所述激光头⑻用于照射钻具锥螺纹或台肩面；所述移动架⑼用于固位支撑导向架⑺一端，并随导向架⑺转动实现沿固定螺套⑽的轴向旋动；在其上部开有一个平行于传动轴⑷轴线的矩形通槽，槽中铰制一个横向销孔，用于放置导向架⑺，通过该矩形槽，用销轴A⑾与导向架⑺铰接；在其中心开有圆形螺孔，螺孔内螺纹与固定螺套⑽的外螺纹动配合为螺纹副；所述固定螺套⑽用于轴向固位传动轴⑷以及提供移动架⑼的移动位置支撑；其中心开有圆形通孔用于传动轴⑷穿过，该内孔与传动轴⑷外圆为动配合，固定螺套⑽的端面止口与传动轴⑷的台肩面为动配合，传动轴⑷可在固定螺套⑽的孔内转动而不能轴向移动，固定螺套⑽的外螺纹与移动架⑼内螺纹为动配合螺纹副；固定螺套⑽用圆周均布的多个螺钉A⒂固定联接在架体⑴的端部立板上；所述销轴A⑾用于铰接导向架⑺与移动架⑼；所述销轴B⑿用于联接固定架⑹与导向架⑺；所述支架⒀用于安装激光头⑻，回转时实现照射钻具台肩面；所述螺栓⒁用于联接架体⑴与伺服电机⑵；所述螺钉A⒂用于联接架体⑴与固定螺套⑽；所述螺钉B⒃用于联接固定架⑹与支架⒀；所述螺钉C⒄用于联接和调节激光头⑻；所述螺钉D⒅用于联接传动轴⑷与固定架⑹；连接关系：伺服电机⑵通过螺栓⒁固位于架体⑴上，伺服电机⑵的输出轴上键槽内置入长键⑶，传动轴⑷左端置于架体⑴端部立板环形槽内，长键⑶置于其内孔键槽内，其外套入固定螺套⑽，使用螺钉A⒂将固定螺套⑽与架体⑴端部立板固定连接，从而限制传动轴⑷沿轴向的窜动，伺服电机⑵的输出轴旋转输出时即可带动传动轴⑷转动；在固定螺套⑽外螺纹上套入移动架⑼；传动轴⑷外圆上键槽内置入短键⑸，固定架⑹套于传动轴⑷外圆上，内孔键槽内置入短键⑸，传动轴⑷与固定架⑹间通过短键⑸周向固位，固定架⑹一端通过传动轴⑷圆柱轴向固位，另一端通过螺钉D⒅与传动轴⑷轴向固位，防止固定架⑹沿传动轴⑷轴向窜动；导向架⑺一端安装在移动架⑼的矩形槽内，通过销轴A⑾铰接；另一端安装在固定架⑹的矩形槽内，通过销轴B⑿联接，受销轴B⑿约束，但可沿导向槽滑动；在其受销轴B⑿约束的端部安装激光头⑻，用于照射...
【技术特征摘要】
1.一种钻具锥螺纹及台肩面激光热处理装置，其特征在于：包括架体⑴、伺服电机⑵、长键⑶、传动轴⑷、短键⑸、固定架⑹、导向架⑺、激光头⑻、移动架⑼、固定螺套⑽、销轴A⑾、销轴B⑿、支架⒀、螺栓⒁、螺钉A⒂、螺钉B⒃、螺钉C⒄、螺钉D⒅；所述架体⑴是本装置的安装基体，用于固定安装伺服电机⑵与固定螺套⑽，其通过螺栓⒁将伺服电机⑵固位于其上，在架体⑴端部伺服电机⑵输出轴出口方向设有立板，立板上通过沿圆周均布的多个螺钉A⒂将固定螺套⑽联接固定，伺服电机⑵的输出轴伸出时从螺套⑽内穿过；立板上开有用于传动轴⑷左端轴向固位的圆形环槽；所述伺服电机⑵是本装置的动力源，由它驱动完成有关部件的运动，以实现激光头⑻的扫描轨迹；其输出轴在伸出端开有键槽，用于通过长键⑶与传动轴⑷周向固位；输出轴为空心轴，便于激光光纤导入至激光头⑻以及降低重量、减少能耗；所述长键⑶用于周向固位伺服电机⑵的输出轴与传动轴⑷，将伺服电机⑵的输出轴的回转运动同步至传动轴⑷；所述传动轴⑷用于将伺服电机⑵输出轴的回转运动，通过短键⑸传递到固定架⑹，实现固定架⑹与伺服电机⑵的输出轴同步回转；其外部形状为3段阶梯圆柱，一端用于通过固定螺套⑽以及架体⑴轴向固位，另一端用于轴向固位固定架⑹；其内开有圆形通孔，直径与伺服电机⑵的输出轴相匹配，二者为静配合，在内孔上靠近伺服电机⑵端开有键槽，用于通过长键⑶与伺服电机⑵输出轴周向固位；在其另一端外圆上开有键槽，用于通过短键⑸与固定架⑹周向固位，在外圆端面用螺钉D⒅与固定架⑹固联；所述短键⑸用于周向固位传动轴⑷与固定架⑹，将传动轴⑷的回转运动同步至固定架⑹；所述固定架⑹用于固位导向架⑺和支架⒀，其上部开有一个平行于传动轴⑷轴线的矩形通槽，槽中铰制一个横向销孔，用于放置导向架⑺，用销轴B⑿通过导向架⑺的导向槽及固定架⑹的横向销孔，将导向架⑺与固定架⑹联接；导向架⑺在固定架⑹的矩形槽内受销轴B⑿约束，但可沿导向架⑺的导向槽滑动；固定架⑹下部通过螺钉B⒃安装支架⒀，支架⒀上装有激光头⑻，用于照射钻具台肩面；其中心开有圆形通孔用于装配传动轴⑷，在内孔上开有一个轴向键槽，用于装配短键⑸，并通过短键⑸与传动轴⑷周向固位；在其端面通过螺钉D⒅与传动轴⑷固联；所述导向架⑺用于安装激光头⑻并随固定架⑹同步回转时前进或后退，以实现激光头绕待加工钻具锥螺纹旋转前进或后退照射；其中部开有与待加工钻具锥螺纹长度及锥度相匹配的导向槽，槽宽与销轴B⑿直径相匹配；其一端安装在移动架⑼的矩形槽内，通过销轴A⑾铰接，受销轴A⑾约束，但可绕销轴A⑾回转；另一端安装在固定架⑹的矩形槽内，通过销轴B⑿联接，受销轴B⑿约束，但可沿导向槽滑动；在其受销轴B⑿约束的端部装有激光头⑻，用于照射钻具锥螺纹；所述激光头⑻用于照射钻具锥螺纹或台肩面；所述移动架⑼用于固位支撑导向架⑺一端，并随导向架⑺转动实现沿固定螺套⑽的轴向旋动；在其上部开有一个平行于传动轴⑷轴线的矩形通槽，槽中铰制一个横向销孔，用于放置导向架⑺，通过该矩形槽，用销轴A⑾与导向架⑺铰接；在其中心开有圆形螺孔，螺孔内螺纹与固定螺套⑽的外螺纹动配合为螺纹副；所述固定螺套⑽用于轴向固位传动轴⑷以及提供移动架⑼的移动位置支...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐健，安江龙，马福保，李有生，
申请(专利权)人：山西北方机械制造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山西;14
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