一种加厚结合挤压成型的石油天然气钻杆加厚方法技术

本发明专利技术涉及石油天然气钻杆制造领域，具体说是一种加厚结合挤压成型的石油天然气钻杆加厚方法。它的特点是先根据钻杆加厚端成品尺寸依次计算各中间段半成品的尺寸，然后通过外加厚作业结合挤压成型作业，再经过后加工处理，得到符合要求的钻杆加厚端成品。采用该方法对需要内加厚或内外加厚的钻杆加厚端进行加厚、挤压成型作业，对于内过渡带的尺寸形状可控，可有效改善钻杆的性能，提高它的疲劳使用寿命。

A thickening method of oil and gas drill pipe combined with extrusion

【技术实现步骤摘要】
一种加厚结合挤压成型的石油天然气钻杆加厚方法
本专利技术涉及石油天然气钻杆制造领域，具体说是一种加厚结合挤压成型的石油天然气钻杆加厚方法。
技术介绍
石油天然气钻采用的钻杆由钻杆管体和通过摩擦焊接于钻杆管体两端的一对公母接头所组成，焊缝的拉伸屈服强度比待焊接件母材的拉伸屈服强度低，为增加焊缝处的承载能力，需要对钻杆管体的两端进行加厚，增大焊缝处的截面面积，提高其承载能力，使焊缝处的承载能力与管体和接头匹配。因此，加厚是石油天然气钻采用的钻杆、石油天然气用加厚油管和加厚套管、非开挖施工用钻杆等生产的一道重要工序。其目的是使钻杆管体管端的外径增大，或内径减小，或外径增大的同时内径减小，总之是管料的壁厚增加，这样的工序就叫加厚。加厚通常在高温下进行，是一个热锻生产工序。对于内加厚（见图1）和内外加厚（见图2）的钻杆而言，其加厚端3与未加厚的管体1的内腔面间都会形成内过渡带4，内过渡带4的消失点2是截面变化的地方，在此处产生应力集中，又是加厚的热影响区，虽然经后续管体热处理变性，但热处理有组织遗传，此处的性能较差，在此处易产生钻杆刺穿或断裂。为了缓解此处的应力集中，改善钻杆性能，需要将内过渡带4做得平滑光直且长度更长。在目前的石油天然气钻杆制造领域中，对内外加厚钻杆管体进行加厚时，目前大部分钻具生产厂家都是采用传统的加厚方式，即每道次加厚作业同时对管料进行内加厚和外加厚作业。这种内外同时加厚的方式，在作业过程中，内过渡带既不与加厚模接触，也不与冲头接触，内过渡带是以一种自由成形的方式产生的，其尺寸和形状难以得到控制。以三道次内外加厚的钻杆为例，如果不采用一道加厚又一道加厚来加长内过渡带，想要将内过渡带做长，是一个不可能完成的任务；如果采用一道加厚又一道加厚加长内过渡带的加厚方法，又难以保证内过渡带平滑。这种方式加厚的内过渡带短，而且形状不规则，坑洼不平，应力集中严重，钻杆疲劳使用寿命低。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种加厚结合挤压成型的石油天然气钻杆加厚方法，采用该方法对需要内加厚或内外加厚的钻杆加厚端进行加厚、挤压成型作业，对于内过渡带的尺寸形状可控，可有效改善钻杆的性能，提高它的疲劳使用寿命。为解决上述问题，采取以下技术方案：本专利技术的加厚结合挤压成型的石油天然气钻杆加厚方法，其特点是包括以下步骤。第一步，加厚、挤压前的准备作业。根据钻杆加厚端成品尺寸，依次计算加厚端冷锻件尺寸、挤压成型前的冷毛坯尺寸、挤压成型前的热毛坯尺寸和加厚前的内外等径的管料长度。第二步，外加厚作业。取符合钻杆加工规格的内外等径的管料，并按照第一步中最后计算得到的长度尺寸，截取相应长度作为加厚前的内外等径的管料，根据加厚机参数及卡具尺寸，设计挤压成型前的外加厚用模具及冲头，对管料进行外加厚作业，得到符合第一步计算尺寸的挤压成型前的热毛坯。第三步，挤压成型作业。根据加厚端冷锻件尺寸加放收缩率，得到加厚端热锻件尺寸；依据加厚端热锻件尺寸、挤压成型前的热毛坯尺寸，结合压机参数和所用卡具尺寸，并考虑挤压成型特点，设计挤压成型模具和挤压冲头；利用挤压成型模具夹持第二步得到的挤压成型前的热毛坯，并利用挤压冲头将挤压成型前的热毛坯的外加厚端向挤压成型模具内挤压，使得第二步中加厚到外面的金属挤压到管料内部，形成加厚端的内加厚部，同时形成内过渡带；然后，挤压冲头退出，挤压成型模具打开，管料退出；挤压成型后，去除加厚端平端面的挤压工艺余块，既得符合第一步计算尺寸的加厚端冷锻件。第四步，后加工作业。对第三步得到的加厚端冷锻件进行热处理，之后车外圆、镗内孔，去除放量尺寸，得到钻杆加厚端成品。其中，第一步中所述的加厚端冷锻件的尺寸是根据钻杆加厚端成品尺寸放量计算得到加厚端壁厚和长度，继而得到加厚端冷锻件尺寸。所述的钻杆加厚端成品尺寸放量为10~20%。第一步中所述的挤压成型前的冷毛坯尺寸是在得到加厚端冷锻件尺寸后，在其断面尺寸图上，以钻杆管体壁厚中心线为中心，将加厚端冷锻件的内过渡带和内加厚长度镜像到加厚端外面，根据金属成型时的体积不变定律，确定加厚端的外加厚长度，既得挤压成型前的冷毛坯尺寸。第一步中所述的挤压成型前的热毛坯尺寸是根据加热温度及对应的钢锻件的收缩率，对挤压成型前的冷毛坯尺寸加放收缩率，从而得到挤压成型前的热毛坯尺寸。第一步中所述的加厚前的内外等径的管料长度是根据挤压成型前的热毛坯尺寸，计算实体的体积、管料热尺寸的横截面面积，根据金属成形过程中的体积不变定律，计算出需要参与变形的管料长度，从而得到加厚前的内外等径的管料长度。第二步的外加厚作业不少于两道次，且每道次加厚的管料壁厚增加系数不超过1.5。第三步中的挤压成型模具的内腔包括依次相连的等径的管料夹持段、内径逐渐变大的挤压段、等径的加厚成型段和内径突然变大且等径的平断面余料段。所述管料夹持段的直径与第二步选取的管料的外圆直径相等，加厚成型段的直径与第一步中计算得到的加厚端冷锻件的加厚部外圆直径相等。所述加厚成型段与平断面余料段间的突变过渡点为第一挤压点，管料夹持段与挤压段间的渐变过渡点为第二挤压点。所述挤压冲头包括依次相连的等径的内加厚挤压段和直径突然变大的平断面挤压段。所述内加厚挤压段的直径与第一步中计算得到的加厚端冷锻件的加厚部内圆直径相等，平断面挤压段的直径与挤压成型模具的平断面余料段的内腔直径相等。采取上述方案，具有以下优点：本专利技术的加厚结合挤压成型的石油天然气钻杆加厚方法先根据钻杆的加厚端成品尺寸做准备计算，再选取合适的管料并对其进行外加厚作业，然后再挤压成型并去除工艺余块最终通过后加工作业制得钻杆加后端成品。即本专利技术采用加厚结合挤压成型的加厚方式，除了外加厚作业外，没有内加厚作业，钻杆加后端成品的尺寸形状完全由模具和工艺所保证。在外加厚作业后采用挤压成型，将管料上加厚到外面的材料转移到管体内部，使原本自由成形的内加厚或内外加厚的内过渡带的尺寸形状可控，使内过渡带长度更长，且平滑光顺，可缓解内过渡带消失点的应力集中，改善钻杆性能，提高钻杆的疲劳使用寿命。同时，挤压成型是冲头推动管料穿过挤压成型模具，无需采用夹紧模，可减少一套夹紧模，降低卡具制造成本。而且操作人员无需更换夹紧模，减轻了操作工的劳动强度，减少了工装更换的非生产时间，提高了加厚效率。另外，由于挤压变形量不大，所需挤压力较小，坯料温度不需太高，可减少氧化。如果外加厚和挤压成型在连续布置的设备上进行，则可利用加厚的余热进行挤压，无需再次加热，可减少能源的损耗。附图说明图1是内加厚的钻杆加后端结构示意图；图2是内外加厚的钻杆加后端结构示意图；图3是实施例对应的钻杆加后端成品尺寸图；图4是实施例对应的加后端冷锻件尺寸图；图5是实施例对应的加后端冷锻件壁厚镜像示意图；图6是实施例对应的挤压成型前的冷毛坯尺寸图；图7是实施例对应的挤压成型前的热毛坯尺寸图；图8是实施例对应的挤压成形前的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加厚结合挤压成型的石油天然气钻杆加厚方法，其特征在于包括以下步骤：/n第一步，加厚、挤压前的准备作业/n根据钻杆加厚端成品尺寸，依次计算加厚端冷锻件尺寸、挤压成型前的冷毛坯尺寸、挤压成型前的热毛坯尺寸和加厚前的内外等径的管料长度；/n第二步，外加厚作业/n取符合钻杆加工规格的内外等径的管料，并按照第一步中最后计算得到的长度尺寸，截取相应长度作为加厚前的内外等径的管料，根据加厚机参数及卡具尺寸，设计挤压成型前的外加厚用模具及冲头，对管料进行外加厚作业，得到符合第一步计算尺寸的挤压成型前的热毛坯；/n第三步，挤压成型作业/n根据加厚端冷锻件尺寸加放收缩率，得到加厚端热锻件尺寸；/n依据加厚端热锻件尺寸、挤压成型前的热毛坯尺寸，结合压机参数和所用卡具尺寸，并考虑挤压成型特点，设计挤压成型模具和挤压冲头；/n利用挤压成型模具夹持第二步得到的挤压成型前的热毛坯，并利用挤压冲头将挤压成型前的热毛坯的外加厚端向挤压成型模具内挤压，使得第二步中加厚到外面的金属挤压到管料内部，形成加厚端的内加厚部，同时形成内过渡带；/n然后，挤压冲头退出，挤压成型模具打开，管料退出；/n挤压成型后，去除加厚端平端面的挤压工艺余块，既得符合第一步计算尺寸的加厚端冷锻件；/n第四步， 后加工作业/n对第三步得到的加厚端冷锻件进行热处理，之后车外圆、镗内孔，去除放量尺寸，得到钻杆加厚端成品。/n...

【技术特征摘要】
1.一种加厚结合挤压成型的石油天然气钻杆加厚方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，加厚、挤压前的准备作业
根据钻杆加厚端成品尺寸，依次计算加厚端冷锻件尺寸、挤压成型前的冷毛坯尺寸、挤压成型前的热毛坯尺寸和加厚前的内外等径的管料长度；
第二步，外加厚作业
取符合钻杆加工规格的内外等径的管料，并按照第一步中最后计算得到的长度尺寸，截取相应长度作为加厚前的内外等径的管料，根据加厚机参数及卡具尺寸，设计挤压成型前的外加厚用模具及冲头，对管料进行外加厚作业，得到符合第一步计算尺寸的挤压成型前的热毛坯；
第三步，挤压成型作业
根据加厚端冷锻件尺寸加放收缩率，得到加厚端热锻件尺寸；
依据加厚端热锻件尺寸、挤压成型前的热毛坯尺寸，结合压机参数和所用卡具尺寸，并考虑挤压成型特点，设计挤压成型模具和挤压冲头；
利用挤压成型模具夹持第二步得到的挤压成型前的热毛坯，并利用挤压冲头将挤压成型前的热毛坯的外加厚端向挤压成型模具内挤压，使得第二步中加厚到外面的金属挤压到管料内部，形成加厚端的内加厚部，同时形成内过渡带；
然后，挤压冲头退出，挤压成型模具打开，管料退出；
挤压成型后，去除加厚端平端面的挤压工艺余块，既得符合第一步计算尺寸的加厚端冷锻件；
第四步，后加工作业
对第三步得到的加厚端冷锻件进行热处理，之后车外圆、镗内孔，去除放量尺寸，得到钻杆加厚端成品。


2.如权利要求1所述的加厚结合挤压成型的石油天然气钻杆加厚方法，其特征在于第一步中所述的加厚端冷锻件的尺寸是根据钻杆加厚端成品尺寸放量计算得到加厚端壁厚和长度，继而得到加厚端冷锻件尺寸。


3.如权利要求2所述的加厚结合挤压成型的石油天然气钻杆加厚方法，其特征在于第一步中所述的钻杆加厚端成品尺寸放量为10~20%。


4.如权利要求1所述的加厚结合挤压成型的石油天然气钻杆加厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王广群，周中吉，李振奎，
申请(专利权)人：无锡双马钻探工具有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32