管的锻焊制造技术

本发明专利技术提供一种用于被锻焊管端的强制冷却的方法，其中，当将管端压在一起时，将管端加热到高于１２００℃的预定温度，从而通过锻焊进行连接，随之，在锻焊操作后的３分钟内将被锻焊的管端从所述的高于１２００℃的温度冷却到至多６００℃。备有ＥＭＡＴ焊接检查探测器、热处理线圈（２３）和冷却流体注入喷嘴（１８）装置的内置内部矛（３０），可任选地与也可装备有管夹紧、加热、冷却和／或ＥＭＡＴ焊接检验装置的外部拼合圈（７Ａ、７Ｂ）一同，被用于迅速冷却被锻焊的管端（１９）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于管的锻焊的方法。
技术介绍
锻焊包括对将要被连接的管端进行圆周加热和随后将所述管端压在一起，以形成冶金结合。可使用多种加热技术来使管端达到足够的热度，以便能进行冶金接合。所述加热技术可包括电加热、电磁加热、感应加热、红外线加热、电弧加热和/或摩擦加热，或者这些加热方法的组合和/或其他加热方法。当应用于本专利技术时，终端锻焊技术包括包含有圆周加热管端部和随后冶金接合被加热的管端的所有技术，其中包括有一般人们所周知的焊接技术，如熔接或扩散焊接、摩擦焊接、和/或电弧对接焊。从授予Per H.Moe的美国专利4566625、4736084、4669650和5721413号可知，下面的做法可能是有益的，即在锻焊操作之前或操作中，使用还原冲洗气体如氢气或一氧化碳，冲洗管端，从而可从被加热的管端除去所有氧气表面，并且可获得具有最小量的不规则部的冶金结合。从美国专利2719207和4728760号可知，使用非爆炸性混合物来进行电弧焊接和感应对接焊，该非爆炸性混合物含有体积约为95％的如氩、氮和/或氦等基本为惰性的气体，和体积约为5％的还原气体如氢气和/或一氧化碳。实验表明，锻焊技术能够在被连接的管端之间产生高质量的冶金结合，特别是在焊接操作中以还原冲洗气体混合物冲洗管端的情况下。本专利技术的目的是进一步改进管的锻焊以便获得锻焊连接的改进的质量。
技术实现思路
当将管端压在一起时，将管端加热到高于摄氏1200度的预定温度，并且由含有保护气体的氢气将其包围，随之，在锻焊操作后的3分钟内将被锻焊的管端从高于摄氏1200度的所述温度冷却到至多摄氏600度。可选择地，被锻焊的管由高碳钢种构成，并在锻焊操作后的一分钟内从摄氏1200度以上冷却到至多摄氏600度。在一优选实施例中，通过以冷的液态氮、氦、氩或液态二氧化碳冲洗管端对被锻焊的管进行冷却。所述锻焊方法可用于连接包括不锈钢和管线钢的多种钢和合金。本专利技术的方法特别适合石油工业用管材(OCTGs)，对于该管材，在边远区经常需要进行强制冷却和/或焊接后热处理(post weld heattreatment)。OCTGs通常由适合作为井下套管和生产油管使用的一组钢材制成，由国际标准ISO 11960和美国标准API 5CT规定。除包含大量铬的两个钢种以外，这些材料都为碳钢。历来使用螺纹连接对OCTG材料进行连接，这样不需要将它们焊接。因此，高强度的OCTG材料含有相对高标准的碳和锰，并且被认为使用常规的熔接焊接技术是“不可焊的”。但是，使用如受保护活性气体、摩擦焊接和电弧对接焊这样的锻焊技术可焊接所述材料，因为这些为固态处理工序，其中在相对低的温度下进行连接。不宜的是，高碳钢种的冶金需要一些特殊步骤经常是必需的，以允许在锻焊后产生性能的最佳组合，特别是冲击性能方面。通常，被焊接的管端的强制快速冷却会使热影响区减到最小，并会确保随着锻焊获得可接受的性能。另外，对于在干燥的还原气体或气体混合物(例如，受保护活性气体锻焊)中进行的那些焊接技术，有一特别要求，以确保焊接区域保持水和重烃的自由。这样在特别应用中限制了基于冷却骤冷流体的常规的水和油的使用，并需要选择性的骤冷媒介。当高碳钢在空气中从完全的奥氏体状态(例如，焊接温度)冷却时，它们倾向于采用由带有少量相对易碎的贝氏体的马氏体构成的结构。这样能产生可接受的弯曲和强度特性还有低的冲击阻力。为避免形成任何相对易碎的相，有必要在短时间内、一般地在1分钟内将钢从完全的奥氏体结构(根据使用的钢、一般为摄氏900～700°)迅速地冷却到约摄氏300°。在制造含有高标准碳的OCTGs的过程中，常规做法为通过加热进入到完全的奥氏体范围和在强制循环水浴中骤冷，以获得完全的马氏体结构，从而改进机械性能。继这种处理之后，以约摄氏600°加热规定量的时间，通常为若干小时，以制造具有适当的、可接受的机械性能的回火马氏体结构。该工序被称为调质处理(Q&T)。本专利技术解决了用于在具有适当的冲击性能的高强度高碳OCTG钢上进行锻焊的热处理需求问题和设备问题。在焊接区域被插入管内部的内部矛的若干实施例，可用于根据管的钢种和焊接的特殊情况对被锻焊管端的冷却工序进行控制。另外，内部矛可被利用做多种其他功能，如管的对位、在焊接区域对管内部的封堵和通过电磁声传播(EMAT)或其他自动化的焊缝检验技术对锻焊质量的控制。水、基于水的、油和基于油的骤冷媒介可与如电弧对接焊和多种不需要干燥焊接环境的摩擦焊接方法这样的锻焊技术一起使用。在如在钻井装置上这样的特殊应用中，如泥浆和盐水这样的常规油田流体也可被用作骤冷媒介。对于需要干燥环境的工序，若骤冷在内部进行，则这些媒介也可被使用。但是，对于超过约5mm的壁厚，在也需要外部骤冷时，它们并不是理想的，因为当所述区域允许干燥、或需要一第二位置以避免焊接位置污染、或需要一内置的骤冷设备以防止焊接区域污染时，它们会减缓焊接过程，并且这样会造成构造复杂。为避免这些缺点可使用选择性的安全骤冷媒介。该媒介包括氦、氮、氩和使用后迅速蒸发的其他不易燃的挥发性混合物或它们的多种组合。附图说明参照附图对本专利技术方法的优选实施例进行详细说明。其中， 图1为在锻焊操作后的冷却阶段中被注入冷却流体的外部保护气体室的横断面示意图；图2为内部矛的纵向断面图，在锻焊操作后，通过该内部矛朝被锻焊的管端注入冷却流体。具体实施形式在其最简单的变形例中，可使用如图1所示的便于移动的圈7A、7B，利用如液态氮、氩、二氧化碳或水成液等这样的骤冷媒介，在外部进行焊缝的在位骤冷。如图1所示的圈7A、7B被制成具有铰接紧固件3和与特定的管外径(OD)相配的内径。从而圈7A、7B形成为拼合环，该拼合环在关闭时可完全包围管的焊接区域，并以紧固件1将其环绕紧固。在操作中，焊接区域由被以1紧固的拼合环完全包围，骤冷媒介的供给可通过供给软管4实现，并且可通过打开阀2得到释放而进入拼合环圈7A、7B的内部。骤冷媒介环流于拼合环圈7A、7B直到其到达隔板5，随后经排出孔6排出。尽快在焊接后使用该拼合环圈7A、7B并开始进行骤冷，并且无论如何都要在焊接区域都可冷却到被连接钢的奥氏体化温度以下(根据含炭量，一般为摄氏900到700°)之前进行。拼合环圈7A、7B可与气体保护室或罩成一体，或通过微小改进与加热装置结合，在锻焊操作中包含约95体积％的氮和约5体积％的氢的还原保护气体可被注入所述气体保护室或罩。由于在较厚壁管、冷却速率随贯穿壁会发生较大地变化，所以需要使外部骤冷和使用图2所示的内部矛30的内部骤冷一起进行。这主要取决于所研究的钢的冶金学特性，特别是含炭量和所使用的骤冷媒介。对于标准的OCTG材料，优选为冷却到约300℃的穿壁冷却在约1分钟内完成。对于如薄壁管和低碳钢这样的某些的应用，可使用图2所示的内部矛30作为图1所示的外部骤冷操作的一替代装置地对钢进行骤冷，使其从完全的奥氏体结构到完全的马氏体结构。另外，对于较厚钢部分和较高碳钢，必须以内部和外部骤冷结合的方式进行以确保横穿管壁的冷却均匀且迅速地进行。在被锻焊管端19的区域，将所述矛30插入上管15和下管25的内部。所述矛30可包括多个可结合或分开使用的元件。图2所示的矛30的主要元件为用于布设、收回、数据和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锻焊管端的方法，其中，当将所述管端压在一起时，将所述管端加热到高于摄氏１２００度的预定温度，并由含有保护气体的氢气将其包围，所述方法包括：在所述锻焊操作后的３分钟内将所述被锻焊的管端从高于摄氏１２００度的所述温度冷却到至多摄氏６００度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MW安德森，JJ登布尔，AT科尔，K季米特里亚季斯，JE福勒布雷格特，DH泽斯林格，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]