再生钻杆的方法

摘要

本发明涉及焊接和堆焊，还可以用于修复回转体类型件，特别是钻杆的磨损部分。一种再生钻杆(1)的方法，包括通过埋弧堆焊机，当钻杆旋转且电焊条沿钻杆母线方向前后行走时，在钻杆的磨损接头部(3)和套筒部(4)表面形成一焊道，其特征在于，在堆焊之前，电焊条(5)置于：电焊条(5)的下端与经过钻杆(1)轴线且与地面垂直的纵向切面的线性偏差为20～30mm、电焊条(5)与经过钻杆(1)轴线且与地面垂直的纵向切面的角度偏差为18～26°的平面里，且电焊条(5)的倾斜方向与钻杆(1)的自转方向相反；当负极(“-”)连接于电焊条(5)且正极(“+”)连接于钻杆时，进行正极性堆焊；用于堆焊钻杆(1)接头部(3)的所有电焊条(5)由第一电源供给能量；用于堆焊钻杆套筒部(4)的所有电焊条(5)由第二电源供给能量；每组电焊条(5)间的距离是在沿着待堆焊焊道的整个宽度形成一液态金属的公共熔池的条件下选定的；电焊条(5)的行走与焊剂(6)送进同步；在堆焊工艺，钻杆(1)从内部和端部进行冷却；且在堆焊完成后，堆焊处进行温度控制。这样，堆焊处进行超声波处理。

权利要求

1.一种再生钻杆(1)的方法，包括通过埋弧堆焊机，当钻杆(1)旋转且电焊条(5)沿钻杆(1)母线方向前后行走时，在钻杆(1)的磨损接头部(3)和套筒部(4)的表面形成一焊道，其特征在于，在堆焊之前，电焊条(5)置于：电焊条(5)的下端与经过钻杆(1)轴线且与地面垂直的纵向切面的线性偏差为20～30mm、电焊条(5)与经过钻杆(1)轴线且与地面垂直的纵向切面的角度偏差为18～26°的平面里，且电焊条(5)的倾斜方向与钻杆(1)的自转方向相反；当负极(“-”)连接于电焊条(5)且正极(“+”)连接于钻杆(1)时，进行正极性堆焊；用于堆焊钻杆(1)接头部(3)的一组电焊条(5)由第一电源供给能量；用于堆焊钻杆(1)套筒部(4)的一组电焊条(5)由第二电源供给能量；每组电焊条(5)间的距离是在沿着待堆焊焊道的整个宽度形成液态金属的公共熔池的条件下选定的；电焊条(5)的行走与焊剂(6)送进同步；在堆焊工艺中，钻杆(1)从内部和端部进行冷却；且在堆焊完成后，堆焊处进行温度控制。

2.根据权利要求1所述的一种再生钻杆(1)的方法，其特征在于，堆焊处进行超声波处理。

说明书

再生钻杆的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及焊接和堆焊，还可以用于修复回转体类型件，特别是钻杆的磨损部分。 [0002] 背景技术

[0003] 现有已知一种用于加工工件的埋弧堆焊机的方法。加工工件旋转的同时纵向行走。在多丝螺旋体上利用螺旋焊道连续堆焊的方法堆焊形成焊膜层。堆焊每一连续焊道前，先采用相应置换除去前述焊道上的渣皮。螺旋体的螺纹是两个或两个以上的多重堆焊螺纹(俄罗斯专利，专利号为2117560，国际分类号为B23K9/04，1998年8月20日公布)。 [0004] 所述已知方法的效率低下是因为冷却和除去待堆焊焊道上的渣皮的时间很长。 [0005] 所提出发明所采用的最接近的现有技术方法是一种用埋弧堆焊机加工回转体类型件的的方法。依照该方法，在工件纵切面沿母线和连接邻近纵切面两端的弧面处形成待堆焊焊道。当把电焊条轴和工件枢轴排布在垂直平面里时，堆焊从连续弧顶点处向下的位置进行。在至少两个通道里，至少连续形成两个焊道。连续焊道的纵切面排布在先前已堆焊焊道的纵切面之间。纵切面的形成是通过沿不动工件的轴线移动电焊条来实现，弧切面的形成是通过保持电焊条不动时工件旋转来实现。该方法能提高堆焊产量和焊层质量(俄罗斯专利，专利号2268121，国际分类号B23K9/04，2006年1月1日公布)。

[0006] 所述已知方法的缺陷是用这样方法堆焊直径为100÷150mm的圆柱体的母线上的焊道，液态金属和渣皮极易滞留在表面上，以及当大约填充堆焊区的一半时，因其冷却，渣皮容易从焊缝处脱离。堆焊区剩余的一 半，由于过热，堆焊被迫长时间延迟进行冷却，因而，堆焊方法由于主焊缝而使劳动强度增加。由于此原因，所述方法效率很低。 [0007] 发明内容

[0008] 本发明的目的是降低堆焊的劳动强度和提高工艺的效率。

[0009] 上述目的的达到在于一种再生钻杆的方法，包括通过埋弧堆焊机，在钻杆磨损部分的表面形成一位于在钻杆纵切面沿母线的待堆焊的焊道。依照本发明，在堆焊之前，电焊条置于：电焊条(5)的下端与经过钻杆(1)轴线且与地面垂直的纵向切面的线性偏差为20～30mm、电焊条(5)与经过钻杆(1)轴线且与地面垂直的纵向切面的角度偏差为18～
26°的平面里，且电焊条(5)的倾斜方向与钻杆(1)的自转方向相反；当负极(“-”)连接于电焊条且正极(“+”)连接于钻杆时，进行正极性堆焊；用于堆焊钻杆接头部的所有电焊条由第一电源供给能量，用于堆焊钻杆套筒部的所有电焊条由第二电源供给能量；在所有电焊条影响区内，沿着待堆焊焊道的整个宽度形成液态金属的公共熔池；当电焊条沿旋转钻杆的轴线方向前后行走时形成一待堆焊焊道；选择电焊条间的距离等于电焊条在钻杆纵切面上沿母线行走的距离；电焊条的行走与焊剂送进同步；在堆焊工艺中，钻杆从内部和端部冷却；堆焊完成后，堆焊处进行温度控制。

[0010] 堆焊完成后，可以将堆焊处进行超声波处理。

[0011] 本发明的特征如下：

[0012] 1)通过埋弧堆焊机，在钻杆磨损部分的表面形成一位于在钻杆纵切面沿母线的待堆焊的焊道。

[0013] 2)在堆焊之前，电焊条置于：电焊条(5)的下端与经过钻杆(1)轴线且与地面垂直的纵向切面的线性偏差为20～30mm、电焊条(5)与经过钻杆(1)轴线且与地面垂直的纵向切面的角度偏差为18～26°的平面里，且电焊条(5)的倾斜方向与钻杆(1)的自转方向相反；

[0014] 3)当负极(“-”)连接于电焊条且正极(“+”)连接于钻杆时，进行正极性堆焊； [0015] 4)用于堆焊钻杆接头部的所有电焊条由第一电源供给能量；

[0016] 5)用于堆焊钻杆套筒部的所有电焊条由第二电源供给能量；

[0017] 6)在所有电焊条影响区内，沿着待堆焊焊道的整个宽度形成液态金属的公共熔池；

[0018] 7)当电焊条沿旋转钻杆的轴线方向前后行走时形成一待堆焊焊道；

[0019] 8)选择电焊条间的距离等于电焊条在钻杆纵切面上沿母线行走的距离； [0020] 9)电焊条的行走与焊剂送进同步；

[0021] 10)在堆焊工艺中，钻杆从内部和端部冷却；

[0022] 11)堆焊完成后，堆焊处进行温度控制；

[0023] 12)堆焊完成后，将堆焊处进行超声波处理。

[0024] 特征1为现有技术工艺；特征2～10是本发明实质特征；特征11是本发明的具体特征。

[0025] 附图说明

[0026] 附图中：

[0027] 图1是堆焊的纵切面；

[0028] 图2是堆焊横切面。

[0029] 具体实施方式

[0030] 钻杆磨损表面的再生通过堆焊来延长钻杆的使用寿命，人们无需购买新批的钻杆来替代已磨损的钻杆。然而，堆焊方法不能总是高产、高效的。本发明的目的是降低堆焊的劳动强度和提高工艺效率。上述目的通过下述方案完成。

[0031] 当再生钻杆时，通过埋弧堆焊机，在钻杆磨损部分表面上形成一位于在钻杆纵切面沿母线的待堆焊的焊道。在堆焊之前，电焊条置于：电焊条(5)的下端与经过钻杆(1)轴线且与地面垂直的纵向切面的线性偏差为20～30mm、电焊条(5)与经过钻杆(1)轴线且与地面垂直的纵向切面的角度偏差为18～26°的平面里，且电焊条(5)的倾斜方向与钻 杆(1)的自转方向相反；当负极(“-”)连接于电焊条且正极(“+”)连接于钻杆时，进行正极性堆焊；用于堆焊钻杆接头部的所有电焊条由第一电源供给能量；用于堆焊钻杆套筒部的所有电焊条由第二电源供给能量；在所有电焊条影响区内，沿着待堆焊焊道的整个宽度形成液态金属的公共熔池；当电焊条沿旋转钻杆的轴线方向前后行走时，形成一待堆焊焊道；在这样一个工艺中，液态金属熔池在钻杆表面上处于恒流而没有在电焊条行走的路线间形成边界。沿着整个堆焊面，在电焊条焊道的位置间没有渣皮形成。选择电焊条间的距离与电焊条在钻杆纵切面沿母线行走的距离相等。电焊条的行走与焊剂送进同步。在堆焊工艺中，钻杆从内部和端部进行冷却。堆焊完成后，可以将堆焊处进行超声波处理。 [0032] 依照所提出的方法，液态金属的热流和形状以及每一焊线产生的渣皮熔池并不是沿着圆周而是沿着钻杆母线延展，这样可以减少液态熔池表面曲率铺展性的影响。用这样的方法来形成焊缝，对堆焊小直径钻杆的主焊缝的优点是结合了多电焊条工艺的高效性。
消耗的电焊条数量，如同电弧同时燃烧的数量仅仅局限于焊接电源。如果电焊条间的距离接近于横向振动的振幅，该工艺操作稳定，及高品质焊缝的形成，一方面，取决于边界凝固温度和渣皮的分离，另一方面，取决于电流导体-电焊条产生的电动力间相互影响的消失，取决于电弧燃烧和焊缝形成的稳定性。为使出渣容易，且强化螺纹，压缩空气被排进钻杆套筒内。

[0033] 图1和图2描述了堆焊方法的主要原理。使用自动装卸机，来自工件存放处的钻杆1安装在水平位置的滚动支架存放处2上。当负极(“-”)连接于电焊条，正极(“+”)经滚动支架存放处2连接于钻杆1时，进行正极性堆焊；在上述钻杆1的接头部3和套筒部4上，设有电焊条5以及以焊接输送管7的形式送进焊剂6装置，和在电焊条5周围注入焊剂6的漏斗8装置。在堆焊前，电焊条5置于：电焊条(5)的下端与经过钻杆(1)轴线且与地面垂直的纵向切面的线性偏差“A”为20～30mm、电焊条(5)与经过钻杆(1)轴线且与地面垂直的纵向切面的角度偏差“α”为18～26°的平面里，且电焊条(5)的倾斜方向与钻杆(1)的自转方向相反；参数是钻杆1的曲面上容纳液态金属熔池和焊渣的必要条件。 在钻杆1的底部，安装有焊剂容纳装置9。在堆焊方法中，提供电弧燃烧用来产生金属和保护性渣皮的焊接熔池；以及当旋转钻杆1以一焊接速度行走且电焊条5沿钻杆1的母线作横向振动时，通过单平面环行焊道形成一焊道。这样做，接头部3和套筒部4的堆焊既可同时也可分开进行。用于堆焊钻杆接头部3的所有电焊条5由第一电源供给能量。用于堆焊钻杆套筒部4的所有电焊条5由第二电源供给能量。一组电焊条由同一电源供给能量有助于使电焊条均衡熔化，即均衡消耗。

[0034] 在堆焊方法中，钻杆冷却是通过在钻杆内排放空气和在端部安装由导热材料制成环10，例如铜、合金等。环10也用于在钻杆1的表面容纳焊剂。

[0035] 滚动支架存放处2上的钻杆旋转是通过转子11和支撑于钻杆1内壁的夹具12来实现的。

[0036] 电焊条5沿钻杆1的轴线行走与焊剂6送进同步，这有利于振动焊剂6，消除焊剂6凝结和更好地将焊剂6传送到堆焊处。

[0037] 堆焊完成后，堆焊处要进行温度控制，用防热绝热材料保裹起来，在这种状态下冷却。

[0038] 堆焊完成和堆焊表面用机器校准后，可以将堆焊处进行超声波处理来提高钻杆1的耐磨性和金属显微硬度。

[0039] 具体实施例

[0040] 通过位于焊剂6下方的3条电焊条，对钻杆1的接头部3和套筒部4进行堆焊。 [0041] 表1给出了所用设备的规格。

[0042] 表2列出了这套装置的主要部件和配置。

[0043] 就堆焊而言，电焊条是一种焊料丝，例如HII30XTCA类型，直径1.8-2.0mm，已经过除锈和去杂质，用溶剂如白节油或A95型汽油清洗；фBT-1型焊剂，在400℃温度下煅烧3个小时，或者48-0ф-10型焊剂；和一种绳索状石棉，直径6÷8mm。

[0044] 将一工件连接处磨损直径达到148...150mm的钻杆的磨损接头部和套 筒部进行堆焊。在这种情况下，堆焊层的最大厚度应达到每直径16mm且包含后续加工余量。再生层的宽度不小于180mm；套筒处350mm。用3条电焊条堆焊，3个堆焊层。每一堆焊层的宽度范围约是3mm。在振动的振幅为60mm的情况下，电焊条间的距离设定为60mm。为了方便起见，选择的距离是待堆焊区宽度的倍数：在接头处-100％，在套筒处-表面的50％。电焊条置于与经过钻杆(1)轴线且与地面垂直的纵向切面偏差25mm并与垂线成20°的夹角。 [0045] 本方法的全部热能输入为4660J/cm。

[0046] 用于堆焊接头部和套筒部的操作技术顺序既可分开也可结合，这取决于焊工的资格。

[0047] 表3列出了两种堆焊方法的效率的比较分析结果。

[0048] 根据分析，所提出的用于钻杆的钻头部分的多电焊条宽缝埋弧堆焊的工艺比现有工艺在技术和经济方面效率高得多。

[0049] 所揭示的优点不但是根据权利要求11和12所述的关于工艺产量，而且是根据权利要求6所述的关于60％的热能输入浓缩，它使形成的液态金属熔池稳定并可高效率地堆焊直径为150mm及以下的薄壁管，从而扩大了堆焊方法的应用领域。而且，所提出的方法用于宽缝堆焊时，由于热能输入少，减少钻杆金属的焊穿，从而相应地降低堆焊焊道中母体金属参与的份额；当用合金填充料堆焊时，这将为改善熔化区的加工强度，第一层的化学成分和金属结构的稳定性创造先决条件。

[0050] 为了防止堆焊区快速冷却和通风，经加工的钻杆被放入存放处之前，将一由石棉类的防热材料制成的恒温器安装在每一套筒和接头处。

[0051] 利用所提出的方法使降低堆焊劳动强度并提高工艺效率成为可能。

[0052] 表1

[0053]参数 测量单位 指数
1.电源额定电压(三相) V 380
2.电源额定频率 Hz 50
3.输入功率(已安装) KVA 2×100＝200
4.堆焊机数量 台 2
5.额定载荷的初级电流，不超过 A 2×155＝310
6.焊接电流调整范围 A 150-800
7.额定工作时间，工作循环 ％ 100
8.额定工作电压 V 50
9.工作电压调整范围 V 22-50
10.输出电压 V 56；82强制
11.冷却 空冷
12.机器里的电焊条数量(直径为1.6或 2.0mm) 条 3(4)
13.电焊条振动振幅 Mm 0-60
14.振动频率 Osc./min 0-25
15.旋转速度 Rpm 0.2-20
16.堆焊层的厚度，每直径 Mm 3-6
17.钻头直径 Mm 150-162
18.堆焊长度 Mm 180-350
19.钻杆长度范围 m m 8.0-8.6 11.9-12.5
20.焊头的垂直定位运动 Mm 150
21.小车水平定位运动 Mm 600
22.焊头横向定位运动 Mm 80
23.压缩空气网络压力 Mpa(kg/cm2) -0.6(6.3)
24.设备输出 管/小时 1
25.待再生钻杆的范围： -长度 -管径 m mm 8-8.6 11.9-12.5 102；114；127
26.设备整体尺寸(长×宽×高) mm 18000×4000× 3000
27.设备重量 kg 20000

[0054] 表2

[0055]物件名称 数量
设备AKH3BT-2-1200YX∏4 1
管材存放处(MH3-12，5) 3
成品存放处(MHT3-12，5) 3
钻杆支架(支撑) 2
钻杆转子 1
滚动支架 2
自行推进小车 1
轨道装置 2
工作台装置 1
连接部分 1
堆焊装置4-1202T 4.2 1
堆焊装置4-1202H 4.2 1
限制器 1
钻杆绝热器 8
操作台 1
保护台 1
台 3
台 3
传送运输系统柜 1
堆焊方法控制柜 2
万能焊接校正器B∏Y-1202 2
悬臂拉式装置KBY-63 2
焊线卷绕机CHH-02 1
焊剂煅烧电炉120/450 1

[0056] 表3

[0057]编 号 参数 测量单位 现有技术 方法 所提出 方法
1. 堆焊速度 厘米/秒 0.35 0.3
2. 待堆焊层的宽度 厘米 7.0 18.0
3. 待堆焊层的厚度 厘米 大约0.41) 0.3
4. 电焊条数量 条 2 3
5. 热能输入 J/厘米 30002) 46602)
6. 热能输入浓度 J/厘米2 430 260
7. 每一电焊条热能输入 J/厘米/个 1500 1550
8. 电源数量 条 2 1
9. 每周转待堆焊的面积 厘米2 440 864.0
10. 堆焊时间 秒 150 150
11. 焊接焊道重量 克 13802) 2020
12. 在焊接焊道重量的工作负荷系 数为K＝0.5的工艺的额定输出 千克/小时 16.62) 24.3[0058] 1)可以在3…4mm间变化。额定数据用于4mm焊道厚度。

[0059] 2)以使用电弧热能的系数不同为条件：

[0060] 用于埋弧堆焊ηη＝0.9÷0.99(可接受0.95)；用于等离子弧堆焊ηη＝0.6÷0.8(可接受0.75).