一种厚壁钻杆摩擦焊接焊缝分层热处理工艺

摘要

本发明提供一种厚壁钻杆摩擦焊接焊缝分层热处理工艺，钻杆焊缝处用加热圈加热至奥氏体化温度后保温，冷却进水口A进水防止加热圈过烧；焊缝保温时间到，由喷水孔喷水至焊缝进行淬火冷却，同时喷气孔对焊缝喷气；焊缝淬火喷水结束后，用回火圈第一次对焊缝加热至回火温度，冷却进水口B进水防止回火圈过烧；第一次回火结束后空冷至常温，再用低于第一次回火温度对焊缝进行回火，第二次回火结束后空冷至常温即可；优点为：本发明解决因壁厚、合金含量高的钻杆回火后截面硬度和表面硬度难以均匀、抗硫试验难以通过的问题；经过分层热处理后焊缝硬度达到要求，焊缝冲击韧性高，钻杆焊缝质量提高，疲劳失效时间延长。

说明书

技术领域

本发明涉及钻杆焊缝热处理技术领域，尤其是涉及一种厚壁钻杆摩擦焊接焊缝分层热处理工艺。

背景技术

在钻探方面钻杆处于非常重要地位，钻杆焊缝质量的稳定关系到钻井井况的安全，钻杆最核心的最关键的是焊缝热处理。整个钻杆使用过程中焊缝为薄弱环节。在钻井过程中，由于地层状况非常复杂，大量的地层中含有有害的腐蚀钢铁产品的硫化氢物、或使用腐蚀液造成钢制钻杆严重腐蚀失效较多，抗硫钻杆和焊接抗硫钻杆使用越来越多，抗硫钻杆产品对硬度要求较为严格，焊缝区的平均硬度不应超过30 HRC，单个硬度不应超过32HRC。对于合金含量交高的壁厚较厚的焊缝，热处理过程中回火工艺较为难以控制。

钻杆在正常钻进时，施加的扭矩需要靠钻杆传至钻柱下端。在旋转的工况下，作用在钻杆上的力，有内部压力、外部挤压力、扭力和拉力，还有由于旋转产生的离心力。在多种复合交变应力作用下，受到腐蚀的钻杆焊缝极度容易发生疲劳失效。如果焊区硬度处理不好，会造成应力集中加速造成钻杆焊缝腐蚀掉块断裂。抗硫厚壁钻杆焊缝和抗硫焊接加重钻杆由于壁厚，合金含量高回火后截面硬度和表面硬度难以均匀，抗硫试验难以通过，造成行业难题。

发明内容

本发明的目的在于为解决现有技术的不足，而提供一种厚壁钻杆摩擦焊接焊缝分层热处理工艺。

本发明新的技术方案是：一种厚壁钻杆摩擦焊接焊缝分层热处理工艺，包括焊缝加热、焊缝淬火喷水及焊缝中频回火，焊缝分层热处理步骤如下：

A、焊缝加热

钻杆焊缝处用加热圈加热至奥氏体化温度后保温，同时加热圈通过进水管道与冷却进水口A连接，冷却进水口A进水防止加热圈过烧；

B、焊缝淬火喷水

焊缝保温时间到，由淬火进水口进水至淬火喷水圈，淬火喷水圈内壁设有若干喷水孔，由喷水孔喷水至焊缝进行淬火冷却，同时压缩空气通过进气口进入进气管道，进气管道端部设有喷气孔，喷气孔对焊缝喷气；

C、焊缝中频回火

焊缝淬火喷水结束后，用回火圈第一次对焊缝加热至回火温度，所述的回火圈通过管道与冷却进水口B连接，冷却进水口B进水防止回火圈过烧；第一次回火结束后空冷至常温，再用低于第一次回火温度对焊缝进行回火，第二次回火结束后空冷至常温即可。

步骤A中所述的奥氏体化温度为750°以上。

步骤A中保温时间为100S -200S。

步骤B中所述的淬火冷却使焊缝温度至100°以下。

步骤C中第一次回火温度为715°-730°。

步骤C中第二次回火温度为690°-710°。

所述的加热圈为中频加热圈。

所述的回火圈为中频回火圈。

所述的冷却进水口A及冷却进水口B均为铜管。

本发明的有益效果为：本发明解决因壁厚、合金含量高的钻杆回火后截面硬度和表面硬度难以均匀、抗硫试验难以通过的问题；经过分层热处理后焊缝硬度达到要求，焊缝冲击韧性高，钻杆焊缝质量提高，疲劳失效时间延长。

附图说明

图1为焊缝加热的结构示意图。

图2为焊缝淬火喷水的结构示意图。

图3为焊缝中频回火的结构示意图。

其中：1、加热圈，2、钻杆，3、焊缝，4、冷却进水口A，5、淬火喷水圈，501、喷水孔，6、进气管道，601、喷气孔，7、淬火进水口，8、回火圈，9、冷却进水口B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地说明。

一种厚壁钻杆摩擦焊接焊缝分层热处理工艺，包括焊缝加热、焊缝淬火喷水及焊缝中频回火，焊缝分层热处理步骤如下：

A、焊缝3加热

钻杆2焊缝3处用加热圈1加热至奥氏体化温度后保温，同时加热圈1通过进水管道与冷却进水口A4连接，冷却进水口A4进水防止加热圈1过烧；

B、焊缝3淬火喷水

焊缝3保温时间到，由淬火进水口7进水至淬火喷水圈5，淬火喷水圈5内壁设有若干喷水孔501，由喷水孔501喷水至焊缝3进行淬火冷却，同时压缩空气通过进气口进入进气管道6，进气管道6端部设有喷气孔601，喷气孔601对焊缝3喷气；

C、焊缝3中频回火

焊缝3淬火喷水结束后，用回火圈8第一次对焊缝3加热至回火温度，所述的回火圈8通过管道与冷却进水口B9连接，冷却进水口B9进水防止回火圈8过烧；第一次回火结束后空冷至常温，再用低于第一次回火温度对焊缝3进行回火，第二次回火结束后空冷至常温即可。

步骤A中所述的奥氏体化温度为750°以上。

步骤A中保温时间为100S -200S。

步骤B中所述的淬火冷却使焊缝3温度至100°以下。

步骤C中第一次回火温度为715°-730°。

步骤C中第二次回火温度为690°-710°。

所述的加热圈1为中频加热圈。

所述的回火圈8为中频回火圈。

所述的冷却进水口A4及冷却进水口B9均为铜管。