ERW油管螺纹高频淬火工艺的应用研究

　　摘要：erw油光管因受焊接技术的限制其所需钢板的含碳量较少、硬度较低，这样虽然能提高其焊接性能但由于硬度较低造成油管粘扣是油田采油作业中的一个重要问题，严重影响着采油作业的效率和效益。本研究从实际生产角度出发，在设计、制作专用工装的基础上，通过对工艺流程的合理编排和工艺参数的优化调整，将设备低廉、工艺实现简单、环境条件要求低等的高频表面淬火工艺应用于油管生产，达到了提高油管抗粘扣能力的目的。为一些材质的油管提供了一种简单、易施、具有良好效果和效益的生产工艺方法，
　　关键词：油管粘扣；高频淬火
　　
　　1　前言
　　
　　油管粘扣是油田采油作业中的一个重要问题，严重影响着采油作业的效率和效益。为此，国内外科技工作者进行了大量的研究，在形成机理、影响因素和克服、缓解技术等方面取得了一系列成果。从油管生产方面来讲，通过提高油管螺纹的表面硬度来克服、缓解粘扣现象是得到人们共识的原则之一，在这方面也进行了大量的工作，提出了众多的方法和措施，而将这些应用于实际生产，还需要做大量细致的工作。
　　仅通过热处理工艺来提高油管螺纹表面硬度的方法，无疑是较为简便、易行的，也出现了多种具体的方案，如整体淬火、激光表面淬火、等离子表面淬火和高频表面淬火等，这些方案都各有其特色和问题，本文从实际生产角度出发，对设备低廉、工艺实现简单、环境条件要求低等的高频表面淬火工艺进行研究，通过对工艺流程的合理编排和工艺参数的优化调整，来获得理想、稳定的淬火层厚度，达到提高油管抗粘扣能力的目的。
　　本研究是在实际油管生产流水线上进行，其结果可以直接指导试验条件的实际生产，同时也为类似的生产条件提供了丰富的经验和借鉴。这样，在提高油管抗粘扣能力方面，为一些材质的油管提供了一种简单、易施、具有良好效果和效益的生产工艺方法。这对油管生产技术的 发展 和应用，无疑具有一定现实意义和 经济 价值。
　　
　　2　工艺要求及实现
　　　
　　本研究是在油管螺纹加工成型后，加入高频淬火工序，旨在改善油管的抗粘扣能力，考虑到油管的产品特性和生产过程，淬火后的油管主要应满足下述要求：螺纹的表面硬度有显著提高：主要力学性能指标、致密性和密封性、螺纹的尺寸精度必须满足技术要求。对应于淬火工艺，就是在满足提高螺纹表面硬度的前提下，不能出现淬火工艺缺陷和过量淬火残余变形，这就对热输入的大小和范围、以及热循环提出了一定的要求，也就是需要对淬火工艺进行一定的准确控制。
　　高频表面淬火作为油管生产线上的一道工序，在满足质量要求的基础上应与整个生产流水线相配合，具体要求如下：
　　1)淬火效率不应低于每分钟3根，以适应整个流水线的生产速率：
　　2)能够适应不同规格的油管：
　　3)淬火过程全自动控制，以减少人为因素的影响，保证工艺参数的准确、稳定；
　　4)操作简便、对环境要求低，螺纹带油、水不影响淬火质量。
　　在上述分析的基础上，自行设计、制作了可编程数控油管螺纹淬火装置，其构成示意如图1所示。主机选用16kw的高频感应加热电源，频率范围为20—300khz，保证了加热速率和加热深度的要求范围；可编程 计算 机控制系统的应用，不仅实现了淬火过程的全自动控制，而且还为灵活、准确地配置、调节工艺流程和参数提供了条件和便利。
　　根据前述淬火质量的要求和分析，经过反复调整试验，确定了淬火工艺流程和参数。虽然具体工艺会因油管而异，但将淬硬层的厚度控制在l毫米以下，可以作为满足前述综合质量要求的一个必要指标。为了确保这点，在试验生产线的条件下，感应圈与油管表面的距离应控制在7—9毫米，通过更换感应圈来适应不同直径的油管；冷却器与感应圈的距离保持在30—40毫米，冷却器设计为喷液式，通过对冷却液及其喷洒的调整，实现对不同材质油管的淬火冷却。
　　高频感应加热表面淬火自身具有速度快、对工件表面要求低等特点，结合上述的工装和措施，能够较好地满足实际生产的要求，生产出令人满意的抗粘扣油管，获得良好的效益，实际生产和应用也证实了这一点。

　　3　试验结果和分析
　　
　　对按预订工艺生产的油管，进行了相应的试验、检测和现场实验。
　　对于09mnnb油管，螺纹表面淬火层深度为0.66—0.77毫米，表面硬度297hv0.2kg，心部硬度225 hv0.2kg。
　　通过荧光磁粉检验，未发现表面缺陷。并进行了水压试验，25mpa不泄露、不降压；30mpa稳压5分钟，无泄露。
　　淬火螺纹尺寸精度的检测结果如表1所示，从表中可以看出淬火后的螺纹变形很小，满足实际应用的要求。
　　
　　根据实验条件，对2件2—7/8j55淬火油管进行了拉伸试验，断裂拉力分别为52吨和52.8吨，断裂部位均为扣尾处，而这种油管螺纹要求的极限拉力是323kn(33吨，不加厚)、443kn(45吨，加厚)。因此，淬火加工并没对油管的使用抗拉强度产生不利影响。
　　高频表面淬火的目的是为了提高油管的抗粘扣能力，为此专门进行了粘扣试验：上紧扭矩为1800—2000nm(标准要求是1460—1674nm)，装拆14次未粘扣(标准要求为机紧不少于4次)，油管螺纹没有产生粘接、集瘤、沟槽等受损现象。这表明表面淬火明显提高了油管抗粘扣能力。
　　加25500毫米长的油管经螺纹淬火后与正常的油管联接在一起上井实验。20根淬火螺纹油管全部联接在管柱的最上端，装卸四次淬火螺纹完好无损，在解卡时拉力至45吨也未出现异常。
　　上述的检测和现场实验表明，对油管螺纹进行合适的高频表面淬火加工，可以在不影响油管其它性能的条件下，明显的提高油管的抗粘扣能力，延长油管的使用寿命，这对采油作业和油管生产都具有良好的效益。
　　
　　4　结论
　　
　　1)通过对工艺流程的合理编排和工艺参数的优化调整，在实际生产中对油管螺纹进行了高频表面淬火，达到了提高油管抗粘扣能力的目的；
　　2)为了得到满意的综合效果和质量，应将淬硬层的厚度控制在1毫米以下；
　　3)为一些材质的油管提供了一种简单、低廉、易施、具有良好效果和效益的生产工艺方法和借鉴。 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jingjilunwen/gongyejingji/260604.html