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石油钻杆机械加厚技术研究苑兵张绘杰刘安建陈旭摘要介绍钻杆机械加厚技术，钻杆加厚质量对其综合机械性能和使用寿命的影响至关重要，而加厚技术的进步对加厚质量的改进和提高意义重大。关键词钻杆加厚技术研究中图分类号TE92文献标识码B一、钻杆加厚简介1．行业现状在钻杆加厚技术领域，国际知名企业有美国NOVGrant格兰特公司，现已被美国国民油井公司收购。还有俄罗斯的塔干罗格和辛那儿钢厂，法德合资的VM瓦姆公司以及日本与阿根廷合资的TenarisNKK公司等。国内渤海装备第一机械厂、天津格兰特公司、上海宝钢。2．加厚方式国内一般采用液体压力挤压成型的方式加厚管体，优点是成本低，投资见效快；但是加厚力柔弱，加厚组织中有时会残留少许弹性变形，造成趋于定型的加厚表面再次回弹，因而变形后的材料稳定性稍差。使用机械冲打方式加厚管体，虽然投资成本高，但却有着极为明显的技术优势。因为它的镦锻力很大，几乎是液压加厚方式挤压能力的2～3倍，击打速度和行程稳定，能使加热管段全部完成塑性变形而不残留弹性成分；极易获取致密、均匀、犹如锻件的稳定组织，加厚表面及过渡带质量较高。3．加厚形式APISpec5DP-2009《钻杆规范》规定了钻杆管体有内加厚、外加厚和内外加厚3种形式，以及各种规格、钢级、加厚形式钻杆的机械性能、几何尺寸、化学成分、长度等级、检定规程、实验方法等，是指导国内钻杆加厚生产的纲领性文件。加厚形式如图1所示。4．变形特征（1）内加厚。成型后外径保持不变，壁厚增加，内经缩前都要进行一次加热。对4英寸以下的小规格管体需要2次加热2工位加厚即可成型；而对4英寸及以上的大规格管体通常需要3次加热3工位加厚方可成型，有时甚至需要4次加热4次加厚才能成型。渤海装备第一机械厂KTU-S630/3000型机械平移式镦锻机的水平模座里平行设置了2个模具，一次加热只能完成2工位加厚。对于5英寸以上大规格或大壁厚的管体加厚，需要3工位成型，因而必须进行2次加热。二、机械镦锻研究1．工艺流程渤海装备第一机械厂机械镦锻工艺流程如图2，管端均热和管端除鳞是该厂特色工序，管端均热可保证内过渡带的光滑过渡，管端除鳞可降低管端加厚过程中的裂纹缺陷，提高产品合格率。小。整个加厚过程中，外径始终被模具夹持所限制，内图1内外加厚（IEU）图2KTU-S630/3000镦锻机加厚工艺流程径在变形初期呈自由状态，材料稳定性相对较好。（2）外加厚。成型后内径保持不变，壁厚增加，外径增大。整个加厚过程中，内径始终被冲头尺寸所限制，外径在变形初期呈自由状态，材料稳定性稍差。（3）内外加厚。成型后内径缩小，壁厚和外径都增大。整个加厚过程中，变形初期的内径和外径都呈自由状态，材料稳定性最差。5．加厚工位液压式挤压成型的加厚工位一般为2～4个。每个工位加厚2．设备及用途（1）中频感应加热炉。KGPS中频感应加热电源进行管体加厚部位的镦前加热，可完成两工位连续加热。加热时，管体保持静止，感应器相对管体进行移动。最大加热长度600mm，管径允许范围60.3～168.3mm。1工位先行加热至800℃左右，再转至2工位继续加热到1200℃左右。加热功率1工位600kW，2工位400kW，加热频率1工位1000Hz，2工位2500Hz；并能实现感应器空间三维方向的手动调整。设备管理与维修髖髄骳（2）缝隙式天然气均热炉。用于钻杆管体加热后至镦锻作业前的温度均匀化，使其保证最大加热长度Lmax≤550mm的管段入炉前的初始温度为1200±50℃。在40±5s的节拍下能够达到1240±20℃的出炉温度和与管体未加热部分温度梯度的均匀过度。除炉体外，它还有点火、燃烧、助燃、排烟、换向、蓄热、电器及天然气报警等若干控制系统。（3）除鳞机。由除鳞泵站（内置两台132kW三柱塞高压泵）、高位水箱、除鳞箱（内设除鳞环）、低压供水管网和电器控制柜几大部分组成。工作时，车间循环水由高位水箱存储沉淀，经过滤、清洗进入低压供水管网，而被输送至除鳞泵，再经泵站加压将其打到除鳞环进行管体除鳞。其用途是为了基本消除管端的氧化皮。喷嘴的型号、数量、流量、喷射角、旋转角、喷射高度、前倾角等主要技术参数对除鳞效果影响很大，会因为管体被除鳞部位的外径、壁厚和长度的不同而有所调整。基本要求是除鳞效果在98%以上，除鳞降温≤40℃。（4）镦锻机。日本神户制钢所KTU-S630/3000机械平移式镦粗机，专门用于石油钻杆及油套管的管体加厚，最大加厚能力为7.5英寸管子。根据产品规格、材料、加厚形式及客户要求的不同做相应的技术调整，并下发工艺文件指导生产。镦锻作业的技术要求很多，其中有两点最为基本，必须在镦前将其做好。一是模具与冲头的温度应≥100℃，否则应予火焰加热。二是管段除鳞后，入模具的温度必须控制在850～1250℃，不然将会出现坯料流动性差，过