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石油钻杆接头耐磨带堆焊机
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钻杆接头表面堆焊耐磨带是为了防止钻杆接头和套管磨损进行的有效而简易的措施之一。耐磨带是釆用表面冶金强化工艺实现的。常用的表面冶金强化方法主要有表面喷焊和堆焊，而国外和国内部分学者又将表面喷焊和堆焊从原理上归为一类。
一、钻杆接头表面耐磨带堆焊材料及方法
随着耐磨材料堆焊技术的快速发展，现已有近百种耐磨材料和数十种耐磨堆焊工艺，选用合适的堆焊材料和堆焊方法来获得预期的效果。
钻杆接头耐磨带堆焊材料最常用为铁基合金粉末、耐磨带焊丝和碳化钨颗粒。铁基合金粉末韧性和耐磨性配合好，成本低，使用十分广泛。耐磨带焊丝减摩性好，具有硬度高(平均洛氏硬度达到62HRC)、韧性好、高耐磨等特点。碳化钨堆焊层是有基体材料和嵌在其屮的碳化钨颗粒组成，耐磨性很高，在严重磨损的条件下使用，可获得满意的结果。
堆焊铁基合金粉末采用的是等离子弧堆焊方法。等离子弧堆焊是利用转移型等离子弧作为热源，以铁基合金粉末作填充金属的一种堆焊工艺。等离子弧高温加热铁基合金粉末，它的实质仍然是一种电弧堆焊，但与一般电弧不同之处在于，它是一种经过压缩而成的等离子弧。等离子弧量集中，燃烧稳定，温度极高，弧柱中心温度达16000~33000K。能迅速而顺利低堆焊难熔材料。因此，等离了弧堆焊具有熔敷率高，稀释率低，堆焊层性能好、成形规则等一系列优点，且易于实现机械化和自动化，因而是一种很有发展前途的堆焊工艺。
堆焊碳化钨颗粒采用的是自动MIG焊外加碳化钨颗粒送粉系统。此MIG焊采用ER70S-2焊丝，保护气体采用98%Ar+2%O2。在进行MIG焊时，将碳化钨颗粒加入到溶池中，凝固后碳化钨硬质合金颗粒便嵌入其中，处于焊层的中上部和表面，即得到含有碳化钨的堆焊层。
耐磨带焊丝采用的是CO2气体保护焊。它属于溶化极气体保护焊，保护气体采用CO2，堆焊时焊丝的药芯受热溶化，在堆焊层表面覆盖一层薄薄的溶渣。有时考虑到减少烟尘，特别是飞溅比纯CO2焊时小得多，而使用含80%氩气的混合气体作为保护介质的一种气体保护焊。该保护气体以一定的速度从喷嘴中吹向电弧区形成了一个可靠的保护区，把溶池与空气隔开，防止N2、H2、O2等侵入溶池，从而提高了堆焊层的质量。
二、钻杆接头表面耐磨带堆焊方式
堆焊方式有凸起和平坦两种状态，具体情况如下：
（1）“凸起”焊接状态的耐磨带
建议在所有的钻杆接头上都使用“凸起”状态的耐磨带，以便使套管和钻杆接头得到最大程度的保护。所闻凸焊指耐磨带的高度比接头本体直径高。当用户要求在度斜面焊接的时候，可以选择在钻杆接头18度斜面吊卡处的表面加工一个凹槽，将耐磨带用“平坦焊接”的方式填平。然后在钻杆内螺纹接头外圆的一段长度内，再堆焊一层耐磨带使之呈“凸起”状态。
通常，建议在内螺纹接头的外圆上堆焊76mm宽、3mm厚的耐磨带。于是耐磨带自己形成一个接触面，而不是使钻杆内螺纹接头的全部长度都与套管或裸眼井的内壁表面相接触。这样就减少了套管和钻杆接头双方的磨损。例如φ168mm钻杆内螺纹接头外圆上堆焊“口起”状态耐磨带示意图见图1所示。
图1 “凸”状态的耐磨带
用这种方法堆焊的耐磨带可以吸收载荷的冲击。一旦发生了最恶劣的情况，比如说耐磨带被破坏了，那就需要剔除损坏的耐磨带，然后重新堆焊。把整个钻杆从意外的灾难中抢救恢复出来，以便今后继续使用。钻杆和套管的接触力主要分布在较小的耐磨带区域，而耐磨带的摩擦系数比钻杆接头小，当耐磨带与套管的内表面接触吋，由于摩擦系数的减小，同时也降低了钻具在延伸区作业或大角度钻井时产生的较大扭矩和拉力。这样，扭矩和拉力的减小又可以减少燃料的消耗。
（2）“平坦”焊接状态的耐磨带
只有当钻杆接头的最大外径被限制，以免与套管内径相干涉时，才建议使普通平坦耐磨带的类型。所谓平焊指耐磨带高度与接头本体直径齐平，钻杆接头本体的外径与耐磨带同时都在受到摩擦。钻杆和套管的接触力或多或少地沿整个钻杆接头的长度方向分布，降低了耐磨带的支撑，同时增加了钻杆接头本体与套管的接触，增大了钻杆接头和套管的磨损。用这种方法堆焊的任何一种耐磨带，包括KB150，都不能产生最大的耐磨效果。
对于平坦焊接类型的耐磨带的应用，需要在整个接头的耐磨带区域加工凹槽，然后填充磨带，使之与钻杆接头的外径齐平。耐磨带区域一般包括18°的吊卡台肩。例如φ168mm钻杆内螺纹接头外圆上堆焊“平坦”状态耐磨带示意图见图2所示。
图2 “平坦”状态的耐磨带
三、钻杆接头表而耐磨带堆焊工艺措施
根据钻杆接头化学成分表1和国际焊接学会碳当量公式，求得钻杆接头碳当量Ceq约为0.8%。
表1 AISI4137H钢的化学成分（质量分数，%）
C | Si | Mn | Mo | Cr | P | S | Cu |
0.35~0.38 | 0.15~0.35 | 0.85~1.00 | 0.28~0.33 | 0.90~1.20 | ≤0.015 | ≤0.015 | ≤0.25 |
对于钻杆接头，分别等离子弧堆焊铁基合金粉末、80%Ar+20%CO2气体保护焊KB150焊丝和98%Ar+2%O2气体保护焊ER70S-2焊丝外加碳化钨颗粒，按甘油法，测定的扩散[H]含量约为0.2ml/100g。
通过拉伸试验测得钻杆接头的抗拉强度σb约为1.23×109Pa。
钻杆接头选为φ168mm×φ90mm，即厚度δ为39mm。把Ceq、[H]、σb、δ数代入预热温度公式，求得钻打接头表面耐磨带堆焊时预热温度T（℃）约为150℃。
因钻杆接头淬火的回火温度为590℃，则钻杆接头表面耐磨带堆焊后堆焊后的回火温度选为540℃，回火后用保温棉包裹缓冷至室温。
四、总结
介绍了三种常用钻杆接头耐磨带材料（铁基合金粉末、焊丝和碳化钨颗粒）及其相应的堆焊方法（等离子弧堆焊、焰化极气体保护电弧焊和自动MIG焊外加碳化钨颗粒）；并阐明了其堆焊方式和采取的工艺措施。
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