钻杆耐磨带焊机参数性能使用手册
耐磨带焊接手册
北京佳倍德科技有限公司钻杆接头耐磨带焊接规范应用于佳倍德D100耐磨带产品2011年6月08日第一部分在新钻具和未曾敷焊的旧钻具上敷焊耐磨带 (3)1概述 (3)1.1范围 (3)1.2敷焊单位责任 (3)1.3钻具业主责任 (4)1.4翻新注意事项 (4)2背景介绍 (5)2.1耐磨带敷焊 (5)2.2佳倍德耐磨带 (5)3佳倍德耐磨带推荐敷焊类型 (5)3.1敷焊类型 (5)4敷焊工序规范（WPS） (9)4.1概述 (9)4.2焊面准备 (10)4.3敷焊参数 (10)4.4敷焊设备要求 (10)4.5敷焊工序评定（WPQ） (12)4.6敷焊参数设置 (14)4.7焊工表现评定（WPQ） (15)4.8续证资格 (16)4.9推荐的质检指南 (16)5耐磨带敷焊位置（建议） (17)5.1加重钻杆 (17)5.2钻铤 (18)6参考图片 (20)第二部分翻新工序 (21)7耐磨带翻新概览 (21)7.1概述 (21)7.2WPS，WPQ和PQR (21)7.3翻新设计 (21)7.4翻新警示 (21)7.5原有裂纹 (21)7.6历史记录 (22)7.7原有残留厚度 (22)7.8稀释效应 (22)7.9历史记录 (23)7.10敷焊参数和焊道外形 (23)8翻新步骤 (23)8.1概述 (23)8.2清洁残留耐磨带 (24)8.3对残留的耐磨带区域做检查 (24)8.4现有的耐磨带开裂现象 (24)8.5现有的耐磨带出现剥落现象 (25)8.6耐磨带上出现气孔 (25)8.7耐磨带上出现空隙 (26)8.8残留耐磨带厚度上限 (26)8.9翻新步骤/参考 (26)9翻新参考图片 (27)10佳倍德耐磨带焊丝用量估算表 (29)11温度转换图板 (30)13布氏—洛氏硬度换算表 (31)14工序质量记录（PQR） (32)第一部分在新钻具和未曾敷焊的旧钻具上敷焊耐磨带1概述1.1范围1.1.1本手册旨在向佳倍德耐磨带的敷焊单位和产品的终端用户提供技术参考。
钻具耐磨带气体保护焊焊接工艺
钻具耐磨带气体保护焊焊接工艺（北京固本科技有限公司）AISI4145H钢合金化合理，淬透性强，热处理后可得到高强度与高韧性相结合的综合力学性能，缺口敏感度低、抗扭性能优异、截面硬度趋于均匀，是钻杆用钢的理想材料。
KB100耐磨材料是北京固本科技有限公司生产的耐磨带焊接材料，属于铁基耐磨合金材料，具有非常低的摩擦因数，在钻井工程中对套管的磨损最低，在裸眼井钻进时，抗磨能力相当于碳化钨颗粒，而不会被迅速的磨损，这种材料不但在保护套管防磨的同时，也保护了钻具本身，是一种耐磨减摩焊接材料。
因此在钻杆的生产过程中希望在AISI4145H钢表面堆焊一层KB100耐磨材料，以延长钻杆的使用寿命。
北京固本科技所提供的堆焊工艺要求堆焊时必须采用100%CO2保护气体，但在实际应用中发现，100%CO2保护气体焊接产生的飞溅过大，致使耐磨带表面质量较差。
因此，本文通过研究不同保护气体对焊接过程的影响，优化了堆焊工艺，对钻杆实际生产具有一定的指导意义。
1试验材料及方法试验母材采用AISI4145H钢，供货状态为调质热处理态，即:淬火+回火，常规力学性能为屈服强度:985MPa，抗拉强度:1020MPa，延伸率:23%，夏比冲击功:61J，布氏硬度:310HB。
试件尺寸为外径121mm，内径57mm的厚壁管。
焊接材料为北京固本科技生产的KB100耐磨带焊丝，规格为1.6mm。
母材和耐磨带焊接材料的化学成分见表1。
表1母材和焊接材料的化学成分(质量分数，%)试验选用的焊接设备为美国ARC公司生产的熔化极气体保护自动焊机，型号为ARC8P，耐磨带焊接方式采用直流反接，预热温度为200℃，焊枪嘴到工件距离为23mm，焊枪逆工件旋转方向偏移量为15mm，焊枪与铅垂线夹角为18°，焊枪摆幅为22mm。
焊接时，焊接工艺参数如下:焊接电流280A，焊接电压25V，主轴转速为150s/r，摆动速度为70次/min。
试验对3组保护气体进行了比较:98%Ar+2%O2、80%Ar+20%CO2、100%CO2。
耐磨带焊机操作规程
4 操作过程中可能产生的危害及 相关控制措施
• 4.1.3在安装、维护、修理焊机前切断输入供电电 源；
• 4.1.4按照设备的使用说明、操作手册，以及国家、 公司内部的相关法规、规定，正确的安装设备并 且可靠接地；
• 4.1.5经常检查接地电缆并且确定输入电缆接地端 应连接到接地电缆接头处，或者可靠地与接地电 缆插头连接；
• 4.1.12若在高空作业，请佩戴安全用具； • 4.1.13保持焊接场所地面或表面的稳固、安全； • 4.1.14焊接电缆夹钳应使用导电良好的金属与工
件相连接；
• 4.1.15禁止在作业场所使用AC36V以上的灯具进 行照明。
4.2电弧光
• 电弧光辐射可灼伤眼睛和皮肤，噪音可损 伤听力，焊接飞溅和熔渣可损伤眼睛。
3.5工序安全极限值（SOL）
• 3.5.1工件重量：小于1000kg • 3.5.2重量控制方法：选用不超过极限值的
工件进行焊接
4 操作过程中可能产生的危害及 相关控制措施
• 4.1电击 • 触摸带电部分会导致致命的电击或严重烧伤。
当焊机电源开启时，无论何时电极与工件回路都 将带电，另外焊机的输入电力回路以及焊机内部 电力回路在焊机电源开启后也将带电。在使用送 丝机时，焊丝、焊丝盘、送丝装置以及所有金属 部件在焊接时触摸都将导致触电。焊机不正确的 安装和不正确的接地都非常危险，有可能导致触 电。 • 4.1.1请勿触摸带电部件 • 4.1.2穿戴干燥、无破损的绝缘手套以及合适的保 护身体的衣物及保护装置；
接地，不允许与焊接夹钳或焊接电缆相连接；
• 4.1.10如果需站在工件上、接地电缆上或另外一 台焊机的电极上，不能直接触摸该焊机的电极；
4 操作过程中可能产生的危害及 相关控制措施
野外可移动式钻具耐磨带堆焊专机
打开电源 Ｉ
广——叫
焊
接
预置焊接参数 Ｉ
ｌ ｌ钻具转动 、 焊枪摆动
焊接 小 车移动 机构 是 焊 枪调 整 机 构 的 载体 。由步
进 电机驱 动 ， 完成 进枪 、 退枪 及焊 枪直 线摆 动等 动作 。
预 热
１３ 焊枪 调整 机构 ．
焊枪 调 整机构 在 自动 焊 接工 件 前 进 行焊 枪 工 作 姿 态调 整 ， 调整 机构 具有 锁定 功能 ， 可进 行 、 、 个 方 ｙ ｚ三 向的调 整及 一个方 向的焊枪 角 度调 整 。 １ ４ 电控 系 统 ． 以 日本 三菱公 司生产 的 可 编程 序 控 制器 为核 心 的 电气控 制系 统 ， 过 对 各 控 制 按 钮 和 焊 接 状 态 的 现 场 通
１所 示 。
托 架
图 １ 耐磨 带堆 焊 专 机 结 构 图
１ １ 床 身及 托架 ．
收稿 日期 ： ０ ７—０ ２０ ５—１ ９
该机 构 主要作 用是 完成 工 件 的定 位 及 工 件规 格 变
２０ ０ ７年第 ８期 ４ ５ Nhomakorabea普资讯
并采用安科 １０ Ｔ药 芯焊 丝进 行试验 ， ０Ｘ 优选 出了堆 焊工艺参数 。运 用该专 机及优 选 的焊接工 艺参数 ， 钻井现 场 在 成功对 １ ０ ００ ０多根钻具接 头进行 了耐磨带堆焊 ， 效地提高了钻具接头 的使用 寿命 ， 有 节约 了钻井成 本。
关键词 ： 钻具 耐磨带 堆焊 可移动 焊 接机
系统 复 位
竺 鐾 墨 ：
堡 Ｙ Ｉ ｌ
接 下
一
根
竺兰 竺 兰Ｉ
启 动 焊 接 按 钮
安科100XT钻杆耐磨带
钻杆耐磨带焊丝产品速查表
1安科100XT 耐磨带焊丝
安科100XT 耐磨带焊丝说明：
该耐磨带焊丝采用Fe-Cr-Mn-Mo 合金系,焊前工件预热温度为66℃～316℃,其耐磨带堆层硬度大于HRC50。
该产品具有下列特性：(1)耐磨带上无
龟裂;(2)在钻井过程中,对套管的磨损降为最低;(3)提高钻杆接头寿命300%;
(4)套管与钻杆接头同时得到保护;(5)可用于新旧不同尺寸的钻杆。
堆焊层硬度：HRC>50
堆焊金属化学成分（堆焊金属化学成分（%
%）C
Cr Mo Mn <2.0
10.0~15.0 1.00~2.00<1.5
参考焊接参数：
焊丝直径(mm)
1.6焊接电流(A)220~240焊接电压(V)28~32北京固本D100耐磨带焊丝
D100耐磨带焊丝说明：
D100耐磨带焊丝是安科100XT 的国产
化替代产品，具有成本降低、工艺简便、
性能相当、外观一样的特点。
特别适用
于国内钻杆生产企业。
堆焊层硬度：HRC>50
堆焊金属化学成分（堆焊金属化学成分（%
%）C
Cr Mo Mn <2.0
10.0~15.0 1.00~2.00<1.5
参考焊接参数：
焊丝直径(mm)
1.6焊接电流(A)220~240焊接电压(V)28~32。
石油钻杆耐磨带焊接工艺流程及检验标准
石油钻杆耐磨带焊接工艺流程及检验标准耐磨带焊接过程直接影响耐磨带最终成品的外观和质量，并进一步影响石油钻杆的使用风险和寿命。
研究表明，常见的耐磨带焊接缺陷例如耐磨带表面裂纹、飞溅、气孔等均与是否制定和采用了正确的焊接工艺和焊接标准有高度关联。
作为国产耐磨带焊接材料的领军单位，北京固本科技有限公司公开了该公司为客户提供的耐磨带焊接工艺流程及标准规范。
一、焊接设备的选型焊接设备是整个耐磨带焊接的关键所在，一般来说，焊接设备由3大部分组成，分别是：焊机、钻杆旋转装置、焊枪控制装置。
其中，焊机的选择需要注意以下两个事项。
（1）根据钻具耐磨带和堆焊的特殊性，在设备选择上选用电压为22V~28V、电流为240A~320A的自动气体保护直流焊机。
（2）选用速度可调、送丝结构平稳的焊机，压丝轮紧度可调，要适中。
送丝速度应在6~12m/min范围内。
钻杆旋转装置需要注意以下事项：在夹紧钻具接头装置选择上，选用转速可调，能在焊枪下面正、反旋转钻具接头的装置。
焊枪控制装置需要注意。
（1）夹紧焊枪并可以带动焊枪自由摆动，摆动幅度为15~40mm。
（2）焊枪在上、下、左、右范围内均可大幅度移动。
二、耐磨带焊丝的选型不同型号的耐磨带焊丝具有不同的合金成分，焊接后的表面硬度、焊缝裂纹也有所差异。
根据钻杆的应用场合和设计要求，可自行选择合适的耐磨带焊丝型号。
所有耐磨带焊丝应遵循和符合以下要求：（1）直径为1.2或1.6mm，直径误差不得超过3%；（2）焊丝使用SPCC钢带轧制工艺制成，表面应光滑平整，没有毛刺；（3）焊缝表面没有裂纹。
某些型号耐磨带焊丝允许焊缝表面裂纹存在，但裂纹不得渗透到钻杆基体；（4）随焊丝产品附带材质保证书，无磁型耐磨带焊丝附带磁导率检查报告。
三、焊前准备严格地进行焊前准备工作，可以更好地确保耐磨带焊接工作正常进行，获得最佳的焊接效果。
具体地，焊前准备工作分为下列3点：（1）检查钻杆接头表面，保证表面干净，没有任何杂质，如飞尘、污物、油脂和油漆等。
美国安科钻杆接头耐磨带工艺 - 中文翻译稿件
安科耐磨带规范说明准备、焊接和检查以使用安科耐磨带产品（100XT™、200XT™ 及 300XT™）1.0 版2007年 11 月 1 日目录表手册重点和具体章节变更前言和安科产品介绍焊接单位责任（新增）政策声明质保条款和限定第 1 章：安科耐磨带的焊接类型1.1 凸起式耐磨带焊接1.2 平坦式耐磨带焊接第 2 章：通用准备指导和信息2.1 通用耐磨带焊接信息2.2 焊接设备要求2.3 材料准备要求2.4 焊接参数范围2.5 焊丝用量图表2.6 温度换算图表第 3 章：具体焊接程序3.1 在 AISI 4137钢铁钻具接头上加焊耐磨带3.2 在 AISI 4145-HT 或 AISI 1340-HT 钢铁重量级钻杆、钻铤和其他钻井设备上加焊耐磨带3.3 耐磨带重新焊接程序第 4 章：质量控制/第三方检查人员检查标准（本章内容可用作独立检查标准）4.1 焊前设备检查4.2 焊前材料检查4.3 焊后耐磨带检查结束语附件附件 1:耐磨带焊接设备设置工作表附件 2:温度换算图表手册重点本手册过去一直作为“推荐焊接工艺手册”使用，因此要求焊接单位将之视为一种指导，而非技术规范。
今后，本手册将被视作一种“规范说明”，而非一本推荐的焊接工艺手册。
其目的是满足众多客户对安科手册内容进行更新的要求，并要求焊接单位，使其严格按照本手册中阐明的参数进行操作。
今后，寻求认证的焊接单位将被要求演示焊接安科的产品，才能成为“认证焊接单位”。
以后，焊接单位将被颁发一项执照即可适用于所有安科产品。
认证有效期为五 (5) 年。
有效期满之前，需要对焊接单位进行重新认证。
重新认证很简单，只需加工一个焊接样品并提交给安科进行实验室分析。
根据以往的表现，大部分焊接单位都能轻松达标。
其他焊接单位可能需经安科代表实地考察后，方能通过认证。
与焊接单位商谈之后，安科公司会独立决定其是否通过认证。
焊接单位申请认证或重新认证须缴纳一定的费用。
本“规范说明”包括所有安科产品的焊接程序，目前有 100XT，200XT 和 300XT。
钻杆接头耐磨带的使用性能及其堆焊材料
度磨 损 ， 用 堆焊 方 式 （ 其 他方 法 ） 耐 磨 材料 沿 采 或 将
钻 杆接 头 圆周方 向堆 焊 （ 或熔 敷） 宽约 ３ ～ ０ｍｍ、 ０ ５ 厚 ２ ３ｍ 的环形 带 。 － ｍ 此环 形带 即称之为 钻杆接 头耐磨
带 技术 问世 以来 ， 着 现场应 用 中 出现 问题 的逐 步 随
力 相 对增 大 ， 时 无 论 是 耐 磨 带 还 是套 管 内壁 ｆ 此 或 井壁）其磨损 现象 会加 剧 。 ） ， （ 摩擦 系数 的影 响 。 钻 ２ 在 井过 程 中 ， 是增 大 接头 与套 管 内壁 摩擦 系数 的因 凡 素 ， 润滑 剂 品种 或加 入 量不 合适 、 盘 转速增 大 ， 若 转 以及 温 度过 高 或 过低 时 ， 其磨 损 现 象 也会 加 剧 。３ ｆ１ 钻杆接头 耐磨带 与套管（ 或井 壁） 材料特 性 。 据摩擦 根 学 中的 “ 附膜 ” 论【， 于 钻杆 钢 与岩 石形 成 的 吸 理 ｌ对 】 摩 擦 副 ， 者 之 间很 难 形 成 吸 附膜 ， 擦 系数 主要 两 摩
取 决于摩 擦 副材 料 的表 面 特性 ， 而摩 擦 副其 表 面特
性是 稳定 的 ， 摩擦 系数受 载荷 的影 响较小 。 对于钻 杆 与套 管 钢形 成 的摩 擦副 ， 者之 间 比较 容易 形成 吸 两
附膜 ， 当施加 正压 力பைடு நூலகம்时 ， 随着 吸 附膜 逐渐 被破 坏 ， 摩
克 服 ， 型 耐磨 带 专 用 堆焊 材 料 不 断 被 推 出 ， 磨 新 耐 带 的材料 品 种 已经发 生 了质 的变 化 ， 耐磨 带 的使 用
带 。 机理上讲 ， 从 钻杆接 头耐磨 带 的作 用是利用 自身 及 其 耐 磨性 ， 钻 杆 外 壁 和套 管 内壁 隔 离 ， 钻 杆 将 使 不 与套 管壁 或井 壁直 接 接触 ， 以保 护 钻杆 接 头 和套 管 免遭 强烈 的磨损 。 然而 ， 际情况 并 不简单 ， 实 耐磨 带 的出现 ， 将钻 杆接 头与套管 内壁 的接触摩 擦 ， 换 转 为耐 磨带 与套 管 内壁 的接触 摩擦 。 它们 之 间的摩 擦 磨损 ， 不仅 取 决于 两个 接 触体 材料 的特性 及其 匹 配 关系 ， 同时还受 到钻井过 程中诸 多因素影响。 近年来 ， 在多 种可供 选 用 的套管 防磨技 术 之 中 ， 操作 方 便 和 效果最好 者首推 接头耐磨 带 。 研究表 明 ， 头耐磨带 接 性 能 （ 与 套管 材 料 的 匹配 性 能） 含 的优化 与改 善 ， 是 防止套管 强烈磨损 的关键技 术措施 。 事实上 ， 自耐磨
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钻杆耐磨带焊机参数性能使用手册
4、该设备采用熔化极气体保护自动焊接方式，配套焊接电源为TKR500
系统控制采用PLC可编程控制器作为主控单元，配套焊接电源以及各动作的程序和保护等组成本专用焊接设备电气控制系统。
现场使用
耐磨带自动傅焊焊机在内蒙古大牛地气田钻井现场,石油固本耐磨带焊丝KB114成功地进行了近多1000根钻具接头耐磨带堆焊,经检测,堆焊表面没有裂纹、残渣、污物和气孔、砂眼、咬边、焊瘤等缺陷,搭接区表面过渡平滑,焊缝中没有层裂,耐磨带与母材基体结合牢固,达到《石油钻杆接头》的有关要求。
经过井下实际使用后耐磨带没有任何脱落,磨损均匀,没有发现裂纹等缺陷。
耐磨带表面堆焊后有效减少了钻具的摩擦阻力,对钻杆和套管起到了较好的保护作用,不仅节约了钻具接头对焊修复费用,而且缩短了钻井周期,节约了钻井成本。