石油钻杆耐磨带焊接工艺流程及检验标准
钻杆检验——精选推荐
钻杆检验检验是钻杆生产中不可或缺的一个环节，它贯穿于钻杆生产的整个过程中，对保证钻杆质量起着重要的作用。
钻杆检验包括：工具接头来料复验、硬度检验、无损探伤（超声波探伤、磁粉探伤）、管体人工检验、管端磁粉探伤、焊缝导向弯曲检验、光谱分析、成品检验。
下面，我们对每一道工序逐一进行说明。
钻杆生产过程检测流程图（ 工 具 接 头 ）（ 钻 杆 管 体 ）1、1 0 0 % 超 声 波 探 伤 ，检 查 焊 缝 横 向 缺 陷2、1 0 0 % 磁 粉 探 伤 ， 检 查 焊 缝 外表 面、近 表 面 的 横 向 缺 陷3、1 0 0 % 焊 缝 三 点 硬 度 检 验4、成 品 检 验5、焊 区 弯 曲 检 验一、工具接头来料复验：1、硬度检验：100%硬度检验，防止混料（主要通过硬度来检验含c量）。
仪器：在线硬度测量装置检验方法：与调质后工具接头硬度检验相同。
2、每批取二个接头进行光谱检验，化学成份要求：（根据实际来料定）；检验方法：与管体光谱分析相同。
3、外表质量和尺寸抽检，比率＞5%；仪器：卡规、游标卡尺公接头坯料尺寸单位：mm母接头坯料尺寸单位：mm二、硬度检验硬度是指金属表面抵抗其它更硬物体压入的能力，是热处理工作质量检查的主要指标。
硬度检验是用来测定材料表面硬或软的一种方法。
硬度值的大小在一定程度上可以反映出材料的耐磨性，同时材料的硬度又与其它机械性能有一定的内在关系，在某些情况下通过它可以间接地了解材料的其它性能。
硬度检验的设备简单，操作方便。
测定材料硬度的条件，材料硬度的测定，需要具备两个条件：压头，它是一个标准物体，用它压入被测材料的表面；载荷，加入压头上的压力。
若压力和载荷相同，则压痕越大、越深就表示被测材料的硬度越低。
图1 布氏硬度检验图布氏硬度试验法（见图1）：布氏硬度检验是用一个标准钢球在一定的载荷作用下压入被测金属的表面，根据金属表面上压痕直径的大小，决定材料的硬度。
布氏硬度值（HB）同钢球直径、压痕直径和载荷之间的关系是：2pHB = 公斤/毫米²πD（D-√D²- d²）式中：P——加在钢球上的载荷（公斤）；D——标准钢球的直径（毫米）；d——压痕的直径（毫米）。
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。
钻杆摩擦焊工艺
全长检测
成管
消除细长杆件在淬 火中的变行
5
摩擦焊及后续加工
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（石油）钻杆的摩擦焊工艺
1
石油钻杆简介
石油钻杆: 用于石油油井钻探。钻杆的特点是壁薄， 单位长度重量轻，主要提供泥浆通道、传递拉力和 扭矩。 还有一种石油钻挺: 壁厚，单位长度重量重， 主要提供泥浆通道、传递拉力和扭矩 和为钻头提供 钻压。 石油钻杆构成：工具接头、管体
2
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工具接头的加工
接圆头角方质坏量的切好段坏在锻预于造热接热到头1处2毛30理坯 和螺质纹检加工全淬长火这奥高两氏温个体回化火关键工序。 热处理组织直接影响接头的各项力学性能，所以先进的 钻工般杆具采接用厂头中采的碳用材合料金全一钢自动连续可控气氛保护进取行综加调合热质的，热力处学油理性质以能或获 水基 淬火剂淬火，接头加热过程中采用还原性气氛保护，保 证了工件不氧化、脱碳和渗碳。接头淬火和回火后，逐 个进行表面硬度检测和磁粉探伤。热处理之后进行螺纹 加工，钻杆螺纹是粗牙锥形螺纹，在钻杆的连接过程中， 螺纹起着关键的作用。因此，螺纹加工大都采用高精度 数质控检机床进攻牙行修，整对加磷工化出的接质头检逐个进成行品螺纹紧密距、 螺距、锥度、牙高等参数的测量，以保证螺纹扣型和精 度要求，从而有螺力纹部保分证要了进行钻镀杆铜接或磷头的连接性能。
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。
加重钻杆耐磨带焊接实例
加重钻杆耐磨带焊接实例（北京固本科技有限公司）随着石油钻探开采的发展，各类加重钻杆在石油钻探开采中的需求越来越大，用户对产品使用性能的要求也越来越高。
如何采取合理的焊接工艺方法，以实现低成本高效率且又能满足产品技术要求的耐磨带焊接研究成为需要解决的课题之一。
某石油公司研发的材料牌号为AISI4145H钢的114.3mm（4.5in）加重钻杆有4段工作面需要增加耐磨带，4段焊缝分别为币φ158.8mmx101mm、φ127mmx76mm、φ127mmx76mm、φ158.8mmx101mm，焊缝需堆焊3mm厚，加重钻杆内孔为币φ71.41mm，钻杆内螺纹接头与钻杆吊卡扣合处制成18°锥形台肩，焊前经过285~341HBW调质处理。
按石油天然气行业颁布的标准SY/5T146-1997规定：堆焊后，耐磨环外表面应平整过渡，基体不得有裂纹和焊层剥落等缺陷，表面硬度不低于50HRC，为使钻杆焊接后性能满足技术要求，需对原材料的焊接工艺、焊接质量进行分析和试验，以便制定合理可行的焊接工艺。
一、焊接性分析钻杆的材料牌号为AISI4145H，其化学成分符合表1的规定。
表1 AISI4145H的化学成分（质量分数）（%）按照国际焊接学会所推荐的碳当量计算公式，可计算出碳当量Ceq为0.725%~1%。
据大量试验得知：当碳当量Ceq大于等于0.60%时，属于高淬透性的钢，冷裂纹倾向较为严重，焊接性较差，这是因为材料中的含碳量较高，加人的合金元素也较多，在500℃以下的温度区间过冷奥氏体具有更大的稳定性所致其含碳量越高，淬硬倾向越大，冷裂纹倾向也越大，而且由于M点较低，在低温下形成的马氏体一般难以产生“自回火”效应，并且马氏体中的含碳量较高，有很大的过饱和度，点阵的畸变就更严重，因而硬度和脆性就更大，对冷裂纹的敏感性也就更大另外，由于原材料的含碳量及合金元素的含量都较高，因此液一固相区间较大，偏析也更严重，这就促使其具有较大的热裂纹倾向。
石油钻杆耐磨带
石油钻杆耐磨带石油钻杆耐磨带摘要：在钻井过程中，套管经常被磨穿，造成严重损失，因此对钻杆接头耐磨带提出了更高要求。
新型钻杆接头D100耐磨带与钢质钻杆接头相比，套管磨损减少86％；与碳化钨耐磨带的接头相比，套管磨损降低76％；在大斜度井中，由于摩擦系数减小，大大降低了钻具旋转阻力，扭矩增大30％，节省材料消耗10％。
关键词：石油钻杆耐磨带敷焊工艺随着钻井技术的不断进步，深井、超深井、丛式井、大斜度井、水平井大量出现，钻柱的摩扭、摩阻显著增大，套管经常磨穿，造成严重的损失。
为减少钻柱的摩扭与摩阻以有效保护套管，钻井工作者采取了多种方法，如在钻杆上加橡胶护箍、采用无耐磨带钻杆、使用非旋转钻杆保护器等。
实践表明，在大位移井中橡胶护箍使用寿命很短，而非旋转钻杆保护器需要在每个单根套管保护段加1个，使用不方便而且价格昂贵，有时还可能造成井下复杂事故。
由于对套管造成磨损的主要是钻杆接头，因此对钻杆接头耐磨带性能的要求越来越高，已不仅局限于保护钻杆接头，更重要的是耐磨带在保护钻杆接头的同时，更有效地保护套管，减少套管磨损。
一、钻杆接头耐磨带现状我国大多数油田使用的钻杆接头耐磨带是采用等离子喷焊工艺加工的，喷焊后，耐磨带硬度约为55HRC。
采用等离子喷焊工艺加工的碳化钨耐磨带在使用过程中与套管的摩擦力较大，无论对套管还是钻杆接头磨损都比较快。
在北海挪威区块的GullfaKsA42号井中使用硬质合金耐磨带的钻杆在井深460m和680m处套管的磨损值达29％。
硬质合金耐磨带与套管的摩擦系数和钢差不多，在CWEAR模型中，钢接头在油基钻井液中摩擦系数为1—5，对光滑的碳化钨耐磨层其摩擦系数为5—25。
计算机模拟表明，碳化钨硬质合金耐磨层的摩擦系数为38，与测井结果相符。
碳化钨耐磨带的钻杆在大位移井中使用对套管的磨损也很大，因此在国际钻井工程招标中和国内较深井都被禁止使用。
目前国外钻杆的耐磨带材料已不使用合金粉末而是采用硬度相当、耐磨性更好的合金焊丝。
石油钻杆生产工艺
抽油机生产工艺(三)
钻杆生产工艺包括接头加工和摩擦焊接两个工序。
接头加工工艺流程：毛坯接头进场后经过内削、外削、特殊加工（只限公扣）、热处理、打硬度磁粉探伤、螺纹加工、刻印、镀铜或磷化（外协）、制得成品接头，送至压接线。
摩擦焊接：接头加工后的成品接头经端部加工、压接（将端部车好的原管与加工线送来的成品接头对焊）、焊缝退火、精加工、焊缝淬火、焊缝回火、自主检、探伤、成品喷标，最终得到成品钻杆。
工艺流程图见图1。
去摩擦压接成品
图1 工艺流程图。
《石油天然气金属管道焊接工艺评定方法》sy0452---2012
《石油天然气金属管道焊接工艺评定方法》SY0452-2012一、范围本标准规定了石油天然气金属管道焊接工艺评定的方法，包括基本原则、一般要求、程序、试验、报告及有效性保持等内容。
本标准适用于石油天然气金属管道焊接工艺评定，其他管道可参照执行。
二、规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
三、术语和定义下列术语和定义适用于本标准。
1. 焊接工艺评定welding procedure qualification（WPQ）为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价，包括焊接工艺指导书的编制。
2. 焊接工艺指导书welding procedure specification（WPS）根据焊接工艺评定报告的结果，针对具体焊件所编制的焊接施工指导性文件。
四、符号和缩略语下列符号和缩略语适用于本文件。
1. PQR焊接工艺评定2. WPS焊接工艺指导书3. AWS美国焊接协会4. CCS中国船级社5. API美国石油协会6. CCS中国船级社压力容器认可标准7. CE欧盟安全认证标志8. TüV德国技术监督协会认证标志等。
五、焊接工艺评定的基本原则焊接工艺评定应以可靠的钢材焊接性能试验为依据，并在工程应用中进行验证。
焊接工艺评定应采用现行规范和标准，遵守相应的安全技术规范和设计文件的规定。
焊接工艺评定应以满足产品焊接结构的力学性能、焊接接头质量和焊接施工工艺要求为目标，并考虑到焊接效率、制造成本和焊工劳动条件等因素。
焊接工艺评定应以工程实践为基础，并经过试验验证和工程应用检验。
焊接工艺评定应注重焊接接头的力学性能、弯曲性能、冲击韧性等方面的试验验证。
六、焊接工艺评定的一般要求焊接工艺评定应由具有相应资质和经验的焊工进行操作，并应在规定的试验条件下进行。
焊接工艺评定应根据产品钢材的种类、规格、接头形式、坡口尺寸等因素进行选择和设计。
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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。
（2）对于钻杆接头，使用角磨机上的砂轮或金属刷清除接头上
的杂物。
（3）检查并确保CO2保护气体的纯度>99.8%，最低不应<99.5%。
四、焊前预热
堆焊耐磨带之前，必须对钻杆堆焊部位进行预热。
预热不充分
可能导致基体金属上产生裂纹。
预热温度过高将不利于耐磨带成形；预热温度过低，将会影响耐磨带母体的组织结构。
（1）预热温度为250~320℃。
（2）预热应该是渗透预热，而不是表面预热。
五、设定焊接参数
耐磨带的焊接参数主要涉及焊接电流电压、焊机摆频、敷焊速度、距离、角度等多种参数。
焊接参数根据焊接设备、耐磨带焊接
材料的不同会有细微的差异。
敷焊工艺参数:焊接电流300~350A、送丝速度6~8m/min、焊机
摆频40~50r/min、敷焊速度120~130mm/min、敷焊距离8~12mm、敷
焊角90°和保护气流量12~16L/min。
按以上焊接参数敷焊，质量应达到以下技术要求:
（1）焊接过程稳定,送丝平稳；
（2）耐磨带尺寸符合标准要求,宽度30~35mm,高度2mm；
（3）耐磨带表面鱼鳞状花纹均匀、致密、平整、光滑；
（4）耐磨带表面无过多残渣、飞溅,无咬边现象,边缘齐整；
（5）耐磨带与基体熔合较好,无较大裂纹和针孔。
六、焊后保温
焊后保温是强制性要求，耐磨带焊接完成之后，应立即使用热绝缘好的石棉布保温缓慢冷却。
包裹焊好的耐磨带接头必须在空气静止的环境下进行，禁止通风扇在接头逐渐冷却的过程中直接吹接头。
七、焊后清理
焊后清理是指使用砂轮机打磨耐磨带的重叠区域、飞溅的渣子和较小的焊瘤。
对耐磨带进行焊后清理，可以使耐磨带表面平滑。
在进行耐磨带焊后清理时，应当注意必须等待钻杆接头冷却到70℃以下进行。
八、最终成品检验
所有的焊缝在焊后48小时应按JB/T6061 – 1992标准进行100%磁粉探伤检验。
检验结果不允许出现裂纹。
同时按GB2654 –1989标准进行堆焊金属硬度试验，检验结果应达到设计要求。
注：此耐磨带焊接工艺流程及标准规范由北京固本科技有限公司制定和发布，仅适用于北京固本KB100 / KB150 / KB300 /
KB350型耐磨带焊丝。
使用其他耐磨带焊接材料时，文档内容仅供参考。