石油钻杆用惯性摩擦对焊机设备及监控系统

一、概述
    惯性摩擦焊接法的研究已有几十年的历史，是一种无熔化过程的固态结合。由于惯性摩擦焊特有的技术优越性及经济效益， 再加上现代监控技术及微机技术及微机的配套使用，这种工艺在国外已得到广泛的应用。

    石油钻杆的质量很大程度上取决于钻杆的焊接质量。上世纪70年代初，加压气焊及闪光对焊技术用于旧钻杆的修复和新钻杆的生产，但这两种焊接方法的焊接工艺参数不易控制，容易在焊接部位因粒状或块状氧化物和硅酸盐类非金属夹杂物残留在焊缝中，形成致命的浅平微坑状焊接灰斑缺陷。存在灰斑缺陷的对焊钻杆在使用中极易导致早期脆性断裂，远不能满足钻井要求，因此这两种焊接方法逐渐被淘汰。
    后来，为满足钻井技术对钻杆的要求，研究了一种新型钻杆生产技术———摩擦焊接工艺。这种焊接方法由于加热时间短，热影响区狭小（焊缝两端均不超过20mm），焊接加压顶端能挤掉焊缝中产生的有害夹杂物微粒等，使钻杆焊接质量大大提高，避免了闪光焊等焊接方法易产生的各种有害焊接缺陷。随着摩擦焊接工艺的不断改进和完善以及焊接参数控制程序化和自动化，焊接质量进一步稳定提高，且生产效率高、成本低。当今摩擦焊工艺在钻杆生产工艺中占主导地位。
    钻杆构件中，钻杆管体加工工艺最复杂，技术含量也最高，其生产工艺流程为:转炉或电炉炼钢→炉外精炼→连铸管坯→管坯验收→管坯环行炉加热→管坯穿孔→定径→连轧→再加热→张力减径→矫直→外表面检验→切头切定尺→内表面及尺寸检验→管端加厚→管端修磨及检验→调质热处理→热矫直→取样机械性能分析→纵、横向无损探伤及内外表面缺陷检查。
    国内钻杆接头质量已达到国外水平，通过应用先进的惯性摩擦对焊技术及焊接工艺，焊缝性能已稳定，若使用高质量的钻杆管体，国产钻杆的整体性能完全能达到进口钻杆的性能。

二、石油钻杆加工规格(mm)Φ60.3～139.7

三、设备示意图

(惯性摩擦焊机设备全貌)

(正在生产中的惯性摩擦焊机)

(惯性摩擦焊接后的石油钻杆成品)

四、惯性摩擦焊机主体设备组成：
  1) 主轴装置
  2) 主轴传动装置
  3) 管体夹紧装置
  4) 外毛刺车削装置

  ……

五、摩擦焊机工艺流程：
    横移装置从对焊机旁的等候位置取下钻杆，并将其放到摩擦对焊机中的夹紧和顶锻滑台的卡爪之间。
用位于夹紧装置处的定心装置将钻杆定心，然后用夹紧装置把它夹紧。
    主轴卡盘自动装上工具接头。
    工具接头装料装置由几个部分组成：
      1、 装料辊式链。
      2、 带升降台和推入油缸的分体机构。
      3、 带夹的装料臂。

    ……

六、钻杆惯性摩擦焊机监控系统组成及功能：
    监控系统由管理计算机、监控系统软件和PLC控制部分组成；提供的现场控制级采用Siemens系列的PLC进行设备控制。
    PLC控制部分通过对摩擦焊机各设备的控制来完成钻杆与接头之间的摩擦焊接。系统通过对包括摩擦焊机本体设备、液压装置、管体运输装置等各受控设备的自动控制来自动完成整个焊接过程，也具备所有单体受控设备的手动操作功能。具备在紧急情况下运行设备的“紧停”功能。具有设备故障报警及报警显示功能。
    ● 控制功能：
       监控计算机通过向下位PLC站发出各种控制指令，包括：
       —— 系统自动，手动控制方式的选择。
       —— 自动状态下主要工艺流程的选择，起动和停止。
       —— 故障情况下的紧急停机操作。
    ● 参数设定功能：
    ● 显示功能：
    ● 故障处理功能：
    ● 重要数据分析和运行管理：
    ● 现场数据采集
    ● 通讯功能等

七、钻杆摩擦焊接焊缝热处理参数监控系统
    本系统采用高功率激光刻字设备在钻杆的工具接头上刻上流水号，再用参数监控装置收集焊接及热处理参数，并把这些参数按流水号为索引写入数据库，从而做到随时进行查询、统计，达到质量监控和跟踪的目的。

    设备构成:

注：惯性摩擦对焊机为石油钻杆生产线中的核心设备，我们目前提供的设备为国内厂商联合研制，性价比高，生产出的产品性能已达到并超过国际同类先进产品。