CN101972885A

CN101972885A - 石油方钻杆窄间隙脉冲熔化极气保护无衬套打底焊方法

Info

Publication number: CN101972885A
Application number: CN 201010284615
Authority: CN
Inventors: 马彩霞; 张瑟; 黄旭升; 李文亚; 王晓莉; 马福保; 付东竹; 杨思乾; 蔺成效
Original assignee: Northwestern Polytechnical University; Shanxi North Machine Building Co Ltd
Current assignee: Northwestern Polytechnical University; Shanxi North Machine Building Co Ltd
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: CN101972885B

Abstract

本发明公开了一种石油方钻杆窄间隙脉冲熔化极气保护无衬套打底焊方法，用于解决现有的焊接方法在焊接石油方钻杆时操作困难而导致焊接质量差的技术问题。技术方案是将待焊接的左、右钻杆焊缝坡口加工成相互配合的钝边，左、右钻杆找正对准后，形成窄间形坡口；采用脉冲TIG焊枪进行底层焊接，采用脉冲MAG焊进行填充焊接，直至焊接完成。由于采用将焊缝坡口的钝边加工成锥口后配合对缝，钝边之上加工成与焊件内壁成一定夹角的斜边，这种锥口配合的窄间形焊缝坡口有效的拟制了转动错边和焊接变形导致的焊穿问题，采用不加填丝钨极脉冲氩弧焊进行打底焊，操作简便，且保证了脉冲TIG打底焊的焊缝质量。

Description

石油方钻杆窄间隙脉冲熔化极气保护无衬套打底焊方法

技术领域

本发明涉及一种石油钻铤焊接方法，特别是一种石油方钻杆窄间隙脉冲熔化极气保护焊无衬套打底焊接方法。

背景技术

现有的窄间隙脉冲熔化极气体保护自动焊方法(以下简称MAG焊)，在焊接大厚壁小直径的中碳合金结构钢管件时，为了防止底层的焊穿及反面产生过大的焊缝余高，必须要在管体的内壁加衬套，衬套一般用耐火材料制作，等焊接过程结束后要将耐火材料衬套击碎取出。这种方法在焊接钻铤时，由于管件壁厚且长，要将耐火衬套击碎取出，工艺较为复杂。

文献“方钻杆环缝自动焊机的研制蒋淑英、孙永兴、王玉彬、许敬年《石油机械》2006年34卷12期第41-43页”公开了一种方钻杆环缝自动焊机，该焊机焊接方钻杆时用钨极氩弧焊方法(以下简称TIG焊)进行打底焊，用熔化极CO₂气保护焊进行多层填充焊接。但现有的焊接方法存在以下问题：

1.石油方钻杆进行对接焊时，如果没有配装衬套的衬托和同心作用，首先焊口的装配找正麻烦且费时；其二焊接对口转动时易错边相当于使钝边减薄易导致焊穿；第三焊接变形使未焊接区段对缝间隙加大也易导致焊穿。

2.MAG焊的电弧具有较强的穿透力，故常将TIG焊的焊缝焊穿，一旦底层焊穿，就直接造成报废品。

3.TIG焊的穿透能力有限，故打底焊焊缝的厚度有限，一般在3mm以下。若要加厚底层焊缝，必须要增加自动填充焊丝，大大增加了MAG焊设备的复杂程度，亦影响设备的工作稳定性。

发明内容

为了克服现有的焊接方法在焊接石油方钻杆时操作困难而导致焊接质量差的不足，本发明提供一种石油方钻杆窄间隙脉冲熔化极气保护焊无衬套打底焊接方法。该方法将焊缝坡口的钝边加工成锥口后配合对缝，钝边之上加工成与焊件内壁成一定夹角的斜边，这种锥口配合的窄间形焊缝坡口可以有效地拟制转动错边和焊接变形导致的焊穿问题，采用不加填丝钨极脉冲氩弧焊进行打底焊，操作简便，且可以保证脉冲TIG打底焊的焊缝质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种石油方钻杆窄间隙脉冲熔化极气保护无衬套打底焊接方法，其特点是包括下述步骤：

(a)将左钻杆1焊缝坡口加工成左钝边3，左钝边3与焊件内壁夹角65～75°，左钝边3上方加工成与焊件内壁夹角为50～60°的左斜边4；同样，将右钻杆2焊缝坡口加工成右钝边5，右钝边5与焊件内壁夹角105～115°，右钝边5上方加工成与焊件内壁夹角为50～60°的右斜边6；左钻杆1与右钻杆2找正对准后，左钝边3与右钝边5贴合形成对接缝10，左斜边4与右斜边6形成窄间形坡口7，窄间形坡口7的宽度是10～15mm；

(b)将脉冲MAG焊枪8垂直于方钻杆轴线安装在窄间形坡口7内，窄间形坡口7向前、或向后45°安装的脉冲TIG焊枪11，气动驱动脉冲TIG焊枪11进入窄间形坡口7内，脉冲TIG焊枪11的钨极使其指向对接缝10，设定焊接参数：基值电流145～150A；脉冲电流220～235A；电弧电压5～6V；脉冲频率10Hz；焊接速度0.029～0.033m/min；氩气流量0.6～0.7L/h，启动脉冲TIG自动焊程序，在焊件旋转的同时，使钨极端部与对接缝10之间引燃电弧进行底层焊接，焊完底层环缝后将脉冲TIG焊枪11退出窄间形坡口7；

(c)从第二层起，在底层之上采用脉冲MAG焊进行填充焊接，将脉冲MAG焊枪8步进驱动下落，使焊丝9指向底层焊缝，设定小焊接参数：送丝速度2.0～2.2m/min；焊接速度0.08～0.10m/min；脉冲电流125～129A；基值电流50～60A；氩气流量1300～1600L/h；二氧化碳气流量110～130L/h；启动脉冲MAG自动焊程序，在焊件旋转的同时，焊丝9匀速送出，焊丝端部与底层之间引燃电弧进行第二层焊接；

(d)第二层焊接完成后，脉冲MAG焊枪8自动提升2.8～3.3mm进入第三层焊接，直至焊接完成；这个阶段不停焊；采用大规范参数：送丝速度0.029～0.033m/min；焊接速度0.04～0.06m/min；脉冲电流140～145A；基值电流50～60A；氩气流量1300～1600L/h；二氧化碳气流量110～130L/h。

本发明的有益结果是：由于采用将焊缝坡口的钝边加工成锥口后配合对缝，钝边之上加工成与焊件内壁成一定夹角的斜边，这种锥口配合的窄间形焊缝坡口有效的拟制了转动错边和焊接变形导致的焊穿问题，采用不加填丝钨极脉冲氩弧焊进行打底焊，操作简便，且保证了脉冲TIG打底焊的焊缝质量。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明方法中焊件对接后的示意图。

图2是图1的A向剖面图。

图3是图1中左钻杆的示意图。

图4是图1中右钻杆的示意图。

图中，1-左钻杆，2-右钻杆，3-左钝边，4-左斜边，5-右钝边，6-右斜边，7-窄间形坡口，8-脉冲MAG焊枪，9-焊丝，10-对接缝，11-脉冲TIG焊枪。

具体实施方式

参照图1～4。第一步：采用机械加工将左钻杆1焊缝坡口加工成左钝边3，左钝边3与焊件内壁夹角65～75°，左钝边3上方加工成与焊件内壁夹角为50～60°的左斜边4；采用同样的方法将右钻杆2焊缝坡口加工成右钝边5，右钝边5与焊件内壁夹角105～115°，右钝边5上方加工成与焊件内壁夹角为50～60°的右斜边6。

左钻杆1与右钻杆2找正对准后，左钝边3与右钝边5贴合形成对接缝10，左斜边4与右斜边6形成窄间形坡口7，坡口7宽度是10～15mm。

第二步：将脉冲MAG焊枪8垂直于方钻杆轴线安装在窄间形坡口7内，窄间形坡口7向前、或向后45°安装的脉冲TIG焊枪11，气动驱动脉冲TIG焊枪11进入窄间形坡口7内，脉冲TIG焊枪11的钨极使其指向对接缝10，启动脉冲TIG自动焊程序，在焊件旋转的同时，使钨极端部与对接缝10之间引燃电弧进行底层焊接，焊完底层环缝后将脉冲TIG焊枪11退出窄间形坡口7。设定焊接规范参数为：基值电流145～150A；脉冲电流220～235A；电弧电压5～6V；脉冲频率10Hz；焊接速度0.029～0.033m/min；氩气流量0.6～0.7L/h。

第三步：从第二层起，在底层之上采用脉冲MAG焊进行填充焊接，将脉冲MAG焊枪8步进驱动下落，使焊丝9指向底层焊缝，焊枪的气体保护罩与焊管的外圆相接触，要求当焊件旋转时，气体保护罩要能沿焊件的外圆面作平滑均匀运动。第二层脉冲MAG焊采用优化的小焊接规范参数进行焊接，既要确保焊接质量又要底层不焊穿。设定小焊接规范参数：送丝速度2.0～2.2m/min；焊接速度0.08～0.10m/min；脉冲电流125～129A；基值电流50～60A；氩气流量1300～1600L/h；二氧化碳气流量110～130L/h。启动脉冲MAG自动焊程序，在焊件旋转的同时，焊丝9匀速送出，焊丝端部与焊接坡口的底层之间引燃电弧进行第二层焊接。

第四步：第二层焊接完成后，脉冲MAG焊枪8自动提升2.8～3.3mm进入第三层焊接，直至焊接完成。这个阶段不停焊。采用大规范参数：送丝速度0.029～0.033m/min；焊接速度0.04～0.06m/min；脉冲电流140～145A；基值电流50～60A；氩气流量1300～1600L/h；二氧化碳气流量110～130L/h。每焊完一层，焊枪自动提升2.8～3.3mm，以保证电弧长度不变，直至焊接完成。

采用本发明方法焊接的四方和六方钻杆，其焊缝接头分别经热处理后再用超声检测，焊缝质量符合<<GB/T 15830-1995>>标准的规定。

研究人员对焊缝接头进行机械性能试验，其焊缝、热影响区及熔合线的机械性能数据如表1、2所示。表中的机械性能指标全部符合使用要求。

表1.冲击实验结果

表2.拉伸实验结果

Claims

1.一种石油方钻杆窄间隙脉冲熔化极气保护无衬套打底焊方法，其特征在于包括下述步骤：

(a)将左钻杆(1)焊缝坡口加工成左钝边(3)，左钝边(3)与焊件内壁夹角65～75°，左钝边(3)上方加工成与焊件内壁夹角为50～60°的左斜边(4)；同样，将右钻杆(2)焊缝坡口加工成右钝边(5)，右钝边(5)与焊件内壁夹角105～115°，右钝边(5)上方加工成与焊件内壁夹角为50～60°的右斜边(6)；左钻杆(1)与右钻杆(2)找正对准后，左钝边(3)与右钝边(5)贴合形成对接缝(10)，左斜边(4)与右斜边(6)形成窄间形坡口(7)；

(b)将脉冲MAG焊枪(8)垂直于方钻杆轴线安装在窄间形坡口(7)内，窄间形坡口(7)向前、或向后45°安装的脉冲TIG焊枪(11)，气动驱动脉冲TIG焊枪(11)进入窄间形坡口(7)内，脉冲TIG焊枪(11)的钨极使其指向对接缝(10)，设定焊接参数：基值电流145～150A；脉冲电流220～235A；电弧电压5～6V；脉冲频率10Hz；焊接速度0.029～0.033m/min；氩气流量0.6～0.7L/h，启动脉冲TIG自动焊程序，在焊件旋转的同时，使钨极端部与对接缝(10)之间引燃电弧进行底层焊接，焊完底层环缝后将脉冲TIG焊枪(11)退出窄间形坡口(7)；

(c)从第二层起，在底层之上采用脉冲MAG焊进行填充焊接，将脉冲MAG焊枪(8)步进驱动下落，使焊丝(9)指向底层焊缝，设定小焊接参数：送丝速度2.0～2.2m/min；焊接速度0.08～0.10m/min；脉冲电流125～129A；基值电流50～60A；氩气流量1300～1600L/h；二氧化碳气流量110～130L/h；启动脉冲MAG自动焊程序，在焊件旋转的同时，焊丝(9)匀速送出，焊丝端部与底层之间引燃电弧进行第二层焊接；

(d)第二层焊接完成后，脉冲MAG焊枪(8)自动提升2.8～3.3mm进入第三层焊接，直至焊接完成；这个阶段不停焊；采用大规范参数：送丝速度0.029～0.033m/min；焊接速度0.04～0.06m/min；脉冲电流140～145A；基值电流50～60A；氩气流量1300～1600L/h；二氧化碳气流量110～130L/h。

2.根据权利要求1所述的石油方钻杆窄间隙脉冲熔化极气保护无衬套打底焊方法，其特征在于：所述窄间形坡口(7)的宽度是10～15mm。