[发明专利]一种钻杆成型焊缝的热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁材料的热处理技术领域，尤其涉及一种钻杆成型焊缝的热处理方法。

背景技术

目前，钻杆的成型主要是将管体和接头通过摩擦焊工艺进行成型焊缝。摩擦焊工艺的一般流程为：接头检验→管体外观检验→管体无损检验→管端加工→惯性摩擦焊接→去应力退火→飞边加工→淬火→回火→焊区检验→成品钻杆称重、测长→焊接耐磨带→标识、打包、发货。

现有技术中，通常以生产管体外径为88.9mm、101.6mm、127mm、139.7mm的钻杆为主，对于焊接的钻杆管体端部均需要加厚，加厚端壁厚介于12.01mm-24.62mm之间。钻杆焊后热处理采用退火、淬火、回火工艺。在对小钻杆，例如，外径小于88.9mm加厚端壁厚小于19.05mm的钻杆进行淬火时，由于钻杆焊缝处管壁太薄且冷却速度太快，其焊缝处的瞬时内应力超过该钢材的断裂强度，易发生淬火裂缝。

为了解决上述问题，现有热处理工艺中通常将淬火液浓度提高至7％，但是，因为小钻杆加厚端管壁太薄，管体内外冷却速度差别大，表面呈压应力，心部呈拉应力，出现的最大拉应力超过其抗拉强度仍易发生淬火裂缝。即淬火液浓度由3％提高至7％，并未给消除成型焊缝带来好的效果，所以仅仅依靠提高淬火液浓度已经无法从根本上解决小钻杆焊缝的裂缝问题。

因此，需要一种热处理工艺以解决小钻杆摩擦焊生产过程中容易产生裂缝的问题。

发明内容

为了解决上述全部或部分技术问题，本发明提供了一种钻杆成型焊缝的热处理方法，包括以下步骤：首先，将钻杆管体与接头之间的经摩擦焊形成的焊缝区进行退火处理；然后，将退火后的钻杆在室温中空冷，直至冷却到室温；最后，将冷却后的钻杆进行回火处理。

在这种情况下，钻杆管体与接头之间经摩擦焊之后，先进行退火和室温空冷过程，此时焊缝处的组织由奥氏体转变为马氏体。经特定温度和保温时间下的回火处理，马氏体转变成回火索氏体。由于回火索氏体具有良好的韧性和塑性，同时强度亦较高，因此使得钻杆焊缝具有良好的综合力学性能，最终保证了钻杆管体与接头之间连接的牢固性。上述热处理方法尤其适用于外径小于88.9mm加厚端壁厚小于19.05mm的钻杆。

进一步地，退火温度为645℃至675℃，保温时间为9s至11s。优选地，退火温度为660℃，保温时间为10s。由此，使焊缝区域的金属组织均匀化，去除部分内应力，并为后续的热处理工艺做准备。

进一步地，所述室温空冷过程中的温度范围为10℃至40℃，优选地，为14℃。由此，焊缝处的组织由奥氏体转变为马氏体。

进一步地，回火温度为635℃至665℃，保温时间为80s至100s。优选地，回火温度为650℃，保温时间为90s。由此，马氏体转变成回火索氏体。

进一步地，退火与回火的加热步骤在中频感应加热设备的中频感应线圈内进行。由此，钻杆成型焊缝处可以得到较为均匀的加热处理。

进一步地，在退火与冷却步骤之间还包括对焊缝进行飞边加工的步骤。

进一步地，钻杆外径小于88.9mm，钻杆管体加厚端壁厚小于19.05mm。优选地，钻杆外径为60.32mm，钻杆管体加厚端壁厚为10.68mm。

进一步地，钻杆成型焊缝的热处理方法还包括对热处理后的钻杆进行性能测试的步骤。例如，抗拉性能测试、冲击性能测试、弯曲性能测试以及硬度性能测试。由此，可以检测和评价小钻杆的机械性能。

本发明的优点在于：(1)经本发明的热处理方法处理过的钻杆焊缝，使得焊缝内部组织中的位错大量消除，金属组织达到或接近平衡状态，使得钻杆具有良好的使用性能。(2)由室温空冷步骤代替淬火步骤，冷却过程比较缓和，避免了因淬火过程中快速冷却而使钻杆内产生温度梯度和内应力，使得钻杆焊缝处的组织更细，彻底解决了小钻杆焊缝处出现裂纹的问题。(3)采用上述热处理工艺生产的小钻杆，一次合格率从88％提高至100％，提升了生产效率，而且机械性能超过API标准。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明实施例的小钻杆的结构示意图；

图2为本发明实施例的小钻杆的抗拉试验试样取样位置示意图；

图3为本发明实施例的小钻杆的冲击试验试样取样位置示意图；

图4为本发明实施例的小钻杆的弯曲试验示意图；

图5为本发明实施例的小钻杆的硬度试验试样取样位置示意图；