[发明专利]一种高强韧性钛合金钻杆料的摩擦焊方法

说明书

本发明公开了一种高强韧性钛合金钻杆的摩擦焊方法，钛合金钻杆成分重量百分比为：Al：5～7、Nb：2.0～3.0、Zr：0.5～2.0、Mo：0.7‑1.2、Fe：0.02‑0.05、Si：0.01‑0.03、Ti：余量，利用上述组合物的钛合金钻杆摩擦焊方法是：步骤一，接头转动；步骤二，施加压力；步骤三，摩擦焊接；步骤四，焊缝感应热处理。本发明的有益效果是：该钛合金钻杆料摩擦焊后综合性能可以满足：抗拉强度大于900MPa，屈服强度大于800MPa；焊缝在21℃下10mm×10mm的纵向冲击功可以达到36J以上；焊缝硬度小于32HRC；可在H₂S分压：5Mpa，CO₂分压：11Mpa，NaCl浓度：100000ppmCl，单质硫：3g/L的苛刻腐蚀环境中使用，表现出的抗硫化氢应力腐蚀的能力远高于普通API钻杆，是替代碳钢在油气开采应用的最佳材料，满足腐蚀环境的油田需求。

技术领域

本发明涉及钻探用钻杆材料技术领域，特别涉及一种高强韧性钛合金钻杆料的摩擦焊方法。

背景技术

在油井管产品中，由于钻杆要直接承受钻井作业过程中复杂的弯扭压拉组合载荷，其油田服役的安全性显得至关重要。根据油田的使用经验，钻杆的失效主要体现在焊缝及内加厚过渡带两个部位。摩擦焊接被认为是石油钻杆管体与钻杆接头连接的最可靠的方法。研究开发适合钛合金钻杆产品的焊接工艺显得至关重要。焊接接头存在强韧性能较低的问题，目前最常用的解决方法是进行焊后热处理消除焊接残余应力，提高接头的强韧性指标。目前国内尚没有成熟钛合金钻杆产品的焊接及焊后热处理工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种石油钻杆管体与钻杆接头连接的高强韧性钛合金钻杆料的摩擦焊方法实现钻杆管体的连接。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强韧性钛合金钻杆的摩擦焊方法，采用的钛合金钻杆成分重量百分比为：Al：5～7、Nb：2.0～3.0、Zr：0.5～2.0、Mo：0.7-1.2、Fe：0.02-0.05、Si：0.01-0.03、Ti：余量，利用上述组合物的钛合金钻杆摩擦焊方法是：步骤一，接头转动；步骤二，施加压力；步骤三，摩擦焊接；步骤四，焊缝感应热处理。

所述接头转动：自动焊接机夹牢接头后转动，转速280～320r/min；所述施加压力：焊接顶锻力为400～600N；所述摩擦焊接：控制缩短量为0.7～0.9in；所述焊缝感应热处理：950～970℃正火，时间20min。

所述摩擦焊为钻杆管体与钻杆接头的焊接，摩擦焊接时钻杆管体固定，接头移动。

所述钻杆管体与钻杆接头连接的摩擦焊是钻杆接头与墩粗的钻杆管体摩擦焊。

摩擦焊接后进行表面加工。

所述表面加工为使用车刀车掉焊接产生的飞边。

把焊缝外径加工至管体外径大小，同时清理内表面飞边。

本发明的有益效果是：该钛合金钻杆料摩擦焊后其综合性能可以满足：抗拉强度大于900MPa，屈服强度大于800MPa；焊缝在21℃下10mm×10mm的纵向冲击功可以达到36J以上；焊缝硬度小于32HRC；可在H₂S分压：5Mpa，CO₂分压：11Mpa，NaCl浓度：100000ppmCl，单质硫：3g/L的苛刻腐蚀环境中使用，表现出的抗硫化氢应力腐蚀的能力远高于普通API钻杆，可以做为替代碳钢在油气开采应用的最佳材料，满足腐蚀环境的油田需求。

附图说明

图1为本发明钛合金钻杆金相组织示意图；

图2为本发明钛合金钻杆摩擦焊热处理态金相组织示意图。

具体实施方式