專利名稱：：石油鉆桿摩擦焊焊接接頭形變熱處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種液壓金屬打包機。主要用于將各種輕薄型黑色和有色金屬廢料的冷態(tài)束塊打包，使之形成緊密均勻的圓柱體形包塊。屬金屬打包機
技術(shù)領(lǐng)域：
。(二)
背景技術(shù)：
：摩擦焊工藝仍然使接頭保持纖維組織形態(tài)，只是在近縫區(qū)改變了原始母材的流線方向，這種由壓力加工形成的纖維組織十分穩(wěn)定，不能用常規(guī)熱處理消除，它表現(xiàn)的各向異性導致焊縫出現(xiàn)韌性低谷，在鉆桿使用中降低焊區(qū)疲勞壽命并增大了焊縫脆斷失效的傾向。(三)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種在鉆桿使用中增大焊區(qū)疲勞壽命并降低悍縫脆斷失效的傾向的石油鉆桿摩擦焊焊接接頭形變熱處理的方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種石油鉆桿摩擦焊悍接接頭形變熱處理的方法，其特征在于把悍接的摩擦加熱熱源同時作為焊接接頭淬火處理的加熱熱源，在摩擦焊接過程中摩擦加熱階段結(jié)束后和頂鍛焊接結(jié)束前某瞬間，利用安裝在焊機上的淬火裝置及時向焊區(qū)噴射淬火介質(zhì)，使接頭區(qū)迅速冷卻，接著用同樣裝在焊機上的回火裝置對焊區(qū)及時回火，焊區(qū)金屬得到形變與相變兩種強韌化作用，這樣焊件的摩擦焊接與焊區(qū)的調(diào)質(zhì)處理同在摩擦焊機上完成，省去原工藝流程中焊后的退火、淬火、回火三道工序。本發(fā)明石油鉆桿摩擦焊焊接接頭形變熱處理，是針對鉆桿摩擦焊接過程所特有的接頭區(qū)金屬在急速加熱的同時伴有劇烈變形的特點，在摩擦焊領(lǐng)域中引入形變強化與相變強化相結(jié)合的理論，在鉆桿焊接過程中利用剎車能耗和焊接余熱進行形變熱處理，充分挖掘摩擦焊過程自身所具有的形變與相變強韌化的潛力，把摩擦焊高溫形變引入的大量位錯、嵌鑲結(jié)構(gòu)等用淬火相變牢固的釘扎住，并在焊機上直接完成回火，通過改變傳統(tǒng)的摩擦焯過程把焊接工藝和熱處理工藝實行工序兼并，發(fā)揮形變強化與相變強化的雙重作用，取得以往單一方法不能達到的強韌化效果，以簡單的工藝流程實現(xiàn)在不降低接頭強度的條件下韌性超過調(diào)質(zhì)母材的水平。這種方法使摩擦焊焊接接頭既克服了焊縫韌性差及局部熱處理邊界強度低的缺點，又簡化了工藝、提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了能源。本發(fā)明是把提高摩擦焊接頭強韌性的研究成果在技術(shù)上落實到減少剎車能耗以控制剎車減速度和論證焊接余熱的可利用性的實踐層面，用剎車能耗和焊接余熱來進行形變熱處理，通過改變傳統(tǒng)的摩擦焊過程把焊接工藝同熱處理工藝實行工序兼并，發(fā)揮形變強化與相變強化的雙重作用，取得用以往單一方法不能達到的接頭強韌化效果，以尋求一種在不降低接頭強度的前提下，其韌性超過調(diào)質(zhì)母材的新方法，本發(fā)明強調(diào)的一點是焊接4及淬火與回火同時在摩擦焊機上一氣呵成。(四)圖1為本發(fā)明涉及的摩擦焊過程的形變熱處理示意圖。圖2為以往cpl27mmG105石油鉆桿普通摩擦焊接頭性能分布圖。(五)具體實施例方式為說明方便，稱通常連續(xù)驅(qū)動摩擦焊剎車頂鍛后直接空冷的工藝為普通摩擦焊，以示與摩擦焊形變熱處理工藝的區(qū)別。并測試有關(guān)的摩擦焊熱力循環(huán)曲線，建立相應(yīng)的連續(xù)冷卻組織轉(zhuǎn)變圖(簡稱HCCT圖，參見圖1)。由圖1可知，不同的熱力循環(huán)曲線將有不同的組織性能與之對應(yīng)。曲線1既是普通摩擦焊的熱力循環(huán)曲線。不難看出，僅靠調(diào)整焊接參數(shù)對改變它的熱力循環(huán)曲線是有限的。為改善接頭性能可設(shè)計幾種形變熱處理試驗方案。其中曲線2是焊熱淬火試驗，焊熱淬火是利用摩擦焊局部高溫形變條件直接淬火并輔以隨后的高溫回火。顯然這種人為工藝干預控制是對普通摩擦焊的熱力循環(huán)曲線的重要而有效的修正，而且利用焊接余熱直接淬火也是生產(chǎn)中容易實現(xiàn)的高溫形變淬火工藝。焊熱淬火是通過優(yōu)化剎車減速度及冷卻規(guī)范控制形變與相變。剎車消耗掉大部分主軸轉(zhuǎn)動動能，只有少部分用于焊接區(qū)的形變，降低剎車減速度可促進形變，優(yōu)化形變條件即可通過配比合適的轉(zhuǎn)動慣量最終取消剎車，可見利用剎車能耗反而可用較低的形變力獲得最佳的形變條件，為此對原連續(xù)驅(qū)動摩擦焊機進行相應(yīng)改造，經(jīng)過一系列論證預備試驗，得出了余熱淬火不影響材料的焊接性的結(jié)論，為此在焊機上配備了淬火及回火裝置，通過淬火時機、淬火介質(zhì)及淬火時間等的優(yōu)化決定焊熱淬火的冷卻規(guī)范。本發(fā)明優(yōu)選了液一氣霧化介質(zhì)為理想介質(zhì)，它保證了焊件在摩擦焊CCT圖彎曲處(鼻溫區(qū))的冷卻速度大于臨界冷卻速度，而在其它溫度范圍尤其是馬氏體轉(zhuǎn)變溫度則盡可能緩慢，使焊接區(qū)能完成馬氏體轉(zhuǎn)變而完全淬硬，同時又避免了過大的組織應(yīng)力，防止焊件淬裂。在淬火裝置上同時并行安裝感應(yīng)加熱用回火圈，焊區(qū)淬火后在焊機上得以立即回火，以獲取最佳使用性能。通過對焊接參數(shù)、剎車及冷卻條件的正交試驗優(yōu)選，綜合為弱規(guī)范、緩剎車、強冷卻的焊熱淬火規(guī)范，有利于獲得最佳的強韌化效果。經(jīng)對鉆桿焊熱淬火工藝的反復試驗，有效的消除了焊縫處的韌性低谷，同時因取消重新加熱也就不存在熱影響區(qū)邊界的硬度低谷。達到了在不降低接頭強度的條件下，焊縫韌性超過了調(diào)質(zhì)母材的水平。對5"G105石油鉆桿這種重要產(chǎn)品，采用焊熱淬火工藝取代了代表當今世界先進水平的普通摩擦焊+焊后去飛邊退火+調(diào)質(zhì)(高頻噴霧淬火)的工藝流程，修復的鉆桿性能超過了其它新生產(chǎn)和修復廠家的產(chǎn)品(見表l)。表10>127mmG105石油鉆桿摩擦焊焊區(qū)力學性能對比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>圖2為原工藝焊接區(qū)性能分布，焊熱淬火工藝消除了焊縫處的韌性低谷，而且由于取消了焊后重新加熱淬火工序，也就不存在圖2中見到的熱處理熱影響區(qū)邊界的硬度低谷。附件焊熱淬火強韌化機理1.1淬透性提高結(jié)構(gòu)鋼在淬透情況下能獲得優(yōu)良的綜合性能。焊熱淬火是對摩擦加熱的薄層淬火，很容易淬透，在近縫區(qū)得到單一馬氏體。普通摩擦焊焊后空冷一般不能淬透，得到混合組織，若對其重新加熱淬火，由于淬火直徑比焊接加熱層要大得多，其淬透性更遠不及焊熱淬火。同時焊熱淬火是在頂鍛后立即進行，淬火溫度比普通淬火高得多，淬火奧氏體溫度的提高，奧氏體化充分，而且穩(wěn)定性增加，奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的速度大大減慢，這意味著焊件材料的C形曲線右移、鋼的淬透性明顯提高，因此接頭的綜合性能便得以相應(yīng)改善。1.2組織結(jié)構(gòu)的變化焊熱淬火為高溫形變淬火，高溫形變可顯著細化馬氏體組織，鋼45焊熱淬火得到了位錯板條馬氏體，并且消除了孿晶片狀馬氏體，改變了已析出的MnS等的分布，還可促進在淬火過程中碳化物的析出，使回火時析出的碳化物彌散分布，這樣的組織形態(tài)有利于強韌性的提高，更重要的在于結(jié)構(gòu)上，高溫形變引起的奧氏體位錯密度的增加，嵌鑲尺寸的減小為淬火馬氏體所繼承，并在繼承的同時發(fā)生增殖，通過多邊化形成了有利于這種增殖的穩(wěn)定的亞結(jié)構(gòu)，也為淬火馬氏體所繼承，回火時沿這些亞結(jié)構(gòu)邊界析出了能釘扎這些邊界的碳化物而使這些亞結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，因此使強韌化效果得以遺傳。普通摩擦焊則因恢復再結(jié)晶的軟化趨勢強而喪失了相變強韌化的機會。1.3擴大了形變區(qū)摩擦焊除了具有焊接熱影響區(qū)外，還有與之相應(yīng)的形變區(qū)，焊熱淬火工藝由于降低了剎車階段的減速度，強化了焊接區(qū)的形變強度。在頂鍛焊接過程中增大了扭應(yīng)力的作用，使塑性提高，形變量增大，形變區(qū)加寬，形變區(qū)已覆蓋了熱影響區(qū)，形變的硬化作用抑制了加熱回復軟化過程。技術(shù)優(yōu)勢(1)摩擦焊的形變熱處理充分利用和挖掘了摩擦焊過程自身所具有的形變與相變強韌化的潛力，實現(xiàn)了把摩擦焊工藝同熱處理操作相結(jié)合，同時發(fā)揮形變強化與相變強化的雙重優(yōu)勢，達到單一強化作用所不能達到的效果，尋找到一條以其簡單的工藝流程來消除摩擦焊接頭韌性低谷與強度低谷的有效途徑。(2)摩擦焊的形變熱處理，同時強調(diào)形變條件與相變條件的優(yōu)化，它對傳統(tǒng)的摩擦焊方法進行了改進，利用剎車減速度的調(diào)解優(yōu)化形變條件，改變了以往選參數(shù)要求快速剎車不改變轉(zhuǎn)動慣量的一般原則；利用焊接余熱直接淬火不降低焊接性，通過機上淬火裝置及液一氣霧化介質(zhì)優(yōu)化相變條件，可充分發(fā)揮在從前的研究中沒有被利用的相變強韌化的優(yōu)勢。(3)摩擦焊的形變熱處理，要求在選焊接參數(shù)時，應(yīng)以其所造成的形變區(qū)能覆蓋焊接熱影響區(qū)這一原則來考慮。通過網(wǎng)格法可定量測試摩擦焊的形變區(qū)分布，經(jīng)優(yōu)化形變條件擴大形變區(qū)，使形變的硬化作用有效的抑制焊接熱影響區(qū)邊界硬度的下降。(4)焊熱淬火工藝在0127mmG105石油鉆桿摩擦焯修復生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用，突破了代表當今世界先進水平的技術(shù)模式，使摩擦焊接頭達到很高的強韌化水平。它不僅利用了剎車能耗和焊接余熱，而且取消了通常的焊后退火與淬火回火工序，大大節(jié)省了能源，簡化了工藝，提高了工效。權(quán)利要求1、一種石油鉆桿摩擦焊焊接接頭形變熱處理的方法，其特征在于把焊接的摩擦加熱熱源同時作為焊接接頭淬火處理的加熱熱源，在摩擦焊接過程中摩擦加熱階段結(jié)束后和頂鍛焊接結(jié)束前某瞬間，利用安裝在焊機上的淬火裝置及時向焊區(qū)噴射淬火介質(zhì)，使接頭區(qū)迅速冷卻，接著用同樣裝在焊機上的回火裝置對焊區(qū)及時回火，焊區(qū)金屬得到形變與相變兩種強韌化作用，這樣焊件的摩擦焊接與焊區(qū)的調(diào)質(zhì)處理同在摩擦焊機上完成，省去原工藝流程中焊后的退火、淬火、回火三道工序。全文摘要本發(fā)明涉及一種石油鉆桿摩擦焊焊接接頭形變熱處理的方法，其特征在于把焊接的摩擦加熱熱源同時作為焊接接頭淬火處理的加熱熱源，在摩擦焊接過程中摩擦加熱階段結(jié)束后和頂鍛焊接結(jié)束前某瞬間，利用安裝在焊機上的淬火裝置及時向焊區(qū)噴射淬火介質(zhì)，使接頭區(qū)迅速冷卻，接著用同樣裝在焊機上的回火裝置對焊區(qū)及時回火，焊區(qū)金屬得到形變與相變兩種強韌化作用，這樣焊件的摩擦焊接與焊區(qū)的調(diào)質(zhì)處理同在摩擦焊機上完成，省去原工藝流程中焊后的退火、淬火、回火三道工序。本發(fā)明方法在鉆桿使用中增大了焊區(qū)疲勞壽命并降低了焊縫脆斷失效的傾向。文檔編號C21D1/18GK101649376SQ20081002147公開日2010年2月17日申請日期2008年8月14日優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日發(fā)明者朱慶華,磊郭申請人:江陰興鼎石油管件有限公司