专利名称：：石油钻杆摩擦焊焊接接头形变热处理的方法
技术领域：
：本发明涉及一种液压金属打包机。主要用于将各种轻薄型黑色和有色金属废料的冷态束块打包，使之形成紧密均匀的圆柱体形包块。属金属打包机
技术领域：
。(二)
背景技术：
：摩擦焊工艺仍然使接头保持纤维组织形态，只是在近缝区改变了原始母材的流线方向，这种由压力加工形成的纤维组织十分稳定，不能用常规热处理消除，它表现的各向异性导致焊缝出现韧性低谷，在钻杆使用中降低焊区疲劳寿命并增大了焊缝脆断失效的倾向。(三)
发明内容本发明的目的在于克服上述不足，提供一种在钻杆使用中增大焊区疲劳寿命并降低悍缝脆断失效的倾向的石油钻杆摩擦焊焊接接头形变热处理的方法。本发明的目的是这样实现的一种石油钻杆摩擦焊悍接接头形变热处理的方法，其特征在于把悍接的摩擦加热热源同时作为焊接接头淬火处理的加热热源，在摩擦焊接过程中摩擦加热阶段结束后和顶锻焊接结束前某瞬间，利用安装在焊机上的淬火装置及时向焊区喷射淬火介质，使接头区迅速冷却，接着用同样装在焊机上的回火装置对焊区及时回火，焊区金属得到形变与相变两种强韧化作用，这样焊件的摩擦焊接与焊区的调质处理同在摩擦焊机上完成，省去原工艺流程中焊后的退火、淬火、回火三道工序。本发明石油钻杆摩擦焊焊接接头形变热处理，是针对钻杆摩擦焊接过程所特有的接头区金属在急速加热的同时伴有剧烈变形的特点，在摩擦焊领域中引入形变强化与相变强化相结合的理论，在钻杆焊接过程中利用刹车能耗和焊接余热进行形变热处理，充分挖掘摩擦焊过程自身所具有的形变与相变强韧化的潜力，把摩擦焊高温形变引入的大量位错、嵌镶结构等用淬火相变牢固的钉扎住，并在焊机上直接完成回火，通过改变传统的摩擦焯过程把焊接工艺和热处理工艺实行工序兼并，发挥形变强化与相变强化的双重作用，取得以往单一方法不能达到的强韧化效果，以简单的工艺流程实现在不降低接头强度的条件下韧性超过调质母材的水平。这种方法使摩擦焊焊接接头既克服了焊缝韧性差及局部热处理边界强度低的缺点，又简化了工艺、提高了生产效率，节约了能源。本发明是把提高摩擦焊接头强韧性的研究成果在技术上落实到减少刹车能耗以控制刹车减速度和论证焊接余热的可利用性的实践层面，用刹车能耗和焊接余热来进行形变热处理，通过改变传统的摩擦焊过程把焊接工艺同热处理工艺实行工序兼并，发挥形变强化与相变强化的双重作用，取得用以往单一方法不能达到的接头强韧化效果，以寻求一种在不降低接头强度的前提下，其韧性超过调质母材的新方法，本发明强调的一点是焊接4及淬火与回火同时在摩擦焊机上一气呵成。(四)图1为本发明涉及的摩擦焊过程的形变热处理示意图。图2为以往cpl27mmG105石油钻杆普通摩擦焊接头性能分布图。(五)具体实施例方式为说明方便，称通常连续驱动摩擦焊刹车顶锻后直接空冷的工艺为普通摩擦焊，以示与摩擦焊形变热处理工艺的区别。并测试有关的摩擦焊热力循环曲线，建立相应的连续冷却组织转变图(简称HCCT图，参见图1)。由图1可知，不同的热力循环曲线将有不同的组织性能与之对应。曲线1既是普通摩擦焊的热力循环曲线。不难看出，仅靠调整焊接参数对改变它的热力循环曲线是有限的。为改善接头性能可设计几种形变热处理试验方案。其中曲线2是焊热淬火试验，焊热淬火是利用摩擦焊局部高温形变条件直接淬火并辅以随后的高温回火。显然这种人为工艺干预控制是对普通摩擦焊的热力循环曲线的重要而有效的修正，而且利用焊接余热直接淬火也是生产中容易实现的高温形变淬火工艺。焊热淬火是通过优化刹车减速度及冷却规范控制形变与相变。刹车消耗掉大部分主轴转动动能，只有少部分用于焊接区的形变，降低刹车减速度可促进形变，优化形变条件即可通过配比合适的转动惯量最终取消刹车，可见利用刹车能耗反而可用较低的形变力获得最佳的形变条件，为此对原连续驱动摩擦焊机进行相应改造，经过一系列论证预备试验，得出了余热淬火不影响材料的焊接性的结论，为此在焊机上配备了淬火及回火装置，通过淬火时机、淬火介质及淬火时间等的优化决定焊热淬火的冷却规范。本发明优选了液一气雾化介质为理想介质，它保证了焊件在摩擦焊CCT图弯曲处(鼻温区)的冷却速度大于临界冷却速度，而在其它温度范围尤其是马氏体转变温度则尽可能缓慢，使焊接区能完成马氏体转变而完全淬硬，同时又避免了过大的组织应力，防止焊件淬裂。在淬火装置上同时并行安装感应加热用回火圈，焊区淬火后在焊机上得以立即回火，以获取最佳使用性能。通过对焊接参数、刹车及冷却条件的正交试验优选，综合为弱规范、缓刹车、强冷却的焊热淬火规范，有利于获得最佳的强韧化效果。经对钻杆焊热淬火工艺的反复试验，有效的消除了焊缝处的韧性低谷，同时因取消重新加热也就不存在热影响区边界的硬度低谷。达到了在不降低接头强度的条件下，焊缝韧性超过了调质母材的水平。对5"G105石油钻杆这种重要产品，采用焊热淬火工艺取代了代表当今世界先进水平的普通摩擦焊+焊后去飞边退火+调质(高频喷雾淬火)的工艺流程，修复的钻杆性能超过了其它新生产和修复厂家的产品(见表l)。表10>127mmG105石油钻杆摩擦焊焊区力学性能对比<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>图2为原工艺焊接区性能分布，焊热淬火工艺消除了焊缝处的韧性低谷，而且由于取消了焊后重新加热淬火工序，也就不存在图2中见到的热处理热影响区边界的硬度低谷。附件焊热淬火强韧化机理1.1淬透性提高结构钢在淬透情况下能获得优良的综合性能。焊热淬火是对摩擦加热的薄层淬火，很容易淬透，在近缝区得到单一马氏体。普通摩擦焊焊后空冷一般不能淬透，得到混合组织，若对其重新加热淬火，由于淬火直径比焊接加热层要大得多，其淬透性更远不及焊热淬火。同时焊热淬火是在顶锻后立即进行，淬火温度比普通淬火高得多，淬火奥氏体温度的提高，奥氏体化充分，而且稳定性增加，奥氏体向珠光体转变的速度大大减慢，这意味着焊件材料的C形曲线右移、钢的淬透性明显提高，因此接头的综合性能便得以相应改善。1.2组织结构的变化焊热淬火为高温形变淬火，高温形变可显著细化马氏体组织，钢45焊热淬火得到了位错板条马氏体，并且消除了孪晶片状马氏体，改变了已析出的MnS等的分布，还可促进在淬火过程中碳化物的析出，使回火时析出的碳化物弥散分布，这样的组织形态有利于强韧性的提高，更重要的在于结构上，高温形变引起的奥氏体位错密度的增加，嵌镶尺寸的减小为淬火马氏体所继承，并在继承的同时发生增殖，通过多边化形成了有利于这种增殖的稳定的亚结构，也为淬火马氏体所继承，回火时沿这些亚结构边界析出了能钉扎这些边界的碳化物而使这些亚结构更加稳定，因此使强韧化效果得以遗传。普通摩擦焊则因恢复再结晶的软化趋势强而丧失了相变强韧化的机会。1.3扩大了形变区摩擦焊除了具有焊接热影响区外，还有与之相应的形变区，焊热淬火工艺由于降低了刹车阶段的减速度，强化了焊接区的形变强度。在顶锻焊接过程中增大了扭应力的作用，使塑性提高，形变量增大，形变区加宽，形变区已覆盖了热影响区，形变的硬化作用抑制了加热回复软化过程。技术优势(1)摩擦焊的形变热处理充分利用和挖掘了摩擦焊过程自身所具有的形变与相变强韧化的潜力，实现了把摩擦焊工艺同热处理操作相结合，同时发挥形变强化与相变强化的双重优势，达到单一强化作用所不能达到的效果，寻找到一条以其简单的工艺流程来消除摩擦焊接头韧性低谷与强度低谷的有效途径。(2)摩擦焊的形变热处理，同时强调形变条件与相变条件的优化，它对传统的摩擦焊方法进行了改进，利用刹车减速度的调解优化形变条件，改变了以往选参数要求快速刹车不改变转动惯量的一般原则；利用焊接余热直接淬火不降低焊接性，通过机上淬火装置及液一气雾化介质优化相变条件，可充分发挥在从前的研究中没有被利用的相变强韧化的优势。(3)摩擦焊的形变热处理，要求在选焊接参数时，应以其所造成的形变区能覆盖焊接热影响区这一原则来考虑。通过网格法可定量测试摩擦焊的形变区分布，经优化形变条件扩大形变区，使形变的硬化作用有效的抑制焊接热影响区边界硬度的下降。(4)焊热淬火工艺在0127mmG105石油钻杆摩擦焯修复生产实践中的应用，突破了代表当今世界先进水平的技术模式，使摩擦焊接头达到很高的强韧化水平。它不仅利用了刹车能耗和焊接余热，而且取消了通常的焊后退火与淬火回火工序，大大节省了能源，简化了工艺，提高了工效。权利要求1、一种石油钻杆摩擦焊焊接接头形变热处理的方法，其特征在于把焊接的摩擦加热热源同时作为焊接接头淬火处理的加热热源，在摩擦焊接过程中摩擦加热阶段结束后和顶锻焊接结束前某瞬间，利用安装在焊机上的淬火装置及时向焊区喷射淬火介质，使接头区迅速冷却，接着用同样装在焊机上的回火装置对焊区及时回火，焊区金属得到形变与相变两种强韧化作用，这样焊件的摩擦焊接与焊区的调质处理同在摩擦焊机上完成，省去原工艺流程中焊后的退火、淬火、回火三道工序。全文摘要本发明涉及一种石油钻杆摩擦焊焊接接头形变热处理的方法，其特征在于把焊接的摩擦加热热源同时作为焊接接头淬火处理的加热热源，在摩擦焊接过程中摩擦加热阶段结束后和顶锻焊接结束前某瞬间，利用安装在焊机上的淬火装置及时向焊区喷射淬火介质，使接头区迅速冷却，接着用同样装在焊机上的回火装置对焊区及时回火，焊区金属得到形变与相变两种强韧化作用，这样焊件的摩擦焊接与焊区的调质处理同在摩擦焊机上完成，省去原工艺流程中焊后的退火、淬火、回火三道工序。本发明方法在钻杆使用中增大了焊区疲劳寿命并降低了焊缝脆断失效的倾向。文档编号C21D1/18GK101649376SQ20081002147公开日2010年2月17日申请日期2008年8月14日优先权日2008年8月14日发明者朱庆华,磊郭申请人:江阴兴鼎石油管件有限公司