一种辗环无缝双臂吊环(PSL2)的制造方法与流程

本发明涉及石油钻机设备制造技术领域，具体涉及一种用于石油钻井作业中起、下管柱时悬挂吊卡的专用井口工具的双臂吊环的制造。

背景技术：

吊环是石油钻井作业中起、下管柱时悬挂吊卡的专用井口工具，是钻机设备中的主要承载件。美国石油学会标准apispec8c和中国相应标准都对其承载件提出了很高的要求，不但要求强度足以保证安全系数大于2.25～3.00，而且要求材料的低温冲击功akv(-20℃)≥42j，akv(低于-20℃)≥27j。现有技术中，双臂吊环的制造主要有两种：一是采用锻坯折弯焊接成形，经过锻造长杆毛坯、车削、热弯成开口扁环、加工坡口、焊接开口缝、探伤(超声ut+磁粉mt)、热处理(正火+淬火+回火)、打磨、探伤(ut+mt)、载荷试验、探伤(mt)、喷漆和包装等工序生产成形；二是整体锻造成扁长方体坯料，在扁长方体坯料上气割出双臂吊环的形状，然后将气割成的双臂吊环两端吊耳部分分别加热，在模具中锻造成形。

第一种制造方法中存在以下问题：焊缝质量不稳定，影响吊环合格率；弯曲后长度尺寸不容易控制，配对成功率低；焊缝调质后，力学性能合格率低，无损检测合格率低，难以达到apispec8c中psl2等级要求；吊环需要两次折弯，对接焊缝费时费力；生产效率低，劳动强度大，不适合批量生产。第二种制造方法是材料利用率很低、气割表面精度差、长度控制不精确、配对成功率低，不适合批量生产。

技术实现要素：

为避免上述问题，本发明的目的在于提供一种无缝双臂吊环及其制造方法，双臂吊环的设计满足美国石油学会标准apispec8c要求，其制造方法是以整体辗环轧制成形，锻件热处理后整体进行无损检测，并符合apispec8c-2012和gb/t19190的psl2要求。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：设计无缝双臂吊环结构，包括大端、小端和延伸段，质量等级要求为apispec8c的psl2等级；材料选用高级优质中碳合金结构钢，性能验收标准rm(σb)≥930mpa，rel(σ0.2)≥785mpa，a(δ4)≥14％，z(ψ)≥45％；akv(-20℃)≥42j。所述无缝双臂吊环需成对使用，配对长度误差3mm以内。关于所述无缝双臂吊环的制造工艺包括以下步骤：

1)下料：按辗环无缝双臂吊环重量备料、按要求锯切下料，并按要求加热。

2)制坯、辗环：用自由锻锤镦粗、冲孔制坯，利用成套辗环模具分两次辗制，最终得到尺寸精确控制的无缝圆环。所述无缝圆环作为无缝双臂吊环毛坯。

3)拉伸：所述无缝圆环在专用液压弯曲拉伸设备上拉伸成形，所述大端和小端分别在模具内校正成形。

4)热处理：所述无缝双臂吊环在880℃温度下正火空冷；然后用840℃保温加热，采用水-空气-水的间歇冷却方式淬火处理；再用580±20℃的温度回火，然后空冷；热处理后对无缝双臂吊环进行检验、校直，校直后采用530-550℃温度去应力退火，采用炉冷方式冷却。

5)打磨、无损检测。

6)配对：配对长度误差为3mm。

7)载荷试验、无损检测、喷漆和包装成品。

优选的是，依据双臂吊环性能及-20℃冲击功要求，所述无缝双臂吊环选用高级优质中碳合金结构钢。

所述步骤2)中，所述辗环模具包含：矩形辗压轮、圆形辗压轮和辗压芯轴，所述矩形辗压轮和所述圆形辗压轮的外径φd根据吊环毛坯尺寸确定，内径φd根据辗环机辗环轮轴尺寸确定，所述辗压芯轴包含矩形模腔和圆形模腔，其外径φd2根据吊环毛坯尺寸确定，内径φd2根据辗环机上芯轴尺寸确定。所述下料毛坯首先经所述矩形辗压轮和辗压芯轴矩形模腔辗制成矩形环，然后经所述圆形辗压轮和辗压芯轴圆形模腔辗制，形成无缝圆环。

所述步骤3)中，所述专用液压弯曲拉伸设备，包括拉伸平台、两端液压缸、大端模具和小端模具。所述拉伸平台由型钢和板材组焊而成，所述大端模具和小端模具内圆弧尺寸按照所述无缝双臂吊环两端尺寸设计。

所述步骤4)中，所述冷却方式淬火处理包含油-空气-油的间歇冷却。根据所述双臂吊环截面直径选择，截面直径小于45mm时，选用油-空气-油间歇冷却，截面直径大于45mm时，选用水-空气-水间歇冷却。

本发明的有益效果是：设计专用模具，整体辗环成形，并利用专用设备进行弯曲和校正，提高了零件尺寸精度，提高零件成活率；整体成形，没有焊缝，没有薄弱点，无损探伤合格率高，易于达到apispec8c中psl2等级要求；专用液压弯曲拉伸设备进行拉伸和校正，吊环长度可以精确控制，可以实现100％配对；本发明的工艺路线更简便，周转效率高；利用专用模具辗制、专用设备弯曲及校正，材料利用率高，制造效率高，机械化程度高，适用于批量生产。

附图说明

下面结合附图及实施例，对本发明作进一步描述。

图1是所述无缝双臂吊环的结构示意图。

图2是所述辗环模具的结构示意图。

图3是所述专用液压弯曲拉伸设备的结构示意图。

图4所述大端模具的结构示意图。

图5是所述小端模具的结构示意图。

图1～图5中，1.小端，2.延伸段，3.大端，4.圆形辗压轮，5.矩形辗压轮，6.辗压芯轴，7.圆形模腔，8.矩形模腔，9.拉伸平台，10.液压缸，11.小端模具，12.大端模具，13.液压缸

具体实施过程说明：

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

图1所示的无缝双臂吊环，包括大端3、小端1和延伸段2，质量等级要求为apispec8c的psl2等级；性能验收标准rm(σb)≥930mpa，rel(σ0.2)≥785mpa，a(δ4)≥14％，z(ψ)≥45％；akv(-20℃)≥42j。关于所述无缝双臂吊环的制造工艺包括以下步骤：

1)下料：按辗环无缝双臂吊环重量备料、按要求锯切下料，并按要求加热。

2)制坯、辗环：用自由锻锤镦粗、冲孔制坯，利用成套辗环模具分两次辗制，最终得到尺寸精确控制的无缝圆环。所述无缝圆环作为无缝双臂吊环毛坯。

3)拉伸：所述无缝圆环在专用液压弯曲拉伸设备上拉伸成形，所述大端3和小端1分别在模具内校正成形。

4)热处理：所述无缝双臂吊环在880℃温度下正火空冷；然后用840℃保温加热，选用水-空气-水的间歇冷却方式淬火处理；再用580±20℃的温度回火，然后空冷；热处理后对无缝双臂吊环进行检验、校直，校直后采用550℃温度去应力退火，采用炉冷方式冷却。

5)打磨、无损检测。

6)配对：配对长度误差为3mm。

7)载荷试验、无损检测、喷漆和包装成品。

所述无缝双臂吊环选用高级优质中碳合金结构钢。

所述步骤2)中，所述辗环模具包含：矩形辗压轮5、圆形辗压轮4和辗压芯轴6，所述矩形辗压轮5和所述圆形辗压轮4的外径φd根据吊环毛坯尺寸确定，内径φd根据辗环机辗环轮轴尺寸确定，所述辗压芯轴6包含矩形模腔8和圆形模腔7，其外径φd2根据吊环毛坯尺寸确定，内径φd2根据辗环机上芯轴尺寸确定。所述下料毛坯首先经所述矩形辗压轮5和辗压芯轴6形成的矩形模腔8辗制成矩形环，然后经所述圆形辗压轮4和辗压芯轴6形成的圆形模腔7辗制，形成无缝圆环。

所述步骤3)中，所述专用液压弯曲拉伸设备，包括拉伸平台9、两端液压缸10和13、大端模具12和小端模具11。所述拉伸平台9由型钢和板材组焊而成，所述大端模具12和小端模具11内圆弧尺寸按照所述无缝双臂吊环两端尺寸设计。

以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明的保护范围。