根據(jù)鉆鋌石油公司小直徑厚壁管的結(jié)構(gòu)和40CrMnMo材料的特點(diǎn)，優(yōu)化了窄間隙脈沖自耗電極氣體保護(hù)焊接方法。針對(duì)窄間隙焊接中氣體保護(hù)性差和側(cè)壁熔合缺陷的難題，進(jìn)行了大量的焊接工藝試驗(yàn)，并對(duì)窄槽電弧的氣體保護(hù)性、電弧形狀、電弧穩(wěn)定性、焊縫成形質(zhì)量進(jìn)行了探討。優(yōu)化了窄間隙連續(xù)多層焊的工藝參數(shù)。設(shè)計(jì)了一種專用窄間隙焊機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，可達(dá)性好，氣體保護(hù)效果好，具有易起弧、穩(wěn)弧燃燒和避免側(cè)壁電弧的特點(diǎn)。力學(xué)性能測(cè)試和金相組織分析結(jié)果表明，焊接接頭的力學(xué)性能滿足鉆鋌石油公司的要求。
石油鉆采鋼管需求量大，價(jià)格昂貴。在使用過程中，管道的體端部螺紋非常容易磨損，并且有大量的廢料。如果能夠修復(fù)，可以大大降低油田的鉆井和生產(chǎn)成本。鉆鋌的焊接修復(fù)是在鉆鋌，焊接一段接頭的末端切斷連接螺紋，并轉(zhuǎn)動(dòng)接頭上的螺紋。鉆鋌管體與接頭的焊接屬于小直徑厚壁管的對(duì)接環(huán)縫焊接。為此，研究開發(fā)了鉆鋌窄間隙脈沖自耗電極氣體保護(hù)自動(dòng)焊接技術(shù)，開發(fā)了專用焊接設(shè)備和焊機(jī)。設(shè)計(jì)了焊接工藝和坡口。優(yōu)化了焊接工藝參數(shù)，并對(duì)鉆鋌焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行了深入分析。厚壁自動(dòng)焊接技術(shù)在石油和地質(zhì)行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景，是一項(xiàng)修舊利廢、節(jié)約資金的好措施。它在航空、電力、制造等行業(yè)也有著廣闊的應(yīng)用前景[1]。1試驗(yàn)方法1.1試驗(yàn)中使用的鉆鋌管材料為進(jìn)口中碳調(diào)質(zhì)高強(qiáng)度鋼4145H(相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)40立方毫米汞柱)，材料因國(guó)家而異。焊接工具接頭材料在中國(guó)制造，時(shí)間為4145小時(shí)，母材的化學(xué)成分如表1所示。焊接鉆鋌和接頭為厚壁管，內(nèi)徑80毫米，壁厚54毫米，其中管長(zhǎng)約8米，工具接頭長(zhǎng)0.6米，總長(zhǎng)約9米
根據(jù)母材，的化學(xué)成分，該材料碳當(dāng)量大，硬化傾向強(qiáng)，焊接性差。1.2焊接工藝優(yōu)化石油鉆鋌的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是直徑小、管壁厚，目前窄間隙焊接是厚板焊接的有效方法之一。窄間隙焊接是一種以高沉積速率在窄間隙中完成多層焊接的方法。由于窄間隙焊接坡口橫截面積小，填充金屬少，具有成本低、生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)。此外，窄間隙焊接具有焊接熱輸入低、熱影響區(qū)窄和多層焊接的回火效果，提高了焊接接頭的質(zhì)量。特別是沖擊韌性高。目前，窄間隙焊接采用埋弧焊、鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊。采用埋弧焊時(shí)，由于鉆鋌，焊劑直徑小，鐵水容易流失，不適用。采用氬弧焊時(shí)，焊接生產(chǎn)效率太低。MIG焊生產(chǎn)效率高，但焊接電弧難以控制。脈沖電流用于控制電弧和熔滴過渡，可有效提高電弧穩(wěn)定性，減少焊接熱輸入，也有利于提高焊接接頭的力學(xué)性能[2]。
1.3專用窄間隙焊機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
經(jīng)過多次改不銹鋼焊管廠家進(jìn)和試驗(yàn)，研制出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、使用性好、能伸入窄間隙槽內(nèi)的焊機(jī)。噴嘴是橢圓形的，沿著噴嘴的長(zhǎng)軸有兩個(gè)導(dǎo)流翅片。噴嘴外增加一個(gè)橢圓形水冷保護(hù)套。橢圓形噴嘴和橢圓形水冷保護(hù)套之間有滑動(dòng)作用。當(dāng)焊接在凹槽中時(shí)，水冷導(dǎo)電棒和導(dǎo)流片伸入凹槽中，保護(hù)氣體從噴嘴中流出。焊接區(qū)被引入到導(dǎo)向板和凹槽側(cè)壁進(jìn)行保護(hù)。隨著焊道的增加，焊接機(jī)的升降帶動(dòng)噴嘴導(dǎo)板和導(dǎo)電桿一起上升，而橢圓形水冷保護(hù)套沿橢圓形噴嘴滑下，一直粘在焊件上。當(dāng)焊接在焊件外表面焊縫附近時(shí)，保護(hù)效果主要通過水冷304不銹鋼焊管保護(hù)套實(shí)現(xiàn)。該焊機(jī)具有良好的保護(hù)效果。底層和表層的焊接可以有效地保護(hù)焊接區(qū)區(qū)域而沒有氣孔。焊絲的延伸長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)，這使得引弧容易，焊接過程穩(wěn)定。更重要的是，焊機(jī)提高了窄間隙焊接電弧的穩(wěn)定性，避免了側(cè)壁電弧的產(chǎn)生。
1.4 鉆鋌焊接工藝及焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化
1.4.1焊接工藝
(1)選用直徑為1.6 mm的H10Mn2SiMoVE高強(qiáng)度焊絲作為焊絲。
(2)圖1是鉆鋌焊接的示意圖。接頭的鉆鋌和待焊端加工成2.5毫米鈍邊的U形槽。根據(jù)鉆鋌水孔的大小選擇耐火土襯里。將鉆鋌和待焊接的接頭夾在焊接機(jī)床上并找到。焊絲的延伸長(zhǎng)度調(diào)整在1214毫米以內(nèi)，過長(zhǎng)的焊絲容易產(chǎn)生焊接缺陷，燒壞導(dǎo)電嘴，引起爆炸。
(3)用頻率加熱器在300-350預(yù)熱焊接坡口710分鐘。