Ölbohrrohre werden hergestellt, indem das Bohrrohrgelenk und der Gestängekörper nach ihrer separaten Fertigung miteinander verbunden werden. Obwohl das Reibschweißen von Bohrrohren erfolgreich eingesetzt wurde, treten im praktischen Schweißprozess weiterhin Mängel wie Schweißnahtversetzungen, Gratbildung an der Außenwand und grobe Gefügestrukturen im Schweißbereich auf. Angesichts dieser Nachteile des Reibschweißens von Bohrrohren wurde die Verbindung mittels Diffusionsschweißen in der Übergangsflüssigphase (TLP) unter atmosphärischen Bedingungen und Argon-Schutzgas durchgeführt. Die so hergestellte Verbindung wies eine qualifizierte Struktur und Leistung auf und ist daher von Bedeutung für die Förderung der Anwendung des Diffusionsschweißens in der Ölindustrie.
Zuerst die Testmaterialien
Für den Test werden ein 127 mm × 10 mm großes Bohrrohr und ein Bohrrohrgelenk verwendet. Das Material ist 35CrMo. Als Zwischenschicht dient eine amorphe Eisen-Nickel-Folie auf FeNi-CrSi-B-Basis mit einem Schmelzpunkt von 1050–1100 °C und einer Dicke von 25 μm.
Zweitens, Schweißgeräte
Die spezielle Diffusionsschweißanlage für Bohrrohre besteht im Wesentlichen aus einem Mittelfrequenz-Netzteil, einem Induktionsheizer, einer Klemme mit Hydrauliksystem, einem Kühlsystem, einem Schutzsystem und einem Steuerungssystem. Der Induktionsheizer ist ein einstufiger, in zwei Hälften geteilter Heizkörper mit einem internen Kühlwasserkanal und einem externen Schutzgaskreislauf. Er integriert Wasser, Strom und Gas, ist einfach zu bedienen und ermöglicht die bequeme Montage und Demontage von Werkstücken. Das Hydrauliksystem erzeugt die Klemm- und Druckkraft zur Fixierung und zum Schweißdruck des Werkstücks. Das Steuerungssystem verwendet ein SPS+PRC-Modul und ermöglicht die Einstellung der Prozessparameter über einen Touchscreen für eine intuitive Mensch-Maschine-Schnittstelle. Das Kühlsystem besteht aus einem Wassertank, einer Wasserpumpe, einem Kühlkörper und einem Lüfter und kühlt die Vorrichtung, den Induktionsheizer und das Hydrauliksystem durch Wasserzirkulation.
Drittens, das Diffusionsschweißverfahren
① Beim Drehen des Bohrgestängegelenks und der Stangenendfläche beträgt die mittlere Rauheit Ra 6,3 µm.
2. Schalten Sie das Induktionsheizgerät ein und heben Sie das Bohrfutter am C-Rahmen und Portal an. Die Bohrgestängeverbindung wird auf der Positionieraufnahme des C-Rahmens montiert. Der Fahrschalter steuert den C-Rahmen, bis sich die Stirnfläche der zu verschweißenden Verbindung mittig auf dem Induktionsheizgerät befindet. Der Bohrgestängekörper wird von rechts eingelegt und klemmt ein, sobald die beiden Stirnflächen der Schweißverbindung aneinanderliegen. Justieren Sie die Positionieraufnahme am C-Rahmen, um eventuelle Fehlausrichtungen auszugleichen.
③ Den C-förmigen Rahmen so bewegen, dass die beiden zu verschweißenden Endflächen voneinander getrennt werden. Die Fe-Ni-Cr-Si-B-Zwischenschichtlegierungsfolie mit der gleichen Form wie die Schweißendfläche auf die beiden zu verschweißenden Endflächen legen. Den C-förmigen Rahmen wieder auf den oberen Rahmen schieben und die Zwischenschichtlegierungsfolie andrücken.
④ Induktionsheizung abschalten, Glasfaserthermometer anschließen, Kühlwasser und Argon-Schutz einschalten, Schweiß- und Nachwärmebehandlungsparameter auf dem Touchscreen einstellen und Schweißprogramm über SPS + PRC starten. Das Diffusionsschweißen des Bohrrohrs erfolgt bei folgenden Prozessparametern: Heiztemperatur 1215 °C, Isolierzeit 4 min und Druck 9 MPa. Die Nachwärmebehandlung erfolgt bei 650 °C und einer Isolierzeit von 5 min.
⑤ Nach Abschluss des Schweißprogramms wird das Induktionsheizgerät eingeschaltet und das Spannfutter am C-förmigen Rahmen und am Portal angehoben. Das geschweißte Bohrgestänge wird von rechts mittels des Entlademechanismus entladen, der C-förmige Rahmen fährt zurück auf die linke Seite, und der Schweißvorgang ist abgeschlossen.
Viertens, gemeinsame Analyse
An der nach dem Schweißen hergestellten Probe wurden Zug- und Biegeversuche durchgeführt. Das Bohrrohr wurde mittels Diffusionsschweißen in der Übergangsphase verschweißt. Die Verformung der Schweißnaht war gering, es bildeten sich keine Schweißgrate, und die Schweißnaht wies eine gute Optik auf. Im Zugversuch brach die Verbindung am Grundmaterial. Die Festigkeit der Diffusionsschweißverbindung war höher als die des Grundmaterials. Im Biegeversuch zeigte die Verbindung auch nach 180°-Biegung in Längs- und Querrichtung keinen Bruch. Die Verbindung wies eine gute Plastizität auf.
Veröffentlichungsdatum: 08.04.2025