石油掘削パイプの遷移液相拡散溶接

石油掘削管は、掘削管継手とロッド本体を別々に製造した後、接合して製造されます。摩擦圧接技術は掘削管の溶接に既に適用され成功を収めていますが、実際の溶接工程では、溶接ずれ、外壁のバリ、溶接部の粗大組織など、依然としていくつかの欠陥が存在します。掘削管の摩擦圧接におけるこれらの欠点に鑑み、Arガス保護雰囲気下で拡散溶接（TLP）装置を用いて、ドリルパイプの遷移液相拡散溶接接合を実施し、構造と性能に優れた接合部を得ることができました。これは、石油産業における拡散溶接技術の応用を促進する上で一定の意義を有しています。

まず、テスト材料
試験には127mm×10mmのドリルパイプ本体とドリルパイプジョイントを使用し、材質は35CrMoです。中間層にはFeNi-CrSi-B系鉄ニッケル基アモルファス箔を使用し、融点は1050～1100℃、厚さは25μmです。

第二に、溶接機器
ドリルパイプ専用拡散溶接装置は、主に中周波電源と誘導加熱器、クランプと油圧、冷却システム、保護システム、制御システムで構成されています。誘導加熱器は上下に1回転分割されており、内部に冷却水路があり、外部に保護ガス回路があります。水、電気、ガスを一体化し、操作が簡単で、ワークの取り付けと取り外しに便利です。油圧システムは、クランプ力とトップフォースを提供し、ワークの固定と溶接圧力を実現します。制御システムはPLC + PRCモジュールを採用し、タッチスクリーンを介してプロセスパラメータを設定し、ヒューマンマシンインターフェース対話を実現します。冷却システムは、水槽、水ポンプ、ヒートシンク、ファンで構成され、循環水を介して治具、誘導加熱器、油圧システムを冷却します。

第三に、拡散溶接プロセス
①ドリルロッド接合部とロッド端面を旋削し、平均粗さはRa6.3umです。
②誘導加熱装置の電源を入れ、Cフレームとガントリーのチャックを持ち上げます。ドリルロッドジョイントはCフレームの位置決めシートに取り付けられています。移動スイッチはCフレームを制御し、溶接するジョイントの端面が誘導加熱装置の中央に位置するまで走行します。ドリルロッド本体は右側から装填され、2つの溶接端面が接触した時点でロッド本体がクランプされます。Cフレームの位置決めシートを調整して、位置ずれを調整します。
③C型フレームを走らせて溶接する2つの端面を分離し、溶接する2つの端面に溶接端面と同じ形状のFe-Ni-Cr-Si-B中間層合金箔を置き、C型フレームを上部フレームに押し戻し、中間層合金箔を押さえます。
④誘導加熱装置を閉じ、光ファイバー温度計を接続し、冷却水とAr保護をオンにし、タッチスクリーンで溶接パラメータと後熱処理パラメータを設定し、PLC + PRCを介して溶接プログラムを実行します。ドリルパイプ拡散溶接は、加熱温度1215℃、絶縁時間4分、圧力9MPaのプロセスパラメータで実施されます。溶接後加熱温度650℃、絶縁時間5分、焼戻し。
⑤溶接プログラムが完了したら、誘導加熱装置を作動させ、C型フレームとガントリーのチャックを持ち上げます。溶接後のドリルパイプは、アンロード機構を介して右側からアンロードされ、C型フレームは左側に戻り、溶接が完了します。

第4に、共同分析
溶接後のサンプルに対して引張試験と曲げ試験を実施しました。ドリルパイプは遷移液相拡散接合法によって溶接されており、継手の変形は小さく、摩擦圧接時の溶接部のバリは発生せず、接合部は美しく仕上がっていました。引張試験では、継手が母材上で破断しました。拡散溶接継手の強度は母材よりも高く、曲げ試験では180インチの表裏曲げを行っても破断しませんでした。継手は良好な塑性を示しました。