地質(zhì)鉆探鋼管管端加工 (pipe end machining)是指對(duì)鋼管端部進(jìn)行的車螺紋、定徑、加厚、強(qiáng)化熱處理、倒棱等工序。
管端車螺紋 簡(jiǎn)稱管端車絲。鋼管廠生產(chǎn)的鋼管，其單根長(zhǎng)度通常小于14m，有的鋼管的服役長(zhǎng)度往往大大超過(guò)這一長(zhǎng)度。如在地質(zhì)鉆探和石油鉆采中，鉆井深度通常在1000m以上，最深達(dá)7000m；用于輸送石油、天然氣、水、堿、礦物等的輸送管線長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里甚至數(shù)百公里。為此，需在鋼管兩端車螺紋，利用相應(yīng)的接箍(接手)把鋼管連接起來(lái)。螺紋連接要求連接強(qiáng)度高，氣密性好，以防止鋼管斷裂和輸送介質(zhì)外泄。為適應(yīng)多種用途的需要，世界各國(guó)已研制出各種形式的螺紋，但主要采用以下3種：
(1)圓頂三角螺紋。其特點(diǎn)是螺紋加工簡(jiǎn)單。但因螺紋受力不均且有變形，故連接強(qiáng)度低，僅靠螺紋側(cè)面密封，密封性能差。(2)偏梯形(勃特雷斯)螺紋。其特點(diǎn)是螺紋精度高，加工要求高，連接強(qiáng)度高；依靠螺紋側(cè)面和頂部壓緊密封，密封性能比較高。(3)直連型連接螺紋。其特點(diǎn)是不用接手，但管端需加厚，一端車外螺紋，另一端車內(nèi)螺紋，加工比較難。螺紋精度高，連接強(qiáng)度較高；依靠頂面和一側(cè)面密封，密封性能好。
鋼管端部在車絲前通常經(jīng)過(guò)的機(jī)加工包括：切管、車外圓、鏜孔、倒棱和端面加工。這些工序一般都是在一臺(tái)專用車絲機(jī)上一次完成的，有的也可以在兩臺(tái)機(jī)床上完成。為了保證螺紋尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)要求，石油鉆采用管的管端螺紋，出廠時(shí)需用各種儀器進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包括螺矩、齒高、齒形、螺紋長(zhǎng)度、錐度、緊密矩等。
管端定徑 目的是減小鋼管橢圓度，保證鋼管機(jī)加工后的尺寸精度，主要用于石油套管。經(jīng)端部定徑后的套管，端部車絲時(shí)的黑皮扣(留有漏車表面的絲扣)數(shù)量少，可提高成材率。
地質(zhì)鉆探鋼管管端定徑采用冷變形工藝，常用的定徑方法有沖頭擴(kuò)徑和沖頭擴(kuò)徑+定徑環(huán)壓縮兩種。沖頭擴(kuò)徑時(shí)減小鋼管橢圓度的效果在很大程度上取決于鋼管壁厚的均勻程度。對(duì)壁厚不均較嚴(yán)重的熱軋管如周期式軋管機(jī)軋制的鋼管(見(jiàn)周期式軋管機(jī)軋管)，經(jīng)沖頭擴(kuò)徑后，管端的表面質(zhì)量惡化。因此，為了消除壁厚不均的影響和減小鋼管橢圓度，應(yīng)采用沖頭擴(kuò)徑+定徑環(huán)壓縮法。由于冷定徑時(shí)，管端不但產(chǎn)生彈性變形而且也出現(xiàn)少量塑性變形。定徑后，在擴(kuò)徑與非擴(kuò)徑的過(guò)渡帶，可能存在不同程度的殘余應(yīng)力，同時(shí)也可能出現(xiàn)因沖頭及定徑環(huán)造成的內(nèi)外表面劃傷，導(dǎo)致產(chǎn)生輕微應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。因此應(yīng)盡量提高熱軋鋼管的尺寸精度，避免采用管端定徑的方法。
地質(zhì)鉆探鋼管管端加厚 主要用于石油管和地質(zhì)管。因管端車絲后管壁減薄，螺紋連接部分成了整個(gè)管體強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)。為了提高螺紋連接部分的強(qiáng)度，采用管端加厚的方法增加管端壁厚。此外，鉆桿(管)多采用管端與工具對(duì)焊連接、焊縫及其熱影響區(qū)是強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)。為了提高焊縫區(qū)的強(qiáng)度，一般也采用管端加厚。管端加厚的形式有內(nèi)加厚、外加厚和內(nèi)外加厚。
鋼管加厚的工藝過(guò)程是：管端加熱(在縫式爐或感應(yīng)加熱器中)→加厚(用臥式鍛造機(jī)或水壓鍛造機(jī))→冷卻→檢查。根據(jù)被加厚管的尺寸、加厚形式和加厚壓縮量的不同，所采用的加熱次數(shù)和加厚的道次也不一樣，有一次加熱一次加厚，或一次加熱二次加厚。為了消除因加厚所造成的加厚端與管體的性能不均現(xiàn)象，鋼管在加厚后通常要進(jìn)行整體熱處理。管端加厚的工藝參數(shù)主要有：加厚前管端加熱溫度t始、加厚結(jié)束后管端溫度t終及管端變形長(zhǎng)度L端：
t始=Ac3+(400-450)℃ t終=Ar3+(40-80)℃ L端=(1.05-1.10)L
式中L為計(jì)算所得的理論變形長(zhǎng)度。
使用過(guò)程中鉆桿的失效主要出現(xiàn)在加厚端與管體的過(guò)渡區(qū)，因此，過(guò)渡區(qū)的尺寸至關(guān)重要。
管端強(qiáng)化熱處理 即通過(guò)熱處理使管端車絲部分的強(qiáng)度高于管體強(qiáng)度一個(gè)級(jí)別。管端強(qiáng)化熱處理工藝包括管端加熱、淬火(介質(zhì)為壓縮空氣、水霧等)和回火等。
地質(zhì)鉆探鋼管管端倒棱 用于輸送礦物、氣、油、水等介質(zhì)的管道，通常是由鋼管一根根地焊接起來(lái)的。為便于管間焊接，對(duì)管端外角需進(jìn)行倒棱(見(jiàn)圖)。根據(jù)鋼管用途不同，α角大小及鈍邊ζ值也不同，一般α=30。。為保證管端倒棱后α及ζ尺寸精確，要求鋼管不圓度及壁厚不均盡可能小。鋼管廠在管端加工時(shí)，管端倒棱和鋼管切斷在同一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行。國(guó)際上先進(jìn)的切管機(jī)均具有倒棱的功能。石油管接箍的加工在專門的機(jī)床上完成，除接箍料的定尺切斷外其他工序同管端加工類似。
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