雙管油管懸掛器加工工藝研究

王紅　許福東　林康斌

摘 要：雙管油管懸掛主要用于井口采油樹中油管頭內，采用雙管結構，無需再打一個井口，可以節省空間和減少經濟損耗，由于其結構復雜，形狀不規則，雙孔不對稱偏心、尺寸和公差等加工精度要求高，一直給生產加工帶來很多困擾。經過在實踐中的摸索，通過優化熱處理工藝，優化機加工工藝，并借助自制工裝和輔助點焊等技術實現對產品尺寸、偏心位置精度的要求，能夠顯著地提高加工效率和一次檢驗合格率。

關鍵詞：雙管油管懸掛器；熱處理；機加工；工裝；檢驗

中圖分類號：TE35 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0101-03

Abstract： The double pipe tubing suspension is mainly used in the tubing head of the wellhead oil production tree， and the double tubing structure is adopted， without having to drill another wellhead， which can save space and reduce economic loss. Because of its complex structure and irregular shape， The asymmetric eccentricity， size and tolerance of double holes require high machining accuracy， which brings a lot of troubles to the production and processing all the time. Through the exploration in practice， optimizing the heat treatment process and the machining process， and with the help of self-made tools and auxiliary spot welding technology， the research helps to achieve the requirements of product size， eccentricity position accuracy， and can significantly improve the efficiency of processing and a qualified rate of inspection.

Keywords： double tubing hanger； heat treatment； machining； tooling； inspection

引言

雙管油管懸掛器是由兩個半圓形的、用極小間隙配合組成一個完整圓形的懸掛器，其設計結構復雜，不但多偏心結構，而且內孔多特殊螺紋，精度要求高。機加工完成后需對螺紋進行鍍銅工藝，保證螺紋耐用性。結合公司的實際加工經驗，對下面這種雙管懸掛器產品來做具體案例分析，如圖1、圖2。

1 雙管油管懸掛器產品的主要設計技術要求及難點

1.1 產品材料

根據設計要求，產品材質為美國型號AISI 410SS的不銹鋼鍛件，化學成分及力學性能可參照AISI的相關材質標準，其中力學性能屈服≥75Kpsi范圍；熱處理后的硬度保證在布氏值207～237HBW之間[1]。

1.2 產品精加工尺寸要完全符合圖紙要求

（1）兩個半圓形懸掛器拼湊成剛好是一個整圓，中間最大縫隙也只有0.14mm，外圓、側槽都要合在一起加工完成才能完美匹配。

（2）兩個半圓形懸掛器都有偏心、跟整圓中心線不同距的內孔，需要獨立分開加工完成。

（3）兩個半圓形懸掛器兩頭內孔都有內螺紋，都有一頭與內孔同心的外圓，不易使用加工中心銑削加工。

1.3 精加工完成后對EU螺紋表面進行防磨鍍銅工藝。

1.4 對產品進行尺寸和探傷檢驗。

2 具體優化工藝

2.1 優化熱加工工藝要求

2.1.1 優選化學成分要求

為了滿足AISI 410SS產品的材質及附屬的性能參數的要求，如抗拉強度、屈服強度、延伸率、斷面收縮率及硬度要求等，首先須按照爐號對鋼錠進行化學成分分析，鋼產品的化學成分需滿足《API 6A，PSL1-4級產品通用材料技術要求》的規范要求。鑄造廠應對每爐鋼進行分析，最好是澆鑄時桶中取樣。所列的元素應以重量百分比報告。雜質元素不要求報告，但總的雜質含量不應超過1%[2]。

2.1.2 優化熱處理參數的選擇及實施

（1）熔煉方法：煉鋼應采用連續電爐+真空處理（EFVD）或氬氧脫碳精煉（EFAOD）工藝進行。真空感應熔煉（VIM）、或以上任一種方式再加真空電弧重熔（VAR）或電渣重熔（ESR）也是可以接受的。

（2）熱處理：所有產品應進行淬火+兩次回火處理。

（3）機械性能：機械性能要求列于表1。每爐鋼應進行試驗并報告所列機械性能。

（4）表面質量及尺寸公差

鍛件的幾何形狀、重量、尺寸偏差和表面粗糙度應符合毛坯圖紙要求，不得有過燒和嚴重脫碳現象，鍛件表面清理應按工藝要求選用噴砂、噴丸、酸洗或其他方法，清理后的鍛件表面應符合有關技術要求，鍛件的冷卻應按有關工藝規程進行，鍛件表面不得有裂紋、折迭、結疤和夾渣等缺陷[3]。

（5）內部質量

鍛造時，必須嚴格控制始鍛溫度、終鍛溫度、變形程度和變形速度，鍛件內部不允許白點、氣孔、夾渣、偏析等影響鍛件質量的缺陷存在，內部缺陷用超聲波進行檢測，檢測表面的粗糙度應小于Ra6.3，鍛件的超聲波檢測及驗收按ASTM A388規范進行。晶粒度合格標準為5～8級[4]。

2.2 產品優化冷加工工藝要求

即產品如何從成型的毛坯通過機床或工裝的輔助加工達到客戶的圖紙要求的過程[5]。基于產品外形以圓環形為主，并考慮螺紋、小外圓，車床加工更為方便，所以建立以車床加工為主的工藝步驟，步驟如下：

2.2.1 毛坯采用二合一

按照設計思路毛坯應為二合一圓柱體，尺寸Φ189*305的熱處理后毛坯，節省材料并且有利于后續加工。

2.2.2 將毛坯偏心線割兩半

按照設計偏中心6mm線割成兩個相應毛坯，確定后續加工以線割面為基準面，方便定位兩半圓的內孔位置。

2.2.3 焊合線割后的毛坯（圖3）

焊合線割成兩半的毛坯，毛坯橫向錯位0.5～1.0mm。毛坯滿焊兩側邊，兩端面邊各焊4～6個點。在操作過程中，為了避免造成兩半圓在焊接時縫隙和錯位偏差太大，先用卡箍緊固兩半圓，點焊牢固，去掉卡箍，繼續焊接牢固。

2.2.4 上加工中心，銑有側槽那一端的雙管外形，鉆雙管內基準孔

用加工中心以錯位的線割面為基準面，向大半圓偏移6.02mm的中點為圓心建立新的整圓，銑深3～5mm、≥180mm圓，鉆兩半圓的內孔基準孔3～5mm深，有利于下一步數車精加工整圓的外圓面和兩個獨立的半圓的內孔、內螺紋以及小外圓。

2.2.5 數控車床，精車整圓外圓

數控車床車外圓，端面。外圓只車到圖示尺寸，端面只車掉一小段（銑側槽基準），焊點不能車掉（防止銑槽時割縫裂開，造成加工誤差）。在實際加工過程中，跟預想的一樣順利，沒有因焊點裂開造成割縫變大引起的加工誤差。

2.2.6 整體加工完成，去掉焊縫

組合懸掛器的整圓部分已經加工完成，接下來就是分開獨立加工兩個半圓懸掛器的內孔、內螺紋和小外圓。把未車到位的端面加工到位，打磨去掉焊縫，分開兩個半圓，再在鉆床上鉆通內孔。

2.2.7 兩部分半圓懸掛器加工以及工裝設計

因兩個半圓懸掛器內孔偏心距離不同，并且數控車床加工內孔、內螺紋和小外圓，所以需要兩副不同的糾正偏心的工裝。為了方便數控車床卡盤裝夾，采用圓盤式外形的工裝；再以在圓盤工裝內部加工成偏心補償的靠山和V型卡爪頂緊定位的方式，便于在數控車床上加工和裝卸。工裝設計及裝配圖，見圖4、圖5。

（1）工裝主體：圓盤形設計，安裝在數控車床卡盤快捷的定位圓心。

（2）鎖緊螺桿：梯形螺紋型螺桿，具有自鎖功能，不會因受過強的外力導致V型卡爪松動。

（3）導向桿：導向、定位V型卡爪在工裝主體中心的功能。

（4）V型卡爪：鎖定緊固半圓懸掛器，定位半圓懸掛器內孔與工裝主體同心的功能。

（5）偏心補償靠山：按照不同的偏心尺寸設計，起到Y軸定位基準的作用，使半圓懸掛器的內孔與工裝主體同心。

（6）擋板：安裝在工裝主體的后側，起到X軸定位基準的作用。

2.2.8 在數控車床上完成對零件小外圓內孔、螺紋等的加工，最終成品見圖6。

2.3 表面處理及檢驗

產品精加工完成后，對所有尺寸進行終檢。EU螺紋按要求防銹鍍銅，鍍層厚度： 鍍層厚度應為0.0002～0.0007″（0.006～0.017mm），厚度檢查應按ASTMB499（磁性法）或ASTM B504（庫侖法）規范進行。銅鍍層應光滑細膩、牢固、無砂眼、凹坑、銹斑、礦瘤或其他瑕疵等有損零件性能的缺陷，準參考照片進行驗收并要求必須合格[6]。

3 結束語

雙管油管懸掛器作為加工工藝中比較復雜的產品，偏心加工技術一直是比較主流的加工技術，但機械加工的細節不能忽視，通過優化熱處理工藝和優化機加工工藝過程，并借助適當的裝夾工裝、點焊和自制工裝，可以大大提高加工過程精度，能顯著提高加工效率與一次檢驗合格率。

參考文獻：

[1]中國標準化研究院標準館.美國材料與試驗協會（ASTM）標準目錄[M].中國標準出版社，2006.

[2]畢鳳琴，張旭昀.熱處理原理及工藝[M].北京：石油出版社，2009.

[3]趙忠，丁仁亮，周爾康.金屬材料及熱處理[M].機械工業出版社，2003.

[4]Nondestructive Testing Handbook， Third Edition： Volume 8， Magnetic Testing[S].2011.

[5]王曉霞.金屬切削原理與刀具[M].航空工業出版社，2009.

[6]李家偉.無損檢測手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.