焊接技術在我國石油工程建設中的應用研究

1.張海剛 2.李 飛

1.身份證號211403197507228411 2.身份證號211403197410058452

焊接技術在我國石油工程建設中的應用研究

1.張海剛 2.李 飛

1.身份證號211403197507228411 2.身份證號211403197410058452

焊接技術是石油工程建設中重要的基礎建設工作，焊接技術的主要特點是應用范圍廣、適用面大。經濟建設快速發展，科技成果與日俱增，金屬材料的形成仍然以焊接技術為主。焊接技術主要運用于油氣儲運中的焊接、海洋石油工程的焊接、石油鉆采中機械的焊接等方面，焊接技術在石油行業的建設發展中發揮著不可代替的作用。本文對焊接技術在我國石油工程建設中的應用研究。

焊接技術；石油工程；應用

一、石油鉆采機械中的焊接技術現狀

1.1 石油鉆頭焊接

作為石油鉆井的重要破巖工具，石油鉆頭性能的好壞將直接影響著鉆井的效率、成本以及質量，其中，石油鉆頭可分為PDC鉆頭和牙輪鉆頭兩類。

PDC鉆頭即聚晶金剛石復合片鉆頭，是以聚晶人造金剛石復合片作為切削元件，通過焊接方法把鉆頭基體與復合片切削齒結合在一起的一種方法，現廣泛應用于石油鉆探開發中，作業中采用的焊接方法主要有擴散焊、堆焊、焊條電弧焊和激光焊等。根據美國桑迪亞實驗室對PDC鉆頭的研究，PDC鉆頭在真空的環境下進行擴散焊，實現了PDC復合片的刀柱基體與硬質合金的剪切強度413.36MPa與551.2MPa范圍之間，但由于復合片在PDC鉆頭基體焊接的位置分布較為復雜，在采用傳統手工焊接時難以保證復合片的焊接質量，所以，為了穩定PDC鉆頭焊接質量，務必進一步發展PDC鉆頭自動焊接技術。

根據牙輪數目的不同，可分為單牙輪、雙牙輪、三牙輪和多牙輪鉆頭；而根據牙齒類型的不同，牙輪鉆頭又可分為鑲齒(牙輪上鑲裝硬質合金齒)牙輪鉆頭、銑齒(鋼齒)牙輪鉆頭；傳統的鋼齒牙輪鉆頭齒面強化工藝主要采用顆粒鑄造硬質合金進行堆焊，但由于進行堆焊后硬質合金的強度難以到達相關要求和標準。因此，對于不同的基體，進行堆焊是務必采用不同的焊絲材料，一種是采用鈷基焊條，由于鈷基堆焊層抗磨損性能好，硬度高等特點，能夠很好的保證表面的耐磨性；另一種是采用管裝粒狀鑄造碳化鎢焊條，用氧-乙炔火焰進行堆焊。

1.2 石油鉆桿焊接

在油氣井鉆探鉆具中，石油鉆桿作為必不可少的一種工具，在石油開采初期，石油鉆桿工具接頭與管體之間的對焊，主要采用閃光對焊、電弧焊等方法。近年來，隨著焊接技術的發展，慣性摩擦焊接和摩擦焊得到充分的發展，逐漸代替閃光對焊、電弧焊成為目前石油鉆桿工具接頭與管體之間焊接的主要方法，其中慣性摩擦焊接方法在實際應用中最為廣泛。

由于在摩擦焊中方法中，接頭處存在的焊接錯位、飛邊等問題，使得瞬時液相擴散焊(簡稱TLP)在鉆桿制造過程中得到廣泛應用，不僅有效解決了摩擦焊中接頭處存在的焊接錯位、飛邊等問題，而且性能與母材相同，接頭成形良好。其中藥芯焊絲對鉆桿耐磨帶的堆焊，提高了鉆桿的使用壽命。

1.3 石油鉆桿焊接

地面輸油泵和油井抽油泵是油田主要使用的兩大泵體。其中油井抽油泵可分為井口抽油泵和井下抽油泵，而地面輸油泵主要用于流體傳輸，如水、氣、油等；在泵體的焊接中，一種是在泵體具體制作過程中的焊接，而另一種是泵體缺陷的補焊，堆焊、摩擦焊、焊條電弧焊、CO2氣體保護焊以及擴散焊等是常用的焊接方法。

為了保證焊縫質量以及焊接工作效率的全面提高，在泵體具體制造中，一些新的焊接工藝正在不斷地進行創新試用。例如在加長抽油泵泵筒的焊接中大力應用擴散焊，在最佳焊接規范下，通過真空擴散焊接的方法獲得優質的擴散焊接頭，不僅保證了該接頭的焊接質量，而且大大提高了工作效率；在油田用泵的制造過程中使用堆焊工藝的方法，即在泵體易摩擦部位進行鎢、鉻、鈷、等硬質合金的堆焊，使泵體達到耐磨損、耐腐蝕、可靠，壽命延長的特性，同時，由于油田用 泵長期運行于高壓以及具有較強腐蝕性介質的惡劣環境中，容易產生裂紋，對此常采用CO2氣體保護焊、焊條電弧焊和堆焊等方法進行補焊。

二、大力發展自動焊接技術的建議

2.1 建設焊接技術研究中心

焊接技術作為石油工程建設技術的主要內容之一，必須對其進行統籌規劃、全面提升，以此來滿足新時期工程建設越來越迫切的技術需求。建設焊接技術研究中心，以現有的較為成熟的焊接技術試驗室為基礎，重新對其規劃并且整合建立一個機械加工中心，組成六個專業實驗室：①水下焊接實驗室②性能檢測、焊縫理化及金相實驗室③無損檢測與焊接工藝實驗室④焊接結構的完整性以及安全性的全面評價實驗室⑤焊縫力學行為、激光一電弧復合備開展在焊接冶金、高效自動焊接技術、特殊條件下焊接實驗室⑥焊接自動控制試驗室。

2.2 實施差異化管理

在大部分石油工程建設企業當中，普遍都設有焊接培訓中心，一般都是承擔企業內部的焊工培訓、新焊接方法的學習和運用、焊接工藝試驗等實際應用研究性工作。今后焊接技術管理工作的要點是在實際工作中實施差異化管理，突出特色技術。在以后的工作中也將會根據上、中、下游技術需求以及不同地域，在煉油化工、油田建設、海洋工程、長輸管道領域，來引導企業走特色焊接技術發展之路。

三、總結

我國石油工業正處于穩步發展時期，隨著石油需求量的迅速增加，國民經濟的快速增長，中國的石油工業將進入一個新的發展階段，實踐表明，石油工程離不開鋼鐵材料，隨著石油采挖過程中遇到的高壓、強腐蝕性等嚴酷復雜的環境，對鋼鐵材料的性能要求也越來越高。目前，石油工業建設用鋼正朝著高韌性、高強度方向發展，并要求焊接各種耐高溫高壓以及耐各種腐蝕介質的壓力容器，從而對新鋼種和不銹鋼、鋁合金、鈦合金、高強鋼超高強鋼、耐熱鋼、耐熱合金等特殊性能材料的焊接問題也提出了更高要求，如何在未來石油工程建設中解決焊接關鍵技術難題成為眾多科學家和石油技術人員的重要研究方向。

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