В обширной области машиностроения и горнодобывающей промышленности буровая штанга является важнейшим компонентом в буровых работах, а ее производительность и долговечность напрямую влияют на эффективность работы и рентабельность. С быстрым развитием материаловедения и технологии сварки процесс сварки трением продемонстрировал беспрецедентную ценность применения в производстве буровых штанг с ее уникальными преимуществами. Эта революционная технология соединения контролирует относительное движение и давление между заготовками, создавая высокие температуры на контактном интерфейсе для достижения твердотельной связи между металлами. Она не только значительно повышает общую прочность и ударную вязкость буровой штанги, но и значительно оптимизирует прочность, микроструктуру и механические свойства соединения. Таким образом, применение технологии сварки трением в производстве буровых штанг представляет собой глубокую интеграцию материаловедения и технологии машиностроения и является важным шагом в продвижении разведки и разработки минеральных ресурсов в более глубоких и широких областях.
Что такое сварка трением?
Сварка трением – это передовая технология соединения материалов и технология производства, которая заключается в использовании относительного вращения между свариваемыми деталями при применении соответствующего осевого давления трения для трения и тепла, выделяемого таким образом, что поверхность контакта сварки вблизи высокотемпературной пластической зоны, поверхность трения пластической деформации металла и потока, предотвращает окисление металла, способствует взаимной диффузии атомов свариваемого металла. Когда температура достигает температуры сварки, относительное вращение между свариваемыми деталями быстро прекращается, осевое давление увеличивается до давления осадки, и давление удерживается в течение некоторого времени соответствующим образом, так что две свариваемые детали прочно свариваются друг с другом. Это технология твердотельного соединения, и ее зона сварки представляет собой кованую структуру, поэтому ее также называют «ковочной сваркой».
Особенности процесса сварки трением
1. Высокое качество. Зона сварки трением представляет собой кованую конструкцию, которая может получить соединение, которое по прочности не уступает основному металлу или даже прочнее основного металла.
2. Высокая эффективность. Время сварки каждой детали исчисляется секундами, обычно всего десятками секунд, что несравнимо с другими методами сварки, такими как сварка плавлением и пайка.
3. Экономия энергии, экономия материала и низкий расход. Не требуется сварочный пруток, флюс, припой, защитный газ, наполнитель металла или расход электрода.
4. Хорошая свариваемость и стабильное качество. Особенно подходит для сварки разнородных материалов. По сравнению с другими методами сварки сварка трением имеет уникальные преимущества, такие как сварка трением стали и меди, стали и алюминия, стали и латуни и т. д.
5. Защита окружающей среды, отсутствие загрязнения. В процессе сварки не образуются пары или вредные газы, брызги, дуга и искры, нет излучения. В сочетании со своими характеристиками, буровая штанга, обработанная по технологии сварки трением, снижает сложность обработки резьбы на обоих концах, улучшает качество обработки резьбы на обоих концах и использует различные материалы и процессы термообработки для различных частей компонента, что позволяет увеличить срок службы буровой штанги и снизить затраты.
Функция технологии сварки трением в буровой штанге
Производство тяжелых буровых штанг требует высокой геометрии необработанной полой стали, поэтому она выбирается отдельно перед каждым производственным циклом. До сварки трением полая сталь со слишком отклоненными отверстиями сердечника не может быть произведена как тяжелые буровые штанги и перерабатывается как стальной лом. Даже если выбранная полая сталь квалифицирована, она даст негабаритный короткий материал во время процесса подрезки и будет переработана только как лом. Использование процесса сварки трением может использовать их все.
Основной формой отказа тяжелой буровой штанги является усталостный трещинный разрыв в основании резьбы после износа резьбы, в то время как тело стержня, как правило, не разрушается после износа, и требования к прочности тела стержня невысоки. Поэтому мы можем использовать частичный материал сердечника для тела стержня и полую сталь с большим количеством положительных отверстий для обработки резьбы и, наконец, сварить их вместе сваркой трением, а затем после последующей термообработки выполнить требования процесса производства тяжелой буровой штанги, тем самым снижая себестоимость производства и улучшая скорость внедрения полой стали в материал.
Применение технологии сварки трением в буровых штангах
1. Применение в сверхпрочных стержнях МФ
Выход из строя сверхпрочных стержней MF в основном происходит из-за износа и усталостного разрушения в основании резьбы, и только небольшая часть буровых штанг имеет усталостное разрушение от резьбы или тела стержня. Поэтому для повышения срока службы и эффективности бурения породы сверхпрочным стержнем MF необходимо спроектировать конструкцию и процесс сверхпрочного стержня MF: корпус стержня изготовлен из полой стали 22CrNi3Mo, а резьба на обоих концах изготовлена из сплошного стержневого материала 22CrNi3Mo. Резьба на обоих концах обработана короткими частями для увеличения скорости шпинделя и скорости подачи обработки для получения высокой эффективности обработки и чистоты поверхности. Корпус стержня обработан со структурой слота для хранения и окончательно сварен трением.
2. Применение в направляющем стержне
Направляющий стержень требует конструкции с небольшими центральными отверстиями на обоих концах буровой штанги и большим центральным отверстием в теле штанги. Эту конструкцию редуктора центрального отверстия трудно получить, формируя с помощью обычного процесса прокатки полой стали, и процесс сварки трением является наиболее разумным способом сварить два концевых соединения и тело штанги вместе.
Заключение
Подводя итог, можно сказать, что применение технологии сварки трением в производстве буровых штанг является значительным новшеством в традиционной технологии сварки и важным шагом в продвижении инженерного оборудования и горнодобывающей промышленности к большей эффективности и долговечности. Благодаря точному управлению процессом сварки достигаются высококачественные соединения, значительно повышается несущая способность и срок службы буровой штанги, а также снижаются расходы на техническое обслуживание и риски безопасности. С учетом продолжающихся достижений в области материаловедения и непрерывной оптимизации технологии сварки трением мы считаем, что этот процесс будет играть все более важную роль в производстве буровых штанг и за его пределами, внося значительный вклад в интеллектуальное и эффективное промышленное производство.
