[发明专利]无磁钻铤表面滚压加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无磁钻铤表面滚压加工方法，应用于石油、天然气和煤层气等测井用无磁钻具的表面加工处理。

背景技术

目前，在石油、天然气、煤层气的钻探过程中，经常使用无磁钻铤，它是一种不易磁化的钻具，具有极低的磁导率，其用途是为测井仪器提供一个不受钻柱磁场影响的测量环境。通过高灵敏传感器，将井眼磁方位角、井下钻压、扭矩、以及地层电阻率、中子等测井信息传输到地面，使司钻和地质专家能有效地“看”到井下实时发生的情况，从而提高钻探的成功率、保证钻井的质量。无磁钻铤一般是采用低碳高铬锰钢制成，常用长度9150₀⁺¹⁵⁰mm，其生产过程包括锻造、粗车外圆、钻孔、精车外圆、车螺纹、包装等。传统的无磁钻具表面加工方法是使用深孔钻头、外圆车刀，进行钻孔、粗车、精车，或上磨床进行表面处理，以提高表面光洁度，但是硬度、耐磨性、耐腐蚀性能却无法提高。特别是近阶段随着超深水平井、大位移井和海洋钻井技术的发展，油田对井眼轨迹的控制提出了更高的要求。采用常规工艺生产加工的无磁钻具由于表面粗糙度差、硬度较低，导致耐磨性、耐腐蚀性能无法满足复杂井况的要求。因此按传统工艺加工出来的钻具使用周期短。利用喷丸强化的表面，虽然表面硬度、耐磨性增加，但表面光洁度差，抗点蚀性不好，且生产附属设备占用空间大，生产运行成本、工作场所降尘处理费用较大，目前仅应用于外表面强化，内孔强化无法进行，限制了其大面积推广。

发明内容

本发明为了解决无磁钻铤表面强度问题，提供了一种表面滚压加工方法，在普通卧式车床上安装内、外圆滚压工具，向工件表面施加一定压力。在常温下利用金属的塑性变形，使工件表面的微观不平度辗平从而达到改变表层结构、机械特性、形状和尺寸的目的。

本发明所采用的技术方案如下：

无磁钻铤表面滚压加工方法，无磁钻铤材料采用低碳高铬锰钢，经锻造、校直、粗车外圆、钻孔等工艺过程，而后进行内孔表面滚压，再精车外圆、进行外圆表面滚压加工，内孔表面和外圆表面滚压的具体加工过程为：

内孔表面滚压

在专用深孔钻床上夹持无磁钻铤工件外圆，钻镗内孔，保证内孔滚压加工余留量0.15～0.2mm，表面粗糙度Ra6.3以上，将内孔滚压刀具装在加长钻杆的锥套孔内，调节该滚压刀具外径大小，该刀具与工件成0°30′～1°夹角，滚压线速度60～80m/min，刀具进给速度80～100mm/min。

所述内孔滚压刀具为硬质合金滚柱。

外圆表面滚压

在卧式车床上将无磁钻铤工件用卡具夹紧，精车外圆保证外圆余留量0.15mm～0.2mm，表面粗糙度Ra6.3以上，在刀盘上装置并调整外圆滚压刀具，该滚压刀具中心低于工件中心1～2mm，该刀具轴线与工件轴线成2°～5°夹角，使刀具慢慢接触工件，二者的接触宽度为2～4mm，手感到有一定的压紧力时，进给量为0.10～0.30mm/r，开始挂走刀，保证线速度：V＝60～120m/min；滚压力：P＝1000～1500N。

所述外圆滚压刀具为硬质合金滚轮。

由于表面滚压加工方法是无屑加工，无发热现象，完工尺寸即为成形尺寸，加工尺寸容易控制。滚压加工后零件表面层产生残余压应力和冷硬化，可提高零件疲劳强度，使用寿命长。

无磁钻铤表面滚压加工方法的有益效果是：

无磁钻铤通过表面滚压加工后，表层组织得到强化，工件的使用性能、抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性都有明显的提高，经过滚压后，硬度可提高40～80％，表面硬度≥HB400，耐磨性提高30％，表面粗糙度从Ra6.3提高到Ra1.6～Ra0.8；该加工方法适用范围广泛，可对所有无磁石油钻具表面进行滚压处理，包括无磁加重钻杆、无磁稳定器、无磁短节等，以满足复杂井况的要求。无磁钻铤表面滚压加工方法有效解决了钻具表面硬度低、疲劳寿命短这一技术难题，使处理后的钻具使用周期大大延长。

具体实施方式

以下介绍本发明的实施例。

在以下实施例中，介绍利用表面滚压技术加工无磁钻铤的工艺，包括粗车外圆、钻内孔、内孔滚压、精车外圆、外圆滚压等连续加工工序。

实施例1：加工NC38-50无磁钻铤，包括以下步骤：

(1)粗车外圆

以两端中心孔为基准定位无磁钻铤工件，检查全长、表面质量和余量后，粗车外圆尺寸至Ф135₀⁺³；调头，装夹找正后，车其余部分外圆；

(2)钻内孔