焊接技術在石油工程建設中的應用研究
科技專論
作者：王雙銀
【摘要】隨著石油工程建設中焊接應用條件的不斷提高和結構複雜程度的增加，焊接技術在我國石油工程建設應用中出現了一些問題和不足，本文以個案研究的方法，就目前焊接技術在我國石油鑽采機械方麵的應用現狀進行全麵總結，指出解決焊接關鍵技術是我國未來石油工程建設研究中的重要發展方向。
【關鍵詞】石油工程建設；焊接技術；鑽采機械；策略分析
1、引言
在石油工程領域中，其焊接結構有多種類型，由於每種焊接所應用的條件各不相同，因此，對焊接結構用鋼的性能提出了不同的要求。在石油鑽采機械方麵，製造、安裝和修理各種鑽杆、架體、泵體、抽油杆以及鑽頭等各種金屬結構工作時都離不開焊接技術，大量的焊接技術已經在石油建設中發揮著不可替代的作用。本文結合多年在石油鑽采機械中的實踐進行全麵總結，指出解決焊接關鍵技術是我國未來石油工程建設研究中的重要發展方向。
2、石油鑽采機械中的焊接技術現狀
2.1石油鑽頭焊接
作為石油鑽井的重要破岩工具，石油鑽頭性能的好壞將直接影響著鑽井的效率、成本以及質量，其中，石油鑽頭可分為PDC鑽頭和牙輪鑽頭兩類。
PDC鑽頭即聚晶金剛石複合片鑽頭，是以聚晶人造金剛石複合片作為切削元件，通過焊接方法把鑽頭基體與複合片切削齒結合在一起的一種方法，現廣泛應用於石油鑽探開發中，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鑽頭的研究，PDC鑽頭在真空的環境下進行擴散焊，實現了PDC複合片的刀柱基體與硬質合金的剪切強度413.36MPa與551.2MPa範圍之間，但由於複合片在PDC鑽頭基體焊接的位置分布較為複雜，在采用傳統手工焊接時難以保證複合片的焊接質量，所以，為了穩定PDC鑽頭焊接質量，務必進一步發展PDC鑽頭自動焊接技術。
根據牙輪數目的不同，可分為單牙輪、雙牙輪、三牙輪和多牙輪鑽頭；而根據牙齒類型的不同，牙輪鑽頭又可分為鑲齒（牙輪上鑲裝硬質合金齒）牙輪鑽頭、銑齒（鋼齒）牙輪鑽頭；傳統的鋼齒牙輪鑽頭齒麵強化工藝主要采用顆粒鑄造硬質合金進行堆焊，但由於進行堆焊後硬質合金的強度難以到達相關要求和標準。因此，對於不同的基體，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，由於鈷基堆焊層抗磨損性能好，硬度高等特點，能夠很好的保證表麵的耐磨性；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。
2.2石油鑽杆焊接
在油氣井鑽探鑽具中，石油鑽杆作為必不可少的一種工具，在石油開采初期，石油鑽杆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鑽杆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。
上世紀70年代，在哈爾濱焊接研究所成功研製出了我國第一台1200KN的石油鑽杆摩擦焊機，開創了我國修複石油鑽杆和進行摩擦焊生產的曆史，並在遼河油田、中原油田、華北油田中進行了成功實踐檢驗，累計修複鑽杆超過50萬m。同時，為了進一步提高接頭性能，哈爾濱焊接研究所多次進行技術改良，成功研製了具有形變熱處理功能的 HSMZ係列摩擦焊機，不僅克服了摩擦焊接頭韌性差的缺點，使接頭焊接過程中獲得形變強韌化效果，而且節約了能源，提高了焊件的生產效率。