專利名稱：一種鉆桿接頭熱處理淬火工藝及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鉆桿接頭熱處理工藝及其裝置，尤其是一種鉆桿接頭熱處理淬火工藝及其裝置。
背景技術：
用于石油鉆探的鉆桿是按照API SPEC 5DP和NS_1標準生產制造的。石油鉆桿接頭必須通過調質處理來提高整體機械性能。石油鉆桿接頭的調質處理過程包括奧氏體化、 淬火冷卻和高溫回火3個過程。其中淬火是一個重要的熱處理過程，淬火是指將鋼加熱至臨界點AC3以上的一定溫度，保溫一段時間以后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻到馬氏體的熱處理工藝。淬火的主要目的是使奧氏體化后的工件獲得盡可能多的馬氏體并配以不同溫度回火獲得各種需要的性能。目前，隨著石油天然氣工業的迅速發展，對于鉆桿的質量要求尤其是鉆桿接頭的整體機械性能要求也越來越高。在鉆桿接頭的淬火冷卻中，對于組織轉變的溫度和速度控制一直以來都是技術攻關的重點和難點。國內的石油鉆桿接頭生產廠家主要采用淬火油對鉆桿接頭進行淬火冷卻。鉆桿接頭在淬火爐內升溫至900°C左右，保溫一段時間，保證接頭材質奧氏體化均勻，再進入50°C左右的淬火油槽中進行淬火冷卻，待接頭冷卻至油溫時停止冷卻。接頭在冷卻過程中，淬火油槽要持續循環換熱，使淬火油溫度穩定的保持在50°C左右，同時，對托盤上的接頭內外壁進行噴射，使接頭內外壁冷卻均勻。清洗之后進行600°C左右高溫回火。采用淬火油進行鉆桿接頭淬火冷卻的特點是淬火油穩定性較高，不會因為濃度的變化而使冷卻性能改變，熱氧化安定性好，使用壽命長；淬火油的沸點高，使得工件在馬氏體轉變溫區的冷卻速度比較緩慢，避免產生過大的組織應力，防止工件變形開裂。但是， 淬火油的最大冷卻速度較小，在中溫區的冷卻速度較慢，容易使鉆桿接頭組織在中溫區發生珠光體轉變，降低鉆桿接頭的機械性能。通過實踐，發現淬火油除了上述缺點外，對于壁厚在50mm以上的鉆桿接頭還存在淬火不良的問題，淬火后鉆桿接頭心部硬度達不到標準要求。
發明內容
本發明提供一種鉆桿接頭熱處理淬火工藝及其裝置，具有冷卻速度可調、冷卻均勻的優點。為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是 一種鉆桿接頭熱處理淬火工藝，包括下述步驟
①鉆桿接頭在淬火爐中加熱并保溫后，移動到淬火液槽上方的框架式橫移小車上；
②鉆桿接頭隨升降架浸入PAG水基淬火液中進行淬火冷卻，鉆桿接頭下降到位后，噴嘴支架上的外壁噴嘴和內壁噴嘴向鉆桿接頭噴射淬火液；
③待鉆桿接頭冷卻到40-60°C時，停止淬火冷卻，框架式橫移小車先向右側平移，然后向上提升至淬火液槽上方進行控液。所述鉆桿接頭為石油鉆桿接頭；
步驟①中所述加熱溫度為870-920°C，保溫時間為30-60min ； 步驟②中所述淬火液槽中淬火液的體積濃度為20%至30%，淬火液的溫度為 400C 士5°C。步驟②中所述外壁噴嘴的噴射壓力為0.05-0. 5MPa，內壁噴嘴的噴射壓力為 0.05-0. 3MPa。步驟③中所述鉆桿接頭冷卻到40-60°C。本發明還提供了鉆桿接頭熱處理淬火裝置，其特征在于所述裝置包括淬火液槽， 淬火液槽內設有升降架，淬火液槽底部設有噴嘴支架；
所述升降架通過升降軌道與淬火液槽相連接；升降架上部設有框架式橫移小車及其軌
道；
所述噴嘴支架上設有外壁噴嘴和內壁噴嘴； 所述淬火液槽底部與換熱器相連通；
其中，升降架可以采用液壓、電動鏈條等方式控制；框架式橫移小車為液壓控制。本發明采用PAG水基淬火液，水基淬火液的最大冷卻速度比淬火油大，而且水基淬火液濃度可調，可以對不同規格鉆桿接頭采用最合理的淬火冷卻速度。在選擇合適的噴射壓力時，由于噴嘴噴射壓力過大會在淬火液中形成氣泡，這樣會降低接頭在中溫區的冷卻速度。對此，調整接頭外壁噴嘴的噴射壓力在0.05-0. 5MPa,接頭內壁噴嘴的噴射壓力在0. 05-0. 3 MPa，有效的解決了此問題。采用上述技術方案所產生的有益效果在于
1.采用PAG水基淬火液對鉆桿接頭進行淬火冷卻，由于水基淬火液濃度可調，解決了大規格、大壁厚工件的淬火不良問題。2.淬火液槽內設計了鉆桿接頭內、外壁噴嘴，以保證接頭內外壁冷卻速度均勻； 淬火后的鉆桿接頭的外壁、心部、內壁硬度均勻，硬度值均為HRC50左右。保障了鉆桿接頭的淬火質量，有利于提高鉆桿接頭的整體機械性能，降低廢品率。3.加設換熱器持續循環淬火液，使淬火液的溫度穩定在40°C 士5°C，保證鉆桿接頭在中溫區快速冷卻、在馬氏體轉變溫區緩慢冷卻，既使得鉆桿接頭不發生珠光體等其他組織轉變，又不會產生過大的組織應力，避免變形開裂。4.停止淬火冷卻，升降架將鉆桿接頭提升至淬火液槽之上進行的控液，使附著在鉆桿接頭表面的淬火介質滴入淬火液槽中，有效的避免了淬火液對于工作現場的污染、減少了淬火介質的浪費。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖1是本發明的結構示意圖。1淬火液槽；2升降架；3升降軌道；4框架式橫移小車；5噴嘴支架；6外壁噴嘴；7內壁噴嘴；8換熱器；9鉆桿接頭；10托盤。
具體實施例方式實施例1
本發明的鉆桿接頭熱處理淬火裝置，包括淬火液槽1，淬火液槽1內設有升降架2，淬火液槽1底部設有噴嘴支架5 ；
所述升降架2通過升降軌道3與淬火液槽1相連接；升降架2上部設有框架式橫移小車4及其軌道；
所述噴嘴支架5上設有外壁噴嘴6和內壁噴嘴7 ； 所述淬火液槽1底部與換熱器8相連通；
工作時，將在淬火爐中加熱并保溫后的鉆桿接頭9連同托盤10移動到淬火液槽1上方的框架式橫移小車4上，框架式橫移小車4和鉆桿接頭9隨升降架2沿升降軌道3下降到位后，噴嘴支架5上的外壁噴嘴6和內壁噴嘴7向鉆桿接頭噴射淬火液，待鉆桿接頭9冷卻后，停止淬火冷卻，框架式橫移小車4先向右側平移，然后向上提升至淬火液槽1上方進行控液。實施例2
①鉆桿接頭9在淬火爐中加熱至870°C并保溫30min后，移動到淬火液槽1上方的框架式橫移小車4上；
②鉆桿接頭9隨升降架2浸入體積濃度為20%的PAG水基淬火液中進行淬火冷卻，鉆桿接頭9下降到位后，噴嘴支架5上的外壁噴嘴6和內壁噴嘴7向鉆桿接頭9噴射淬火液； 其中，淬火液的溫度控制為40°C，外壁噴嘴的噴射壓力為0. 05MPa,內壁噴嘴的噴射壓力為 0.05MPa ；
③待鉆桿接頭9冷卻到40-60°C時，停止淬火冷卻，框架式橫移小車4先向右側平移，然后向上提升至淬火液槽1上方進行控液。本實施例中鉆桿接頭淬火后的內壁、心部、外壁平均硬度見表1。
權利要求
1.一種鉆桿接頭熱處理淬火工藝，其特征在于包括下述步驟①鉆桿接頭(9)在淬火爐中加熱并保溫后，移動到淬火液槽(1)上方的框架式橫移小車⑷上;②框架式橫移小車(4)隨升降架(2)浸入PAG水基淬火液中進行淬火冷卻，鉆桿接頭 (9)下降到位后，噴嘴支架(5)上的外壁噴嘴(6)和內壁噴嘴(7)向鉆桿接頭(9)噴射淬火液；③待鉆桿接頭(9)冷卻后，停止淬火冷卻，框架式橫移小車(4)先向右側平移，然后向上提升至淬火液槽(1)上方進行控液。
2.根據權利要求1所述的一種鉆桿接頭熱處理淬火工藝，其特征在于所述鉆桿接頭為石油鉆桿接頭；步驟①中所述加熱溫度為870-920°C，保溫時間為30-60min ；步驟③中所述鉆桿接頭冷卻到40-60°C。
3.根據權利要求2所述的一種鉆桿接頭熱處理淬火工藝，其特征在于所述淬火液的體積濃度為20%-30%，溫度為40°C 士 5°C。
4.根據權利要求2所述的一種鉆桿接頭熱處理淬火工藝，其特征在于步驟②中所述外壁噴嘴(6)的噴射壓力為0. 05-0. 5MPa,內壁噴嘴(7)的噴射壓力為0. 05-0. 3MPa。
5.一種鉆桿接頭熱處理淬火裝置，其特征在于所述裝置包括淬火液槽(1)，淬火液槽 (1)內設有升降架(2)，淬火液槽(1)底部設有噴嘴支架(5)；所述升降架(2)通過升降軌道(3)與淬火液槽(1)相連接；升降架(2)上部設有框架式橫移小車(4)及其軌道；所述噴嘴支架(5 )上設有外壁噴嘴(6 )和內壁噴嘴(7 )；所述淬火液槽(1)底部與換熱器(8 )相連通。
全文摘要
本發明公開了一種鉆桿接頭熱處理淬火工藝及其裝置，所述工藝包括①鉆桿接頭在淬火爐中加熱并保溫后，移動到淬火液槽上方的框架式橫移小車上；②框架式橫移小車浸入淬火液中，鉆桿接頭下降到位后，外壁噴嘴和內壁噴嘴向鉆桿接頭噴射淬火液；③待鉆桿接頭冷卻到40-60℃時，停止淬火冷卻，框架式橫移小車先向右側平移，然后向上提升至淬火液槽上方進行控液。所述裝置包括淬火液槽，淬火液槽內設有升降架，淬火液槽底部設有噴嘴支架；所述升降架通過升降軌道與淬火液槽相連接；升降架上部設有框架式橫移小車及其軌道；所述噴嘴支架上設有外壁噴嘴和內壁噴嘴；所述淬火液槽底部與換熱器相連通。本發明中鉆桿接頭冷卻速度可調、冷卻均勻。
文檔編號C21D1/18GK102399949SQ20111036699
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者付源, 左斌, 李建強, 李 真, 李鵬, 田連社, 趙永峰 申請人:中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司, 渤海能克鉆桿有限公司