油管螺紋加工質(zhì)量缺陷及解決辦法

李哲

（大慶油田有限責(zé)任公司井下作業(yè)分公司工具廠，黑龍江 大慶 163000）

油井作業(yè)管柱油管與接箍通過油管螺紋聯(lián)接，油管螺紋還是油井作業(yè)工具與管柱之間的連接螺紋，也是油井作業(yè)工具零件之間的主要聯(lián)接方式之一，是油井作業(yè)施工配套工具生產(chǎn)的重要質(zhì)量檢測點(diǎn)，其加工精度和質(zhì)量直接影響油井作業(yè)工具使用的安全性能和施工成功與否。油管螺紋連接主要應(yīng)具備兩個功能：一是承載性能，即螺紋嚙合后應(yīng)具備足夠的連接強(qiáng)度，不至于在一定外力的作用下使結(jié)構(gòu)受到破壞；二是密封性，即能夠保證含有數(shù)以百計(jì)油管螺紋聯(lián)接的管柱在額定的工作壓力下長期作用而不泄漏。為了保證油管螺紋的承載性能和密封性能，加強(qiáng)對油管螺紋的成品檢驗(yàn)，嚴(yán)格控制油管螺紋的加工質(zhì)量是提高油管螺紋使用安全性的有效途徑。通過對油管螺紋加工過程中出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷進(jìn)行分析，查找導(dǎo)致油管螺紋加工質(zhì)量缺陷的原因，并提出相應(yīng)的解決方案，不斷完善油管螺紋的加工檢驗(yàn)規(guī)范，提升油管螺紋的加工質(zhì)量，可以避免或減少因油管螺紋質(zhì)量缺陷造成的經(jīng)濟(jì)損失。

1 油管螺紋加工過程中常見質(zhì)量缺陷

1.1 外觀缺陷

油管螺紋的外觀缺陷，一是外表有氧化皮，導(dǎo)致靠近螺紋收尾端有效螺紋周向部分絲尖梳不圓，或是由于加工工藝選擇不當(dāng)，導(dǎo)致靠近螺紋收尾端周向全部有效螺紋絲尖梳不圓，絲尖表面粗糙度達(dá)不到圖紙要求等質(zhì)量缺陷；二是螺紋全牙形表面粗糙度達(dá)不到圖紙要求；三是螺紋起始端倒角角度和寬度不符合要求；四是螺紋端部起始牙形存在銳利的飛邊、細(xì)小的毛刺等問題。

1.2 螺紋單項(xiàng)參數(shù)超差

油管螺紋的加工質(zhì)量是各項(xiàng)參數(shù)的綜合表現(xiàn)，如牙形角（此項(xiàng)參數(shù)精度由加工時選用螺紋梳刀刀片的精度確定，本文不做分析）、錐度、螺距、牙高、緊密距等。任何尺寸的超差都導(dǎo)致油管螺紋質(zhì)量不合格。無論是外觀缺陷，還是單項(xiàng)尺寸超差都可能造成螺紋密封性能差、螺紋連接強(qiáng)度不夠等情況的發(fā)生，直接影響螺紋的后續(xù)使用，嚴(yán)重的還會造成經(jīng)濟(jì)損失。

2 導(dǎo)致油管螺紋加工質(zhì)量缺陷的原因分析

2.1 原材料因素

油管螺紋加工前一般情況都需要對零件半成品進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，如果調(diào)質(zhì)前預(yù)留內(nèi)孔或外徑余量過小，在調(diào)質(zhì)加熱時由于氧化皮的產(chǎn)生，調(diào)質(zhì)后零件還會發(fā)生內(nèi)孔變大、外徑變小。加工油管螺紋裝夾工件與粗車內(nèi)孔或外徑時裝夾基準(zhǔn)不能完全一致，導(dǎo)致車螺紋與粗車內(nèi)錐孔或外錐面時中心不同心，發(fā)生車螺紋時，在螺紋有效長度范圍內(nèi)圓周方向靠近螺紋收尾端的有效螺紋絲尖不能梳圓的現(xiàn)象。此外，原材料的硬度也是影響螺紋外觀質(zhì)量的因素之一，材料硬度過高、過低、硬度不均等均會影響油管螺紋加工的表面粗糙度。

2.2 加工工藝因素

目前，油管螺紋的加工主要在數(shù)控車床或?qū)Ｓ玫臄?shù)控管螺紋車床上完成，加工刀片的選用、裝夾方式的選擇、加工程序的編排等都會影響油管螺紋的加工質(zhì)量。

油管螺紋不同于普通螺紋，油管螺紋的絲底及絲尖都是光滑的小圓弧過渡，加工油管螺紋如果刀片選擇不正確，就會產(chǎn)生絲尖梳不圓的情況，如果絲尖出現(xiàn)尖角，可能會影響螺紋副的配合，導(dǎo)致內(nèi)外螺紋中徑不重合，影響螺紋副的密封及軸向抗拉強(qiáng)度。

油管螺紋加工工件裝夾方式的選擇也直接影響加工質(zhì)量，如工件伸出夾具太長，工件剛性下降，在吃刀抗力的作用下易使工件的中心偏離原來的中心，導(dǎo)致車出的螺紋圓度、錐度等超差。油管螺紋錐度加工是靠加工車床精度來控制的，數(shù)控車床加工錐度原理是采用數(shù)控車床的插補(bǔ)原理，通常將起點(diǎn)及終點(diǎn)坐標(biāo)值編寫入程序，設(shè)備系統(tǒng)自動計(jì)算插補(bǔ)值，引導(dǎo)刀片進(jìn)行加工，編寫程序時如不考慮刀尖圓弧對加工錐度的影響，會出現(xiàn)因刀尖圓弧導(dǎo)致的錐面過切或欠切問題。螺距的加工精度主要也與車床精度有關(guān)，一是絲杠軸向竄動量，二是主軸至絲杠間的傳動誤差。同時，加工工藝選擇或是加工程序編排不當(dāng)，也會導(dǎo)致油管螺紋端面倒角角度及寬度不符合圖紙要求，螺紋起始端有毛刺或前幾牙螺紋絲尖有銳角及飛邊，在運(yùn)輸及使用過程中磕碰導(dǎo)致堆扣無法安裝。此外，刀片的選擇、切削用量、切削系統(tǒng)剛性都可能導(dǎo)致加工的油管螺紋表面有震紋，達(dá)不到油管螺紋的表面粗糙度要求。

2.3 質(zhì)量檢驗(yàn)因素

油管螺紋檢驗(yàn)是個綜合性的測量和檢驗(yàn)，包括螺紋參數(shù)檢驗(yàn)和外觀檢驗(yàn)。螺紋參數(shù)檢驗(yàn)有錐度、螺距、牙高等單項(xiàng)尺寸測量，以及緊密距的測量，在日常加工、檢驗(yàn)中，由于螺紋單項(xiàng)尺寸測量效率低，因此在日常加工、檢驗(yàn)過程中，為提高檢驗(yàn)工作效率，檢驗(yàn)時主要是外觀檢驗(yàn)，并結(jié)合光滑錐度規(guī)和工作規(guī)共同檢驗(yàn)，如僅使用一種方法檢驗(yàn)可能導(dǎo)致加工油管螺紋有質(zhì)量缺陷未被及時發(fā)現(xiàn)，造成批量廢品。

3 提高油管螺紋加工質(zhì)量的有效途徑

通過上述原因分析，針對缺陷的成因制定相應(yīng)防范措施，具體來說，分為以下幾方面。

3.1 防止油管螺紋外觀缺陷的方法

原材料的加工余量過小和彎曲度超差是導(dǎo)致油管螺紋的收尾端螺紋有氧化皮的主要原因，尤其是在加工細(xì)長軸類零件的外油管螺紋時表現(xiàn)得更明顯，加工油管螺紋錐面前的加工余量應(yīng)大于2mm，彎曲度應(yīng)低于1mm/m。

同時，在實(shí)際加工中，因機(jī)床的精度等原因會造成機(jī)床主軸中心與加工件中心不在同一直線上，因此，在杜絕了加工余量小和彎曲度超差后，還應(yīng)保證卡爪的定心性能，檢測卡爪是否磨損嚴(yán)重，調(diào)整后旋轉(zhuǎn)卡盤，檢測工件旋轉(zhuǎn)360°，直徑誤差應(yīng)不超過0.03mm。

3.2 防止螺紋錐度及緊密距超差的方法

提高加工螺紋錐度及螺距精度的有效手段是選擇加工精度高的數(shù)控車床，并定期校準(zhǔn)機(jī)床精度，保證機(jī)床在規(guī)定的精度范圍內(nèi)使用。

在加工中，檢測油管螺紋外螺紋及內(nèi)螺紋車螺紋之前粗車錐面，用光滑錐度規(guī)檢驗(yàn)錐面時，保證錐度規(guī)與工件錐面配合良好。同時，為了保證車油管螺紋進(jìn)最后一刀時刀片能車到螺紋絲尖，車錐面的尺寸應(yīng)比螺紋絲尖所在圓錐面大（對于外螺紋）或者?。▽τ趦?nèi)螺紋）。螺紋加工完成后，用錐度規(guī)檢驗(yàn)，錐度規(guī)端面最好在凸出或凹入工件端面1mm范圍內(nèi)，同時還需用工作規(guī)檢驗(yàn)，用工作規(guī)檢驗(yàn)前先清理螺紋表面殘留的鐵屑、油泥等贓物，工作規(guī)手動擰緊在加工好的螺紋上，敲打工件數(shù)次，然后再擰工作規(guī)，反復(fù)做2～3次，確保工作規(guī)已擰緊，測量緊密距。緊密距是否合格直接影響螺紋連接的密封性能及連接強(qiáng)度，在《石油天然氣工業(yè)套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗(yàn)》（GB/T 9253.2-1999）中有明確規(guī)定：對于10牙/吋油管螺紋，環(huán)規(guī)對管子端部緊密距的極限偏差，以及塞規(guī)對接箍端面緊密距的極限偏差為±1.5倍螺距。對于8牙/吋油管螺紋，環(huán)規(guī)對管子端部緊密距的極限偏差，以及塞規(guī)對接箍端面緊密距的極限偏差為±1倍螺距。油管螺紋量規(guī)配對緊密距的極限偏差為±0.625mm。綜合考慮油管螺紋量規(guī)配對緊密距的極限偏差、測量緊密距時的測量誤差，結(jié)合實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，確定現(xiàn)場檢驗(yàn)時緊密距的范圍如下。

（1）對于10牙/吋油管螺紋外螺紋，緊密距為螺紋端面凹入工作環(huán)規(guī)測量端面2.5mm到凸出工作環(huán)規(guī)測量端面2.5mm之間。（2）對于10牙/吋油管螺紋內(nèi)螺紋，緊密距為螺紋端面至工作塞規(guī)測量面距離2.58～7.58mm之間。（3）對于8牙/吋油管螺紋外螺紋，緊密距為螺紋端面凹入工作環(huán)規(guī)測量端面2mm到凸出工作環(huán)規(guī)測量端面2mm之間。（4）對于8牙/吋油管螺紋內(nèi)螺紋，緊密距為螺紋端面至工作塞規(guī)測量面距離4.35 ～ 8.35mm 之間。

光滑錐度規(guī)是用來檢驗(yàn)螺紋錐度符合性的，雖然在檢驗(yàn)螺紋時它可以用來快速判斷螺紋絲尖直徑是否合格，但不能只利用錐度規(guī)檢驗(yàn)來判斷螺紋是否合格，用錐度規(guī)檢驗(yàn)合格后，每加工5件需用工作規(guī)檢驗(yàn)一次，發(fā)現(xiàn)有不合格的將前4件全部檢驗(yàn)，找出其它不合格的零件。使用錐度規(guī)檢驗(yàn)時一定要特別注意，錐度規(guī)檢驗(yàn)合格后，還要仔細(xì)觀察絲底是否光滑圓弧過渡，一旦發(fā)現(xiàn)絲底不光滑很可能是刀尖磨損造成的，這樣螺紋絲底直徑有可能不夠，必須隨時用工作規(guī)檢驗(yàn)緊密距，確定螺紋中徑、底徑是否合格。同樣也不能只利用工作規(guī)檢驗(yàn)緊密距來判斷螺紋是否合格，因?yàn)槿绻菁y絲尖直徑小了或者大了，雖然螺紋中徑、底徑符合要求，即緊密距合格，但是螺紋的牙高可能不合格，還需要用錐度規(guī)檢驗(yàn)螺紋絲尖所在錐面是否合格，用以間接判斷牙高是否合格，必要時還應(yīng)使用單項(xiàng)測量儀檢驗(yàn)螺紋牙高。

4 結(jié)語

綜上所述，油管螺紋的加工質(zhì)量是外觀質(zhì)量和單項(xiàng)參數(shù)合格與否的綜合體現(xiàn)，其質(zhì)量對工具的使用性能、安全系數(shù)都有著至關(guān)重要的影響。通過對油管螺紋加工檢驗(yàn)過程中常見質(zhì)量缺陷形成原因的分析，找到相對應(yīng)的解決方法，即通過嚴(yán)格控制半成品的質(zhì)量、合理選擇刀片及設(shè)備、合理的編排加工工藝，進(jìn)而保證油管螺紋的加工質(zhì)量，為后續(xù)工具的組裝、使用提供有力保障，避免出現(xiàn)安全隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，GB/T 9253.2-1999,石油天然氣工業(yè)套管、油管和管線管螺紋的加工、測量和檢驗(yàn)[S].1999,02(05).

[2]何巍.油管螺紋的加工質(zhì)量缺陷.包鋼科技,2011.06:27-29.