雙管油管懸掛器加工工藝研究

王紅　許福東　林康斌

摘 要：雙管油管懸掛主要用于井口采油樹中油管頭內(nèi)，采用雙管結(jié)構(gòu)，無需再打一個(gè)井口，可以節(jié)省空間和減少經(jīng)濟(jì)損耗，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形狀不規(guī)則，雙孔不對稱偏心、尺寸和公差等加工精度要求高，一直給生產(chǎn)加工帶來很多困擾。經(jīng)過在實(shí)踐中的摸索，通過優(yōu)化熱處理工藝，優(yōu)化機(jī)加工工藝，并借助自制工裝和輔助點(diǎn)焊等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品尺寸、偏心位置精度的要求，能夠顯著地提高加工效率和一次檢驗(yàn)合格率。

關(guān)鍵詞：雙管油管懸掛器；熱處理；機(jī)加工；工裝；檢驗(yàn)

中圖分類號：TE35 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0101-03

Abstract： The double pipe tubing suspension is mainly used in the tubing head of the wellhead oil production tree， and the double tubing structure is adopted， without having to drill another wellhead， which can save space and reduce economic loss. Because of its complex structure and irregular shape， The asymmetric eccentricity， size and tolerance of double holes require high machining accuracy， which brings a lot of troubles to the production and processing all the time. Through the exploration in practice， optimizing the heat treatment process and the machining process， and with the help of self-made tools and auxiliary spot welding technology， the research helps to achieve the requirements of product size， eccentricity position accuracy， and can significantly improve the efficiency of processing and a qualified rate of inspection.

Keywords： double tubing hanger； heat treatment； machining； tooling； inspection

引言

雙管油管懸掛器是由兩個(gè)半圓形的、用極小間隙配合組成一個(gè)完整圓形的懸掛器，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不但多偏心結(jié)構(gòu)，而且內(nèi)孔多特殊螺紋，精度要求高。機(jī)加工完成后需對螺紋進(jìn)行鍍銅工藝，保證螺紋耐用性。結(jié)合公司的實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)，對下面這種雙管懸掛器產(chǎn)品來做具體案例分析，如圖1、圖2。

1 雙管油管懸掛器產(chǎn)品的主要設(shè)計(jì)技術(shù)要求及難點(diǎn)

1.1 產(chǎn)品材料

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品材質(zhì)為美國型號AISI 410SS的不銹鋼鍛件，化學(xué)成分及力學(xué)性能可參照AISI的相關(guān)材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中力學(xué)性能屈服≥75Kpsi范圍；熱處理后的硬度保證在布氏值207～237HBW之間[1]。

1.2 產(chǎn)品精加工尺寸要完全符合圖紙要求

（1）兩個(gè)半圓形懸掛器拼湊成剛好是一個(gè)整圓，中間最大縫隙也只有0.14mm，外圓、側(cè)槽都要合在一起加工完成才能完美匹配。

（2）兩個(gè)半圓形懸掛器都有偏心、跟整圓中心線不同距的內(nèi)孔，需要獨(dú)立分開加工完成。

（3）兩個(gè)半圓形懸掛器兩頭內(nèi)孔都有內(nèi)螺紋，都有一頭與內(nèi)孔同心的外圓，不易使用加工中心銑削加工。

1.3 精加工完成后對EU螺紋表面進(jìn)行防磨鍍銅工藝。

1.4 對產(chǎn)品進(jìn)行尺寸和探傷檢驗(yàn)。

2 具體優(yōu)化工藝

2.1 優(yōu)化熱加工工藝要求

2.1.1 優(yōu)選化學(xué)成分要求

為了滿足AISI 410SS產(chǎn)品的材質(zhì)及附屬的性能參數(shù)的要求，如抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率及硬度要求等，首先須按照爐號對鋼錠進(jìn)行化學(xué)成分分析，鋼產(chǎn)品的化學(xué)成分需滿足《API 6A，PSL1-4級產(chǎn)品通用材料技術(shù)要求》的規(guī)范要求。鑄造廠應(yīng)對每爐鋼進(jìn)行分析，最好是澆鑄時(shí)桶中取樣。所列的元素應(yīng)以重量百分比報(bào)告。雜質(zhì)元素不要求報(bào)告，但總的雜質(zhì)含量不應(yīng)超過1%[2]。

2.1.2 優(yōu)化熱處理參數(shù)的選擇及實(shí)施

（1）熔煉方法：煉鋼應(yīng)采用連續(xù)電爐+真空處理（EFVD）或氬氧脫碳精煉（EFAOD）工藝進(jìn)行。真空感應(yīng)熔煉（VIM）、或以上任一種方式再加真空電弧重熔（VAR）或電渣重熔（ESR）也是可以接受的。

（2）熱處理：所有產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)行淬火+兩次回火處理。

（3）機(jī)械性能：機(jī)械性能要求列于表1。每爐鋼應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)并報(bào)告所列機(jī)械性能。

（4）表面質(zhì)量及尺寸公差

鍛件的幾何形狀、重量、尺寸偏差和表面粗糙度應(yīng)符合毛坯圖紙要求，不得有過燒和嚴(yán)重脫碳現(xiàn)象，鍛件表面清理應(yīng)按工藝要求選用噴砂、噴丸、酸洗或其他方法，清理后的鍛件表面應(yīng)符合有關(guān)技術(shù)要求，鍛件的冷卻應(yīng)按有關(guān)工藝規(guī)程進(jìn)行，鍛件表面不得有裂紋、折迭、結(jié)疤和夾渣等缺陷[3]。

（5）內(nèi)部質(zhì)量

鍛造時(shí)，必須嚴(yán)格控制始鍛溫度、終鍛溫度、變形程度和變形速度，鍛件內(nèi)部不允許白點(diǎn)、氣孔、夾渣、偏析等影響鍛件質(zhì)量的缺陷存在，內(nèi)部缺陷用超聲波進(jìn)行檢測，檢測表面的粗糙度應(yīng)小于Ra6.3，鍛件的超聲波檢測及驗(yàn)收按ASTM A388規(guī)范進(jìn)行。晶粒度合格標(biāo)準(zhǔn)為5～8級[4]。

2.2 產(chǎn)品優(yōu)化冷加工工藝要求

即產(chǎn)品如何從成型的毛坯通過機(jī)床或工裝的輔助加工達(dá)到客戶的圖紙要求的過程[5]?；诋a(chǎn)品外形以圓環(huán)形為主，并考慮螺紋、小外圓，車床加工更為方便，所以建立以車床加工為主的工藝步驟，步驟如下：

2.2.1 毛坯采用二合一

按照設(shè)計(jì)思路毛坯應(yīng)為二合一圓柱體，尺寸Φ189*305的熱處理后毛坯，節(jié)省材料并且有利于后續(xù)加工。

2.2.2 將毛坯偏心線割兩半

按照設(shè)計(jì)偏中心6mm線割成兩個(gè)相應(yīng)毛坯，確定后續(xù)加工以線割面為基準(zhǔn)面，方便定位兩半圓的內(nèi)孔位置。

2.2.3 焊合線割后的毛坯（圖3）

焊合線割成兩半的毛坯，毛坯橫向錯(cuò)位0.5～1.0mm。毛坯滿焊兩側(cè)邊，兩端面邊各焊4～6個(gè)點(diǎn)。在操作過程中，為了避免造成兩半圓在焊接時(shí)縫隙和錯(cuò)位偏差太大，先用卡箍緊固兩半圓，點(diǎn)焊牢固，去掉卡箍，繼續(xù)焊接牢固。

2.2.4 上加工中心，銑有側(cè)槽那一端的雙管外形，鉆雙管內(nèi)基準(zhǔn)孔

用加工中心以錯(cuò)位的線割面為基準(zhǔn)面，向大半圓偏移6.02mm的中點(diǎn)為圓心建立新的整圓，銑深3～5mm、≥180mm圓，鉆兩半圓的內(nèi)孔基準(zhǔn)孔3～5mm深，有利于下一步數(shù)車精加工整圓的外圓面和兩個(gè)獨(dú)立的半圓的內(nèi)孔、內(nèi)螺紋以及小外圓。

2.2.5 數(shù)控車床，精車整圓外圓

數(shù)控車床車外圓，端面。外圓只車到圖示尺寸，端面只車掉一小段（銑側(cè)槽基準(zhǔn)），焊點(diǎn)不能車掉（防止銑槽時(shí)割縫裂開，造成加工誤差）。在實(shí)際加工過程中，跟預(yù)想的一樣順利，沒有因焊點(diǎn)裂開造成割縫變大引起的加工誤差。

2.2.6 整體加工完成，去掉焊縫

組合懸掛器的整圓部分已經(jīng)加工完成，接下來就是分開獨(dú)立加工兩個(gè)半圓懸掛器的內(nèi)孔、內(nèi)螺紋和小外圓。把未車到位的端面加工到位，打磨去掉焊縫，分開兩個(gè)半圓，再在鉆床上鉆通內(nèi)孔。

2.2.7 兩部分半圓懸掛器加工以及工裝設(shè)計(jì)

因兩個(gè)半圓懸掛器內(nèi)孔偏心距離不同，并且數(shù)控車床加工內(nèi)孔、內(nèi)螺紋和小外圓，所以需要兩副不同的糾正偏心的工裝。為了方便數(shù)控車床卡盤裝夾，采用圓盤式外形的工裝；再以在圓盤工裝內(nèi)部加工成偏心補(bǔ)償?shù)目可胶蚔型卡爪頂緊定位的方式，便于在數(shù)控車床上加工和裝卸。工裝設(shè)計(jì)及裝配圖，見圖4、圖5。

（1）工裝主體：圓盤形設(shè)計(jì)，安裝在數(shù)控車床卡盤快捷的定位圓心。

（2）鎖緊螺桿：梯形螺紋型螺桿，具有自鎖功能，不會因受過強(qiáng)的外力導(dǎo)致V型卡爪松動(dòng)。

（3）導(dǎo)向桿：導(dǎo)向、定位V型卡爪在工裝主體中心的功能。

（4）V型卡爪：鎖定緊固半圓懸掛器，定位半圓懸掛器內(nèi)孔與工裝主體同心的功能。

（5）偏心補(bǔ)償靠山：按照不同的偏心尺寸設(shè)計(jì)，起到Y(jié)軸定位基準(zhǔn)的作用，使半圓懸掛器的內(nèi)孔與工裝主體同心。

（6）擋板：安裝在工裝主體的后側(cè)，起到X軸定位基準(zhǔn)的作用。

2.2.8 在數(shù)控車床上完成對零件小外圓內(nèi)孔、螺紋等的加工，最終成品見圖6。

2.3 表面處理及檢驗(yàn)

產(chǎn)品精加工完成后，對所有尺寸進(jìn)行終檢。EU螺紋按要求防銹鍍銅，鍍層厚度： 鍍層厚度應(yīng)為0.0002～0.0007″（0.006～0.017mm），厚度檢查應(yīng)按ASTMB499（磁性法）或ASTM B504（庫侖法）規(guī)范進(jìn)行。銅鍍層應(yīng)光滑細(xì)膩、牢固、無砂眼、凹坑、銹斑、礦瘤或其他瑕疵等有損零件性能的缺陷，準(zhǔn)參考照片進(jìn)行驗(yàn)收并要求必須合格[6]。

3 結(jié)束語

雙管油管懸掛器作為加工工藝中比較復(fù)雜的產(chǎn)品，偏心加工技術(shù)一直是比較主流的加工技術(shù)，但機(jī)械加工的細(xì)節(jié)不能忽視，通過優(yōu)化熱處理工藝和優(yōu)化機(jī)加工工藝過程，并借助適當(dāng)?shù)难b夾工裝、點(diǎn)焊和自制工裝，可以大大提高加工過程精度，能顯著提高加工效率與一次檢驗(yàn)合格率。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院標(biāo)準(zhǔn)館.美國材料與試驗(yàn)協(xié)會（ASTM）標(biāo)準(zhǔn)目錄[M].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2]畢鳳琴，張旭昀.熱處理原理及工藝[M].北京：石油出版社，2009.

[3]趙忠，丁仁亮，周爾康.金屬材料及熱處理[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[4]Nondestructive Testing Handbook， Third Edition： Volume 8， Magnetic Testing[S].2011.

[5]王曉霞.金屬切削原理與刀具[M].航空工業(yè)出版社，2009.

[6]李家偉.無損檢測手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.