白國興，韓 旭，姚賀杰，楊勇平

（1.中國石油渤海石油裝備制造有限公司第一機械廠，河北滄州 062658；2.中國石油渤海裝備制造有限公司渤海能克鉆桿有限公司，河北滄州 062658）

0 引言

中國石油渤海裝備渤海能克鉆桿有限公司主要生產(chǎn)銷售API 標準各種鋼級的全系列鉆桿。公司的鉆桿制造采用的是自動化生產(chǎn)線。鉆桿自動化生產(chǎn)線包括鉆具接頭加工線和鉆桿摩擦壓接線。鉆具接頭加工線負責鉆具接頭加工，鉆桿摩擦壓接線任務是把鉆具接頭的成品與管體進行焊接，最終得到鉆桿產(chǎn)品。壓接機工作示意如圖1 所示，壓接過程中，鉆桿連續(xù)驅動式摩擦焊是由摩擦焊機的主電機帶動由卡盤握持的鉆具接頭旋轉同時沿壓接機的直線導軌移動，壓向由壓接機的管體卡瓦夾緊的管體，使鉆具接頭與管體的接觸面相互摩擦產(chǎn)生熱量和一定塑性變形，然后停止旋轉，同時施加頂鍛壓力完成焊接，焊接質量與轉速、摩擦時間、摩擦壓力、頂鍛壓力和工件頂鍛變形量有關。

圖1 壓接機工作示意

隨著石油天然氣工業(yè)的迅速發(fā)展，鉆桿口徑也隨著勘探開發(fā)的需要逐漸加大。在鉆具接頭與管體壓接過程中，當旋轉的鉆具接頭與固定不動的管體接觸后，由于摩擦壓力突然增大，使移動中的壓接機受到劇烈的沖擊力而產(chǎn)生振動，尤其是大口徑的管體壓接，壓接機受力后產(chǎn)生較大振動，將直接影響焊接質量，加速壓接機的磨損。

1 總體思路

研制一種用于鉆桿摩擦壓接工藝中的壓力緩沖裝置，克服現(xiàn)有技術的不足，以解決大口徑的管體在摩擦發(fā)熱階段的壓接過程中，壓接機受劇烈的沖擊力而產(chǎn)生振動，影響焊接質量，加速壓接機磨損的問題。

2 主要技術內容

2.1 裝置構成

壓力緩沖裝置結構如圖2 所示：緩沖裝置包括軸向兩端開口且扣合在一起形成有容置腔的緩沖油缸體和緩沖油缸蓋、從緩沖油缸體的外端開口中滑動插入容置腔中且為軸向中空的活塞桿以及貫穿插設在活塞桿的內腔中的開啟壓力調節(jié)傳動軸；活塞桿上固設有活塞，并且緩沖油缸體的內腔中設置有供活塞在其中活動的活塞腔；位于活塞腔一端的緩沖油缸體上開設有控制摩擦壓力緩沖進油口P，位于活塞腔另一端的緩沖油缸蓋上還設有油缸活塞處回油口T2；緩沖油缸蓋外端開口中固定插設有先導閥座，并且先導閥座的中心沿軸向開設有遙控摩擦壓力進油口A，緩沖油缸蓋的外端且靠近先導閥座端的位置開設有錐形先導閥芯處回油口T1；開啟壓力調節(jié)傳動軸的內端中心沿軸向開設有閥芯插槽，并且閥芯插槽中滑動插設有錐形先導閥芯；錐形先導閥芯上套設有3 個彈簧座，第一彈簧座滑動套設在錐形先導閥芯上且靠近閥芯插槽的一端，第一彈簧座與固定套設在錐形先導閥芯另一端，第二彈簧座之間設置有第三彈簧，第一彈簧座與滑動套設在錐形先導閥芯中間的第三彈簧座之間設置有第一彈簧，第二彈簧座與第三彈簧座之間設置有第二彈簧。

圖2 壓力緩沖裝置結構

錐形先導閥芯包括：圓柱形的閥桿和錐形的閥頭；閥桿滑動插設于閥芯插槽中，閥頭正對著遙控摩擦壓力進油口A；3 個彈簧座套設在閥桿上。

緩沖油缸體的外端開口上設置有緩沖油缸防護罩。開啟壓力調節(jié)傳動軸的外端從緩沖油缸體的外端開口中伸出，緩沖油缸防護罩通過螺紋連接在緩沖油缸體的的外端開口上，用于保護開啟壓力調節(jié)傳動軸、鎖緊螺母和活塞桿。

活塞的外周上設置有YX 形密封圈；緩沖油缸體的外端內壁上設置有與活塞桿的外端滑動接觸的第一O 形密封圈，緩沖油缸蓋的內端內壁上設置有與活塞桿的內端滑動接觸的第二O形密封圈，緩沖油缸蓋的內端外壁扣合處設置有第四O 形密封圈；第二彈簧座的外周上設置有第三O 形密封圈。

第一彈簧座和第三彈簧座的軸向兩端均為階梯形，第二彈簧座面向第一彈簧座的一端為階梯形。第一彈簧座與開啟壓力調節(jié)傳動軸的內端固定連接。

活塞桿的外端部上設置有用于鎖緊開啟壓力調節(jié)傳動軸的鎖緊螺母；開啟壓力調節(jié)傳動軸的外端設置有與活塞桿的外端以及鎖緊螺母配合連接的外螺紋。

緩沖油缸體和緩沖油缸蓋是壓力緩沖裝置的主體，用于對各部件的位置提供支撐；緩沖油缸體上開設有控制摩擦壓力緩沖進油口P，緩沖油缸蓋上開設有錐形先導閥芯處回油口T1 和油缸活塞處回油口T2，先導閥座上開設有遙控摩擦壓力進油口A，開啟壓力調節(jié)傳動軸用于調節(jié)壓力緩沖裝置的初始開啟壓力，活塞桿用于控制摩擦壓力緩沖程度；錐形先導閥芯用于控制遙控摩擦壓力進油口A 的開度，相當于開關，先導閥座用于與錐形先導閥芯共同配合控制遙控摩擦壓力進油口A 的開度，相當于開關座；第一彈簧座、第二彈簧座和第三彈簧座均用于固定彈簧位置；第一彈簧、第二彈簧和第三彈簧用于緩沖遙控摩擦壓力進油口A 進油壓力；第一O 形密封圈用于防止液壓油從活塞桿與緩沖油缸體的配合間隙處泄漏，第二O 形密封圈用于防止液壓油從活塞桿與緩沖油缸蓋的配合間隙處泄漏，YX 形密封圈用于防止活塞前后腔竄油，第三O 形密封圈用于防止從遙控摩擦壓力進油口A 進入的液壓油從緩沖油缸蓋與第二彈簧座的配合間隙處泄漏，第四O 形密封圈用于防止液壓油從緩沖油缸蓋與緩沖油缸體的配合間隙處泄漏。

2.2 工作原理

壓力緩沖裝置的工作原理如圖3 所示，壓力緩沖裝置加入液壓系統(tǒng)進行控制。鉆具接頭與管體摩擦壓接前，操作人員可以根據(jù)壓接管體口徑的大小，松開壓力緩沖裝置的鎖緊螺母，事先調節(jié)開啟壓力調節(jié)傳動軸，調整其最佳開啟壓力。依據(jù)材料接觸后達到產(chǎn)生摩擦發(fā)熱壓力的時間，調節(jié)壓力緩沖裝置的流量閥，調整壓力緩沖裝置的最佳摩擦發(fā)熱壓力斜率。壓接過程中推缸帶動壓接機本體的前進壓力與時間的對應關系如圖4 所示。

圖3 壓力緩沖裝置工作原理

圖4 前進壓力與時間的對應關系

鉆具接頭與管體壓接過程中，壓接機本體移動由快進變?yōu)楣みM，當鉆具接頭與管體接觸后，電磁閥1 得電，液壓油按照電磁閥1 的左位箭頭方向供油，高壓油進入減壓閥的同時從減壓閥的遙控口進入壓力緩沖裝置的遙控摩擦壓力進油口A，推開錐形先導閥芯，經(jīng)錐形先導閥芯處回油口T1 泄壓，使得進入減壓閥的高壓油壓力下降，從而使得經(jīng)過減壓閥進入到推缸的液壓油壓力非常低，此時，電磁閥2 得電，液壓油按照電磁閥2 的左位箭頭方向供油，高壓油從控制摩擦壓力緩沖進油口P 進入，推動活塞桿、開啟壓力調節(jié)傳動軸和第一彈簧座向遙控摩擦壓力進油口A 方向移動，進而壓縮第一彈簧、第二彈簧和第三彈簧，推動錐形先導閥芯向遙控摩擦壓力進油口A 方向移動，減少遙控摩擦壓力進油口A 的開度、減少遙控摩擦壓力進油口A 經(jīng)錐形先導閥芯處回油口T1 的泄油量，逐步提高減壓閥的出口壓力，使得摩擦壓接機的推缸摩擦焊接壓力緩慢提升，避免壓接機在摩擦發(fā)熱階段的強烈振動，否則會使摩擦焊接的鉆桿熱影響區(qū)處融化鋼水被擠出從而產(chǎn)生晶粒長大、焊接灰斑等質量缺陷，保證良好的焊接質量。當錐形先導閥芯的錐頭與先導閥座的錐面完全接觸吻合，壓力緩沖裝置的遙控摩擦壓力進油口A進油被截斷，此時，壓力緩沖裝置失去對減壓閥的油壓控制，減壓閥的液壓油的壓力亦升至其設定值，減壓閥按照其自身設定壓力開始工作。

3 應用效果

實施后壓接機推缸平穩(wěn)前進，避免了壓接機的沖擊振動，從而避免了壓接機的過度磨損，在摩擦壓接工藝中，鉆具接頭與管體焊接平穩(wěn)，保證了良好的焊接質量。壓力緩沖裝置采用3 根彈簧，既能承受由遙控摩擦壓力進油口A 進入的高壓油的沖擊而不致于產(chǎn)生永久變形破壞，又能使彈簧在較低的油壓下平穩(wěn)開啟。