摩擦焊接技术被广泛应用于钻杆制造行业。在摩擦焊接过程中，钻杆接头和管体在轴向压力作用下，端面相互摩擦产生热量使其接触区域熔化，流态金属被挤压到管体内外两侧，形成了内飞边和外飞边。钻杆焊区产生的外飞边可以通过机加工方式有效去除，钻杆焊区产生的内飞边，国内最常用的去除方法是通过内冲方式去除。

 

　　由于内冲刀和管壁存在一定的间隙，在重力因素的作用下，内冲刀切除内飞边时会在焊缝区留下高低不等的残余金属。ANSI/APISpec5DP-2009第1版《钻杆规范》规定：钻杆管体的内加厚锥部区域的型面应光滑。内加厚结构应不可引起90°钩形工具挂住的任何锐角或截面突变[1]。因此，为了保证钻杆焊区型面达到制造工艺要求，需要使用内磨机进行内部打磨。

 

　　2.钻杆内修磨机的应用情况

 

　　由于自动内修磨机砂轮转速高，工作过程受人为因素影响少，设备综合性能稳定，钻杆焊区型面的质量得到了很大的提高，生产效率与老式人工内修磨机设备相比，由原来的15分钟/根降低到10分钟/根，同时极大降低了工人劳动强度。

 

　　自动内修磨机存在着一些工艺设计方面的缺陷。首先，自动内修磨机无法实现对残留金属多的部位进行定点修磨，容易造成过度打磨，影响内修磨质量；其次，在自动内修磨过程中，钻杆在旋转过程中出现跳动，如果跳动幅度过大，会造成砂轮被震碎或导杆损坏，设备运转不能平稳进行。

 

　　针对这些设计缺陷和不足，研究设计的钻杆内修磨机定点往返控制器和钻杆旋转加紧定位系统，有效解决了修磨不均匀和钻杆跳动难题，促进了钻杆内修磨效率和质量的提高。

 

　　3.钻杆内修磨机定点往返控制器的研究与应用

 

　　3.1钻杆内修磨机过度打磨原因分析

 

　　自动内修磨机只能匀速地对钻杆管壁进行修磨，在修磨过程中容易造成低残留金属区域的型面被过度打磨，而高残留金属区域的型面却没有被修磨平滑。在钻杆内飞边剪切过程中，内冲刀和管壁存在一定的间隙，由于重力因素，切除后的残留金属会呈现出上面多，下部少，两侧均匀的特点。

 

　　3.2内修磨定点往返控制理论

 

　　针对这种情况，提出了定点内修磨理论。在自动内修磨机的基础上增加一套定点往返控制电路，人为控制内修磨作业。人工找到钻杆内飞边高的地方，以此为中心，启动内修磨机定点控制电路，修磨机就会以高点为中心做一定弧度的定点往复运动。首先，找到钻杆焊缝区残留金属高端并将其置于最底部。其次，设定钻杆旋转弧度范围为+90°～-90°，钻杆在这个弧度范围内旋转，自动内修磨机的砂轮做高速旋转运动，这个过程中内修磨机的砂轮只对残留金属高端部位进行打磨，而没有对低端残留金属区域进行打磨，很好地修磨掉多余残留金属飞边的作业，这个过程中，残留金属少的部分没有被修磨到，从而保护了钻杆内壁。

 

　　3.3内修磨定点往返控制电路

 

　　基于这个思想，设计了一套钻杆内修磨定点往返控制电路（见图1），并安装在了自动内修磨机的操作台侧面。这个装置很好的解决了自动内修磨机的设计缺陷。

 

　　4.钻杆旋转定位系统的研究与应用

 

　　4.1内修磨中钻杆跳动原因分析

 

　　在自动内修磨过程中，由于钻杆处于匀速旋转状态，而自动内修磨机砂轮则在焊缝区域做2000-3000转/分的高速旋转，由于管体弯曲或自动线不在一条水平线上，使得钻杆接头部分会跳动，很容易造成高速旋转的砂轮卡转，轻则造成砂轮报废，严重时会造成自动内修磨及旋转轴报废或电机烧损，严重影响设备的安全运行。

 

　　4.2钻杆旋转定位系统原理

 

　　考虑到钻杆接头跳动的主要影响因素是钻杆管体弯曲，可以在靠近钻杆接头部位增加一套抑制钻杆接头跳动的机构，使其在规定的轨迹下运行。因此研究和制造了一套钻杆旋转定位系统，工作过程中，将旋转定位机构放下并紧紧地卡住钻杆管体，钻杆管体受到向下的挤压力，钻杆在旋转的过程中，由于挤压力的存在，钻杆接头部分的跳动会被削弱，从而使钻杆按照预期的旋转轨迹运行。钻杆内修磨结束后，将旋转定位系统从卡槽中取出，这样就不会影响到钻杆的出料工序。同时，将自动线调节到水平位置，克服人为因素影响。

 

　　4.3旋转定位系统应用情况

 

　　运行以来，钻杆旋转定位系统运行平稳，能很好的削弱钻杆接头的跳动。由于钻杆接头跳动而引起的卡转事故没有发生一起，取得了预期效果。

 

　　5.结论

 

　　钻杆自动内修磨机增加钻杆定点往返控制器和钻杆旋转定位装置后，创造了良好的经济效益。同时，在很大程度上改善了自动内修磨机的整体性能，提高了设备的稳定性和安全性，提高了钻杆内修磨质量和效率，降低了工人的劳动强度，创造了良好的社会效益。

 

　　参考文献

 

　　[1]美国石油协会.ANSI/APISpec5DP-2009第1版.钻杆规范[s].北京北方资讯服务中心.2009，8：18-19.

 

　　[2]王永宏，张玉英，等.钻杆检测设备的改进与使用[J].石油矿场机械.2003，10（02）：115-117.

 

　　[3]赵阳，方珠芳.浅谈钻杆加工工艺的改进[J].石油钻采工艺.2005，12（01）：106-108.

 

　　[4]王兆奎，丁庆新，赵宏林，张仕民.PLC控制系统在钻杆密封面台肩修磨机中的应用[J].石油机械。2010，13（06）：88-90.