石油鉆桿是由鉆桿接頭和桿體兩構(gòu)件分別制造后再連接而成。雖然摩擦焊工藝已成功地應(yīng)用于鉆桿焊接，但在實際焊接過程中還存在一些缺陷，例如會產(chǎn)生焊接錯位、外壁留有飛邊、焊接區(qū)組織粗大等。針對鉆桿摩擦焊中的缺點，采用用擴散焊(TLP)設(shè)備，在大氣條件下加Ar氣保護進行了鉆桿的過渡液相擴散焊連接，獲得了組織與性能合格的接頭， 對推進擴散焊技術(shù)在石油工業(yè)中的應(yīng)用有一定的意義
一、試驗材料
試驗采用127mmX10mm的鉆桿桿體和鉆桿接頭，材料為35CrMo. 所用中間層為FeNi-CrSi-B鐵鎳基非晶箔片，熔點為1050~1100℃，厚度為25μm，其化學(xué)成分見表1。
表1中間層的化學(xué)成分

二、焊接設(shè)備
鉆桿專用擴散焊設(shè)備，主要由中頻電源及感應(yīng)加熱器、夾具及液壓、冷卻系統(tǒng)、保護系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。其中感應(yīng)加熱器為單匝上下對開，內(nèi)部有冷卻水通道，外側(cè)有保護氣路，水電氣一體化，操作簡單，便于工件的安裝和拆卸。液壓系統(tǒng)提供夾緊力和頂緊力，實現(xiàn)工件的固定和焊接壓力?？刂葡到y(tǒng)采用PLC+PRC模塊，并通過觸摸屏設(shè)定工藝參數(shù)，實現(xiàn)人機界面對話。冷卻系統(tǒng)由水箱、水泵、散熱片及風(fēng)扇組成，通過循環(huán)水冷卻 夾具、感應(yīng)加熱器及液壓系統(tǒng)。
圖1鉆桿TLP連接設(shè)備示意圖

圖1

1—后頂架，2一基座；3C形架；4一鉆桿接頭；5一感應(yīng)加熱器；6一控制面板；7一龍門架；8一鉆桿桿體
三、擴散焊工作過程
①車削加工鉆桿接頭和桿體端面，平均粗糙度為Ra6.3um.
②打開感應(yīng)加熱器，C形架和龍門架上夾頭抬起。鉆桿接頭安裝在C形架定位座上行程開關(guān)控制C形架運行直到接頭待焊端面位于感應(yīng)加熱器中心。鉆桿桿體從右側(cè)裝入，待兩焊接端面接觸時夾緊桿體。調(diào)整C形架上的定位座進行錯位調(diào)整。
③運行C形架分離兩待焊端面，將與焊接端面等形狀的Fe-Ni-Cr-Si-B中間層合金箔片置于兩待焊端面，C形架推后頂架，壓緊中間層合金箔片。
④合上感應(yīng)加熱器，接通光纖測溫儀，打開冷卻水和Ar保護，觸摸屏設(shè)定焊接參數(shù)和后熱處理參數(shù)，通過PLC＋PRC運行焊接程序。在加熱溫度1215℃、保溫時間4min，壓 力9 MPa的工藝參數(shù)下進行鉆桿擴散焊。焊后加熱溫度650℃，保溫5min回火,
⑤焊接程序結(jié)束后，打開感應(yīng)加熱器，C形架和龍門架上夾頭上抬。焊接后的鉆桿通下料機構(gòu)從右側(cè)下料，C形架退回左側(cè)，焊接完畢。
四、接頭分析
對焊后試樣進行拉伸、彎曲試驗。采用過渡液相擴散焊工藝焊接鉆桿，接頭變形小，焊縫處無摩擦焊時的飛邊，焊縫成形美觀。拉伸試驗時斷在母材上，擴散焊接頭強度高于母材，彎曲試驗時，接頭處面彎、背彎180"未斷，接頭具有很好的塑性。