Готовая бурильная труба выглядит как длинная ровная труба, но измерьте ее и обнаружите, что каждый конец заметно толще, чем стенка посередине. Эта более толстая зона, называемая высадкой, существует потому, что трубе приходится выдерживать изгибающие, скручивающие и зажимающие нагрузки на замки, и нет практического способа прикрепить дополнительную прочность к концу трубы. Силу нужно ковать там. Процесс, который это делает, высадка ковкой, является одним из наиболее широко используемых методов формовки в металлообработке, и от того, насколько хорошо он выполняется, напрямую зависит, пройдет ли труба, болт или вал проверку.

Логика этого процесса проста: когда детали требуется больше металла на одном конце стержня, переместите металл туда, а не отрезайте его. При расправленной ковке нагретый конец стержня сжимается вдоль его оси, в результате чего стержень укорачивается, а его диаметр увеличивается именно там, где это необходимо конструкции. При правильном подходе процесс обеспечивает плотную структуру с непрерывным потоком зерна и практически не приводит к потерям необработанного бруска. Если бежать неосторожно, на нем образуются складки, нахлестки и потрескавшиеся концы, которые сразу же отправляются в мусор. Разрыв между этими двумя результатами сводится к трем вещам: как металл нагревается, как он зажимается и какая его часть должна двигаться за один ход.

Что огорчает ковку Изменения в металле

При высадке сила прикладывается вдоль оси стержня или трубы, в то время как заготовка удерживается в зоне деформации. Длина уменьшается, поперечное сечение утолщается, а полость штампа контролирует, где окажется лишний металл. Горизонтальные высадочные машины справляются с этой задачей с помощью захватных матриц, которые зажимают стержень, и скользящего пуансона, обеспечивающего давление. Поскольку стержень остается зажатым и горизонтальным, можно обрабатывать заготовки значительной длины, а это именно то, что требуется для работ с бурильными трубами и длинными валами.

Один физический предел определяет весь процесс. Широко используемое правило цеха гласит, что неопорная часть стержня не должна превышать его диаметр примерно в три раза; кроме того, стержень имеет тенденцию прогибаться и складываться, а не утолщаться. Таким образом, более крупные скопления металла создаются поэтапно, при этом машина собирает металл посредством запрограммированной последовательности ударов, каждый из которых осуществляется в свою собственную полость штампа. Вот почему осадочные машины характеризуются тем, сколько металла они могут собрать за один удар и за цикл, а не только по тоннажу.

Процесс, шаг за шагом

Последовательность действий от необработанного прутка до контролируемой детали коротка, что является одним из экономических преимуществ метода. Однако каждый шаг должен быть выдержан твердо:

1. Резка: стержень или трубу стригут или распиливают по длине с квадратными концами без заусенцев, поскольку неровный конец плохо садится и приводит к перекосу.
2. Нагрев: только зона деформации достигает температуры ковки, обычно с помощью индукционного нагрева или газовой печи, поэтому остальная часть детали остается холодной и стабильной по размерам.
3. Зажим: захватная плашка плотно прижимается к заготовке и устанавливает длину без опоры для первого удара.
4. Осадка: пуансон продвигается в осевом направлении, и металл затекает в полость матрицы; запрограммированная серия ударов создает необходимый объем высадки.
5. Окончательная обработка: заусенец обрезается там, где он имеется, и деталь подвергается термообработке, такой как отжиг, с последующим размерным и ультразвуковым контролем.

Каждый шаг питает следующий. Смещающаяся кривая нагрева проявляется в виде изменения толщины стенки, а скользящий зажим проявляется в виде изгиба, который никакие последующие операции полностью не исправляют. Это практическая причина, по которой покупатели все чаще отдают предпочтение целым ячейкам, а не изолированной печатной машине. В центре такой ячейки находится сама осадочная машина — агрегат, объединяющий в одной раме зажим, штамповку и многоступенчатую оснастку.

Гидравлическая машина для высадки бурильных штанг для ковки конца трубы Высокотоннажный гидравлический пресс с сервоуправлением, предназначенный для высадки концов нефтяных бурильных труб, со встроенным зажимом, многоступенчатыми матрицами и регулируемыми настройками давления и хода. Он фиксирует всю формовочную ячейку, обеспечивая постоянный объем высадки и толщину стенок при изменении диаметра трубы. Посмотреть продукт →

При работе с бурильными трубами машины этого класса адаптируются к определенному диапазону диаметров труб и высаженных объемов, при этом захваты и матрицы заменяются при смене размеров на заводе.

Зачем создавать цель, а не обрабатывать ее

Очевидная альтернатива высадке — обработка более толстой секции цельного прутка, и это сравнение объясняет, почему производственные цеха редко выбирают этот путь.

Структурная колонка решает большинство покупок. Ковка под воздействием тепла разрушает сегрегацию, закрывает внутренние пустоты и выравнивает поток зерна по контуру высадки, поэтому утолщенная зона наиболее сильна именно там, где движутся нагрузки. Механическая обработка позволяет достичь тех же внешних размеров за счет прорезания этих линий зерен и оплаты удаленного металла в виде лома. При объемах бурильных труб разница в использовании материала и времени цикла не является предельной; оно формирует экономику всего завода.

Материалы, которые хорошо расстраивают

Большая часть расстроенной ковки выполняется из стали. Среднеуглеродистые марки являются «рабочими лошадками» для болтов, валов и других деталей машин, поскольку они сочетают в себе ковкость с прочностью, поддающейся термообработке. Низколегированные стали хромомолибденового семейства являются стандартными для бурильных труб и другой нефтедобывающей продукции, где высадке приходится выдерживать усталость в агрессивной среде. Марки нержавеющей стали не подходят для штоков клапанов и фитингов, конструкция которых зависит от коррозионной стойкости.

Выбор материала определяет характеристики нагрева. Углеродистые стали имеют щадящий температурный диапазон, в то время как марки сплавов нуждаются в более жестком контроле, чтобы избежать обезуглероживания на поверхности и укрупнения зерен внутри секции, что ослабляет окончательную высадку. Это одно из тихих преимуществ индукционного нагрева: время выдержки измеряется секундами, поэтому металл проводит гораздо меньше времени в диапазоне, где развивается повреждение поверхности.

Отопление – это то место, где допуски достигаются или теряются

Спросите операторов осадочной линии, что является причиной наибольшего количества брака, и ответом будет редкость пресса. Это отопление. Слишком холодная зона деформации сопротивляется течению, нагружает штампы и начинает притирать поверхность; слишком горячая или неровная зона приводит к оседанию стенки трубы, в результате чего толщина стенки выходит за пределы допуска. Высадка — это однократная формовка, что означает, что плохую температуру невозможно исправить на следующем проходе.

Индукционный нагрев стал стандартом для автоматизированных линий, поскольку он нагревает только конечную зону, повторяет одну и ту же температурную кривую на каждой детали и регулируется в течение нескольких секунд, когда линия меняет размер или скорость. Та же самая физика поддерживает горячую штамповку и в других семействах продуктов; Мы рассмотрим этот принцип более подробно в нашем обзоре индукционного нагрева при производстве автомобильных пружин.

Поэтому при производстве бурильных труб блок нагрева задается вместе с прессом, чтобы частота, конструкция змеевика и время выдержки соответствовали толщине стенки и объему высадки используемого диапазона труб.

Оборудование среднечастотного индукционного нагрева для высадки бурильных труб Эта среднечастотная индукционная установка нагревает концы труб до температуры, вызывающей осадку, за считанные секунды, благодаря специальным катушкам и замкнутому инфракрасному мониторингу, ограничивающему зону термического воздействия. Установленный вместе с прессом, он обеспечивает равномерную температуру для точного формования каждой трубы без трещин. Посмотреть продукт →

Одна машина или полная линия

Автономная машина подходит для предприятий, которые уже имеют оборудование для отопления, транспортировки и термообработки или выполняют смешанные работы. При определенных объемах производства расчет меняется: каждая передача между машинами — это шанс, что труба остынет неравномерно, на ней появятся следы или простоят достаточно долго, чтобы нарушить график. Вот почему заводы по производству бурильных труб, выпускающие один или два типоразмера в больших объемах, все чаще требуют использования цепи как единой системы.

Полная линия высадки объединяет подготовку прутков, индукционный нагрев, высадочный пресс и последующую термообработку, обычно стадию отжига, которая размягчает и стабилизирует зону высадки перед проверкой, с автоматической передачей между станциями. Приобретенная как один проект, линия вводится в эксплуатацию целиком, со скоростями, кривыми нагрева и управлением, согласованными друг с другом, а не согласованными между отдельными поставщиками.

Полная линия по высадке бурильных труб с автоматизированной передачей Интегрированная линия подготовки переплетных стержней, индукционного нагрева, гидравлической высадки и отжига с автоматической передачей между станциями. Приобретенный как один проект, он сдается в эксплуатацию целиком, поэтому кривые нагрева и манипуляции настраиваются вместе, что позволяет трубам перемещаться от вырезанной заготовки к готовым к сварке концам без ручной обработки. Посмотреть продукт →

Линии этого типа отражают то, как сегодня работает большинство заводов по производству бурильных труб: труба поступает в виде разрезанной заготовки и выходит с высаженными и отожженными концами, готовая к сварке бурильных замков, без необходимости ручной обработки между этапами.

Что нужно проверить перед совершением

Неудачная линия — это серьезное капитальное решение, и большинство разочарований связано с техническими характеристиками, которые никогда не проверялись в реальных производственных условиях. Краткий контрольный список поможет сделать переговоры конкретными:

1. Соответствие производительности: сравните производительность машины по сбору за один удар с наибольшим объемом высадки в вашем диапазоне размеров, а не со средним.
2. Контроль нагрева: запросите данные о равномерности температуры в зоне деформации, а не только номинальную мощность, и проверьте, как змеевики переключаются в зависимости от размера трубы.
3. Смена инструмента: определите, сколько времени потребуется на смену штампов и захватов в вашем ассортименте продукции, поскольку время замены определяет реальную производительность.
4. Подходит для автоматизации: проверьте интерфейсы загрузки, передачи и нисходящего потока, чтобы линия не создавала узких мест при передаче обслуживания, которую никто не указал.
5. Условия обслуживания: установка, пуско-наладка, удаленная диагностика и наличие запасных частей должны быть прописаны в предложении, а не обещаны впоследствии.

Практический вывод

Расстроенная ковка остается наиболее экономичным способом придать дополнительную прочность концу стержня или трубы, и она удерживает это положение благодаря физике, а не удобству. Металл, перемещаемый под действием тепла и давления, несет в себе текучесть и плотность зерна, которые не может восстановить никакая операция резки. Однако выдерживает ли готовая высадка допуск, зависит от точности нагрева, стабильности зажима и того, насколько хорошо оборудование вокруг пресса обрабатывает деталь между этапами.

Взгляд «сначала оборудование» — вот как мы подходим к этой теме на Уси Weineng Automation Technology Co., Ltd. , где оборудование для высадки бурильных труб расположено рядом с комплектными линиями для производства листовых рессор, винтовых пружин, стабилизаторов поперечной устойчивости и направляющих рычагов, построенных на единой основе контролируемого нагрева и автоматизированной формовки. Покупатели, сравнивающие поставщиков, добьются большего, спросив, как эти элементы объединяются в одну линию, чем сравнивая показатели тоннажа прессов по отдельности.