向恒媛，廖衛(wèi)軍，彭翰宇

（中國(guó)船舶中南裝備有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 113003）

近年來，隨著世界各國(guó)對(duì)油氣能源需求量的增加和油氣勘探的不斷投入，國(guó)內(nèi)外大型石油機(jī)械公司均開發(fā)出了具有本公司特色的石油鉆井工具，這些工具除了在材料、熱處理方面有自己的特色外，其中一些特殊螺紋也廣泛應(yīng)用于其公司產(chǎn)品上。特殊螺紋加工具備提高產(chǎn)品高附加值的特點(diǎn)， 近年來已引起了國(guó)內(nèi)行業(yè)的高度重視，想取得這些大型公司的零件訂單，需對(duì)其公司內(nèi)部的特殊螺紋加工過程進(jìn)行認(rèn)證，否則將沒有資格加工具有此類螺紋特征的產(chǎn)品。

VAM ACE 特殊螺紋，由法國(guó)瓦盧瑞克公司開發(fā)，屬于國(guó)外高氣密性特殊螺紋。 是理想的耐腐蝕合金用氣密密封T＆C 接頭， 用于環(huán)境惡劣的深井和腐蝕井，也適用于要求高性能的碳鋼和可控屈服管材。

TWO STEP 特殊螺紋，國(guó)外雙臺(tái)階特殊螺紋，由美國(guó)Hydril 公司和Hunting 公司研發(fā)，主要用于平端油管、加厚油管，抗扭矩的輔助密封臺(tái)肩油管。 該特殊螺紋有的采用直角形式，有的采用反向角形式，性能優(yōu)良，連接強(qiáng)度高，密封效果好。

2014年， 公司在承接的某鉆井工具產(chǎn)品上，有一種特殊螺紋——3.150HT 螺紋，這種螺紋公司的技術(shù)人員、操作人員、檢測(cè)人員均沒有接觸過。 經(jīng)過與客戶溝通及查閱相關(guān)技術(shù)資料，了解到該螺紋是一種高扭矩螺紋，屬于一種高精度的特殊螺紋，它廣泛應(yīng)用于螺桿鉆具類零件，通常在鉆井機(jī)械中連接機(jī)械裝置至鉆頭， 用于傳遞高扭矩。 公司結(jié)合成功進(jìn)行API螺紋認(rèn)證的優(yōu)質(zhì)資源，組織專人對(duì)該螺紋進(jìn)行了開發(fā)認(rèn)證。

1 技術(shù)分析

1.1 3.150HT 螺紋的主要特點(diǎn)

圖1 中，該螺紋為臺(tái)階式兩段錐螺紋，螺紋錐度均為1∶12；螺紋牙型復(fù)雜（圖1 中兩段螺紋的牙型見圖2），牙頂和牙底平行于軸線，牙形左、右兩邊分別成倒燕尾狀3°。 牙型上部為非承載螺紋，下部為承載螺紋。 承載螺紋與非承載螺紋螺距不同，但螺距公差都是±0.025 mm。螺紋尺寸精度要求高?；嫜缹捁?0.025 mm，螺紋中徑公差±0.025 mm， 中徑基面至端面長(zhǎng)度距離公差±0.025 mm，螺紋牙形面粗糙度Ra 0.8。

圖1 3.150HT 外螺紋結(jié)構(gòu)圖

圖2 螺紋牙型圖

1.2 3.150HT 螺紋的檢測(cè)要求

為保證鉆井工具使用安全性，客戶對(duì)HT 類高扭矩螺紋的檢測(cè)要求十分嚴(yán)格：螺紋錐度、螺距、緊密距、齒高、齒寬等單項(xiàng)檢測(cè)必須遵照?qǐng)D紙，在最終檢測(cè)時(shí)報(bào)告螺紋實(shí)際數(shù)值；螺紋尺寸檢測(cè)合格后，需進(jìn)行擰扣試驗(yàn)，以驗(yàn)證螺紋的嚙合性，并記錄擰扣、卸扣扭矩值、緊密距值各9次[1]。 擰扣扭矩需要達(dá)到13560 ～24400 N·m[2]，卸扣扭矩需要達(dá)到12200 ～21700 N·m[2]，為常規(guī)油管螺紋上緊扭矩的數(shù)倍。常規(guī)油管螺紋的上緊近似扭矩見表1。

表1 油管螺紋上緊近似扭矩

2 加工及檢測(cè)、試驗(yàn)

2.1 螺紋加工刀具及加工進(jìn)刀方式的確定

HT 螺紋由于牙型側(cè)面呈倒錐3°結(jié)構(gòu)， 采用螺紋成型刀具、直進(jìn)式加工的方法無法加工。 必須訂制專用刀具、采用直進(jìn)式、左右切削的方法來加工。 根據(jù)螺紋牙型圖，我們對(duì)螺紋刀具提出了各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，其中包括刀尖寬度、刀尖圓角、牙深、牙側(cè)角度等（見圖3）。 高扭矩螺紋由于其復(fù)雜性， 無法用成型刀具一次加工完成，因此我們采用國(guó)外先進(jìn)的刀具廠商Toolflo 的全牙形螺紋刀具，加工過程中采用直進(jìn)式與左右進(jìn)刀切削的方式來加工HT 螺紋。

圖3 螺紋刀片圖

先在45# 鋼料頭上反復(fù)進(jìn)行刀具試切，通過照光實(shí)測(cè)刀片刀尖寬度并根據(jù)試切槽寬檢測(cè)數(shù)值，找出其中的差值，精確到0.001 mm，不斷改進(jìn)刀具補(bǔ)償值，找出合適的切削參數(shù)，固化數(shù)控程序。 中間通、止規(guī)檢測(cè)，加工出合格的牙寬。 在試切過程中， 加工出來的螺紋一變螺距就亂扣，經(jīng)過集思廣義，反復(fù)試驗(yàn)，一改傳統(tǒng)的單頭螺紋定程序只有一個(gè)原點(diǎn)坐標(biāo)的做法，通過變換不同的坐標(biāo)原點(diǎn)實(shí)現(xiàn)螺紋變螺距的目的， 成功實(shí)現(xiàn)了HT 高扭矩螺紋45 鋼樣件的加工。

2.2 螺紋檢測(cè)

螺紋綜合量規(guī)是螺紋檢測(cè)時(shí)通用的工具，但由于HT 螺紋屬于客戶專利螺紋，螺紋量規(guī)不僅需要特殊訂制，且國(guó)內(nèi)多數(shù)量規(guī)生產(chǎn)廠家都無法提供訂制，而從國(guó)外采購定制量規(guī)，存在采購周期長(zhǎng)、成本高的問題。通過與客戶溝通，此次螺紋認(rèn)證放棄了綜合量具的檢測(cè)方法， 采用了進(jìn)口Gagemaker 螺紋內(nèi)、外中徑測(cè)量?jī)xMRP 和內(nèi)、外錐度測(cè)量?jī)x、牙高測(cè)量?jī)x等螺紋單項(xiàng)檢測(cè)儀器對(duì)HT 螺紋各單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行精確檢測(cè)。 螺紋綜合檢測(cè)采用膠泥取樣、投影儀照光檢測(cè)牙形，線切割破壞性切片精檢牙形樣件的方法進(jìn)行。

在45 鋼3.150 HT 螺紋樣件螺距、 錐度、牙高、中徑等各項(xiàng)檢測(cè)合格的情況下，對(duì)樣件進(jìn)行切片（見圖4），照光檢測(cè)牙型完全符合客戶圖紙要求后，對(duì)3.150 HT 螺紋的刀具、數(shù)控加工程序運(yùn)行、檢測(cè)方式進(jìn)行了固化，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行螺紋加工，經(jīng)檢測(cè)3.150 HT 螺紋螺距、錐度、牙高、中徑等單項(xiàng)檢測(cè)均符合客戶圖紙要求。

圖4 3.150 HT 螺紋樣件切片圖

2.3 螺紋擰、卸扣試驗(yàn)

經(jīng)過調(diào)研，江蘇如石機(jī)械的TJA13 3/8-45 數(shù)顯套管油管接箍擰接機(jī)設(shè)備，最大擰接扭矩可以達(dá)到45 kN·m，完全滿足HT 螺紋擰、卸扣力矩要求。 經(jīng)檢測(cè)合格的3.150 HT 螺紋產(chǎn)品，在TJA13 3/8-45 數(shù)顯套管油管接箍擰接機(jī)上，根據(jù)客戶要求的螺紋擰、卸扣力矩，每套產(chǎn)品進(jìn)行了9 次擰扣、卸扣試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果完全符合客戶規(guī)范要求。

3 結(jié)論

3.150 HT 高扭矩螺紋的成功試制，不僅提高了公司的螺紋加工工藝技術(shù)、 螺紋檢測(cè)技術(shù)，也開闊了工藝技術(shù)人員、加工操作人員的眼界。 同時(shí)，由于本次HT 螺紋試制中，技術(shù)人員、操作人員、檢測(cè)人員群策群力，集思廣義，對(duì)螺紋加工過程中出現(xiàn)的各種問題能快速反應(yīng)，找到適當(dāng)?shù)慕鉀Q辦法， 客戶對(duì)公司的整體技術(shù)水平給予了肯定。