楊富榮 ，韓 旭 ，吳建文 ，楊文付

1.中國石油集團(tuán)渤海裝備第一機(jī)械廠油井管公司 （河北 青縣 062658）

2.中國石油集團(tuán)渤海裝備第一機(jī)械廠科技質(zhì)量科 （河北 青縣 062658）

大口徑套管加工技術(shù)要求高、難度大，受管坯幾何尺寸、加工車床、刀具、檢驗(yàn)方法和人為因素等各方面影響，容易出現(xiàn)黑皮扣、緊密距不合、端面不合、振紋等現(xiàn)象，造成大口徑套管加工廢品率較高。

1 影響大口徑套管加工質(zhì)量的因素

1.1 管坯幾何尺寸

加工大口徑套管的管坯受制管工藝的局限性，幾何尺寸都會(huì)有一些偏差。這些幾何尺寸偏差在API Spec 5CT-2011[1]標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定公差范圍內(nèi)是允許的，但對(duì)加工螺紋的質(zhì)量影響很大。

1.1.1 直線度

API Spec 5CT-2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定全長直線度不超過管子總長的0.2%，管端1.5m長度范圍內(nèi)直線度不超過3.18mm。由于大口徑套管質(zhì)量較大，加工大口徑套管所用數(shù)控車床大多是采用旋轉(zhuǎn)刀盤進(jìn)行切削，即刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)給而鋼管靜止不動(dòng)的切削方式，切削比較平穩(wěn)，螺紋加工精度高；其缺點(diǎn)是對(duì)鋼管伸出部分（管端）的直線度公差要求較高。而當(dāng)管端直線度公差超過2.5mm時(shí)，加工螺紋就容易產(chǎn)生黑皮扣，形成廢品。

1.1.2 橢圓度

API Spec 5CT-2011標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管端橢圓度沒有明確要求，只規(guī)定了管子的外徑公差值，上限為+1%D，下限為-0.5%D。 以 339.72mm(138″)套管為例，標(biāo)準(zhǔn)外徑為339.72mm，標(biāo)準(zhǔn)允許最大外徑為343.12mm,最小外徑為338.02mm，計(jì)算得出橢圓度為5.10mm。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)原材料管端橢圓度超過3mm時(shí)，往往會(huì)造成圓周方向加工螺紋不均勻，有的地方加工余量大，導(dǎo)致車刀磨損快，降低刀具使用壽命；有的地方加工余量小，導(dǎo)致加工的螺紋出現(xiàn)黑皮扣、斷扣，螺紋成品率低。

1.1.3 壁厚

在API標(biāo)準(zhǔn)系列套管中，同一外徑會(huì)有多種的不同的壁厚，以339.72mm套管為例，壁厚共有5種，最小壁厚為8.38mm，壁厚較薄，在加工套管螺紋時(shí)，管端的剛性較差，在切削力和夾緊力的共同作用下，管端容易產(chǎn)生震顫，形成顫紋。

1.1.4 外徑偏差

API Spec 5CT-2011標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定套管外徑D公差范圍在+1%～-0.5%，但是當(dāng)管坯外徑處于極限偏差規(guī)定最小值時(shí)，螺紋的加工余量很小，往往會(huì)在加工螺紋的后程形成黑皮扣[2]，造成完整螺紋長度不夠，形成廢品。

1.1.5 管端切斜

管端切斜值是鋼管管端加工質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),而鋼管口徑越大，管端切斜值則越難控制[3]，切斜示意圖如圖1所示。管端切斜值超差是由直線度及圓度、加工設(shè)備、檢測(cè)方法等因素造成的。目前國內(nèi)現(xiàn)有制造企業(yè)中，大多數(shù)制造企業(yè)對(duì)于切斜的控制水平是符合要求的。但也有少數(shù)制造企業(yè)，由于加工設(shè)備落后差等原因，經(jīng)常出現(xiàn)切斜值較大的現(xiàn)象[4]。當(dāng)管端切斜值超過2mm時(shí)，在加工套管螺紋時(shí)，第一刀的車端面不能把端面車削平整，就會(huì)造成加工螺紋端面不合格。而API Spec 5CT-2011標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)管端切斜值沒有明確要求。

圖1 切斜示意圖

1.2 數(shù)控車床和刀具

數(shù)控車床是加工大口徑套管的主要設(shè)備，數(shù)控車床的精度直接影響加工大口徑套管螺紋的精度,數(shù)控車床任何一部分出現(xiàn)故障都會(huì)導(dǎo)致加工螺紋不合格。而加工螺紋的車刀普遍采用數(shù)控螺紋車刀，即成型車刀，螺紋的單項(xiàng)參數(shù)齒高、螺距、螺紋錐度等幾何尺寸主要由成型車刀來保證。但在實(shí)際加工過程中，如果刀具出現(xiàn)刀尖崩裂或磨損嚴(yán)重，就會(huì)造成超高超差，臺(tái)階、平扣、表面粗糙度超差等廢品[5]。

1.3 螺紋檢驗(yàn)方法

緊密距是API套管螺紋檢測(cè)的一個(gè)重要參數(shù)，它能夠綜合反映螺紋各單項(xiàng)參數(shù)及表面加工質(zhì)量，并對(duì)密封完整性和結(jié)構(gòu)完整性影響很大。緊密距的測(cè)量都是人工旋合，大口徑套管螺紋量規(guī)本身較重，在檢驗(yàn)過程中不容易保證螺紋接頭和量規(guī)同軸旋合，量規(guī)硬度遠(yuǎn)高于套管螺紋，在檢驗(yàn)緊密距過程中，一旦兩者發(fā)生非正常干涉，容易劃傷螺紋或者粘扣[6]，形成廢品。而實(shí)際生產(chǎn)中很難做到緊密距100%測(cè)量，這就可能連續(xù)出現(xiàn)緊密距不合格。

1.4 操作人員素質(zhì)

操作人員是基層隊(duì)伍的主體，他們的意識(shí)和素質(zhì)決定了工作質(zhì)量的高低。例如有些操作人員對(duì)本崗位的操作規(guī)程掌握不熟練，加工出的廢品就會(huì)很多，而經(jīng)驗(yàn)豐富、責(zé)任心強(qiáng)的操作人員加工出的廢品會(huì)很少。

1.5 其他

影響大口徑套管加工廢品率的因素還有很多，例如，鐵屑纏繞刀桿劃傷絲扣，車床冷卻效果欠佳產(chǎn)生積屑瘤，計(jì)量器具使用方法不正確或使用不合格計(jì)量器具等，都會(huì)影響大口徑套管的加工質(zhì)量。

2 降低大口徑套管廢品率的措施

2.1 控制好管坯幾何尺寸

管坯的幾何尺寸直接影響加工螺紋的質(zhì)量，因此，采購管坯時(shí)要制定適宜的采購技術(shù)協(xié)議，對(duì)影響大口徑套管加工質(zhì)量的管端直線度、橢圓度、外徑偏差都要比API Spec 5CT-2011標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)格。套管加工企業(yè)應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，建立企業(yè)內(nèi)部控制接收標(biāo)準(zhǔn)，表1是某套管加工企業(yè)對(duì)管坯幾何尺寸制定的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐發(fā)現(xiàn):通過嚴(yán)格執(zhí)行內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠有效提高大口徑加工合格率。

采購的管坯宜選用優(yōu)良可靠、加工能力強(qiáng)、質(zhì)量控制完善的制造企業(yè)，并建立供方質(zhì)量檔案，對(duì)各生產(chǎn)廠家的供貨質(zhì)量做好統(tǒng)計(jì)分析。在管坯入廠檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)一批管坯初始檢驗(yàn)時(shí)可按10%進(jìn)行抽查，隨后根據(jù)抽查結(jié)果加大或減小抽查比例。

2.2 改進(jìn)加工方法

2.2.1 先調(diào)節(jié)管端位置再加工螺紋

由于受生產(chǎn)成本和制管工藝的限制，采購的管坯幾何尺寸并不是很理想。而管端彎曲造成加工不合格的根本原因是加工管端中心和旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)中心的偏差較大。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):加工管端中心和旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)中心的偏差超過1mm時(shí)加工的螺紋容易出現(xiàn)廢品。為減少二者之間的偏差，可以對(duì)管端彎曲的管子先試車，即對(duì)管端外圓進(jìn)行少量切削，通過觀察切削外圓輪廓判斷管端彎曲的方向，然后調(diào)整管端中心的位置，可向上、下、左、右4個(gè)方向進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)可有效減少管端中心和旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)中心的偏差距離，隨后再加工螺紋，這樣加工的螺紋成品率較高。

表1 某套管加工企業(yè)對(duì)管坯幾何尺寸制定的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2 使用防震顫工具加工薄壁套管

在加工大口徑薄壁套管螺紋時(shí)，可以在加工管端內(nèi)部放置一個(gè)內(nèi)支撐，通過增加管端的剛性來解決震顫問題。

根據(jù)加工大口徑套管的規(guī)格設(shè)計(jì)與之相配合的內(nèi)支撐，內(nèi)支撐實(shí)物如圖2所示，此裝置已經(jīng)申請(qǐng)了國家實(shí)用新型專利。在加工大口徑套管螺紋前，將內(nèi)支撐放置在管端內(nèi)壁，通過調(diào)節(jié)內(nèi)支撐中間螺母使內(nèi)支撐與管子內(nèi)壁相接觸，可以增加管端剛性，減少管端震顫而引起的顫紋，降低廢品率。

圖2 內(nèi)支撐實(shí)物圖

2.3 數(shù)控車床的保養(yǎng)和刀具選擇

2.3.1 數(shù)控車床的定期保養(yǎng)與維護(hù)

數(shù)控車床是屬于精密設(shè)備，需要正確地操作使用，精心地維護(hù)保養(yǎng)。套管加工廠應(yīng)該制定完備的數(shù)控車床保養(yǎng)維護(hù)制度，并配備專人進(jìn)行管理，根據(jù)數(shù)控車床的使用頻次和現(xiàn)狀制定合理的年度、月度和日常保養(yǎng)計(jì)劃，并嚴(yán)格按計(jì)劃進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)與維護(hù)，對(duì)使用者進(jìn)行上崗前培訓(xùn)，確保其操作正確，每日進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀況檢查。這樣才能使設(shè)備經(jīng)常處于良好的技術(shù)狀態(tài)，延長數(shù)控車床使用壽命，保證加工螺紋質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2.3.2 選用質(zhì)量可靠的刀具

螺紋車刀材質(zhì)大多是硬質(zhì)合金鋼，材質(zhì)較硬，耐磨性強(qiáng)。螺紋車刀屬于消耗品，都有一定的使用壽命。套管加工廠應(yīng)對(duì)各刀具廠家進(jìn)行對(duì)比，對(duì)使用螺紋車刀進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，并選用質(zhì)量穩(wěn)定的螺紋刀具，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷螺紋車刀的磨損極限，在加工出廢品前及時(shí)更換螺紋車刀，即減少刀具的浪費(fèi)又能減少廢品。

2.4 使用中徑規(guī)配合量規(guī)檢驗(yàn)

由于螺紋緊密距與中徑存在一定的比例關(guān)系，當(dāng)單項(xiàng)參數(shù)加工偏差越小，橢圓度越小，表面粗糙度越小，緊密距更能精確反映螺紋作用中徑的大小。為彌補(bǔ)緊密距不能100%全檢的現(xiàn)狀，宜采用中徑規(guī)配合量規(guī)檢測(cè)，以確保實(shí)時(shí)掌握螺紋緊密距變化，減少緊密距超差現(xiàn)象。

套管螺紋中徑公差的確定，就是將螺紋緊密距允許偏差轉(zhuǎn)化為中徑公差，即將軸向偏差轉(zhuǎn)化為徑向偏差，不考慮錐度、齒高、對(duì)緊密距的影響時(shí)，公式為中徑公差=緊密距公差×錐度標(biāo)準(zhǔn)值。

中徑公差值確定后，在檢驗(yàn)螺紋中徑時(shí)，使用中徑規(guī)可直接讀出螺紋中徑偏差和橢圓度，操作簡單方便，測(cè)量頻次可達(dá)100%。當(dāng)中徑公差和橢圓度變化較大時(shí)，就需要用量規(guī)檢測(cè)緊密距，若緊密距值在公差上限或下限時(shí)，則要調(diào)整螺紋車刀的刀具補(bǔ)償參數(shù)，可有效減少緊密距超差，降低廢品率。

2.5 提高操作人員素質(zhì)

降低大口徑套管加工廢品率的另一個(gè)有效方法就是提高操作人員素質(zhì)，培養(yǎng)一專多能的技能人才。要教育操作人員養(yǎng)成良好的職業(yè)習(xí)慣，通過培訓(xùn)等手段提升其操作技能，增強(qiáng)其質(zhì)量意識(shí)和責(zé)任心。在加工大口徑套管時(shí)，高素質(zhì)的操作人員能時(shí)刻檢查加工狀態(tài)，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)采取有效措施，減少誤操作，降低廢品率。

3 結(jié)論

影響大口徑套管加工合格率的原因有很多，要想降低加工廢品率就要從各個(gè)方面嚴(yán)格控制，采取有效措施，建立完善的加工檢驗(yàn)工藝規(guī)程和作業(yè)文件，并能嚴(yán)格執(zhí)行和落實(shí)，才能把廢品率降到最低，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]API Spec 5CT-2011套管和油管規(guī)范（第9版）[S].

[2]艾裕豐，吳健，衛(wèi)尊義，等.API油管和套管螺紋加工與檢驗(yàn)探討[J].焊管，2013,36(5):45-49.

[3]馮釗棠.鋼管管端切斜的控制及切斜值測(cè)量方法 [J].焊管，2012,35（5）:36-39.

[4]焦斌，董秀娟.管線管端面切斜超差問題的研究與控制[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2012，34（9）:336-338.

[5]于大勇，任立俠，呂姍，等.降低大直徑套管接箍加工廢品率的措施[J].石油和化工設(shè)備，2011,14(1):21-25.

[6]曹峰,許炎林,杜愛龍,等.Φ508mm套管螺紋質(zhì)量問題探討[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2012，28（3）:20-21.