專利名稱：采用攪拌摩擦焊對管道的接頭執(zhí)行環(huán)形加硬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此公開的各實施方式主要涉及用在鉆井操作中的改進的工具接頭或其它磨損面。特別地，在此公開的各實施方式主要涉及向工具接頭或其它磨損面涂覆耐磨材料或改進工具接頭或其它磨損面的性能的方面。
背景技術(shù)：
鉆探用于碳氫化合物開采的井眼涉及鉆桿的使用，鉆頭連接到鉆桿的一端，用于鉆穿地層。鉆桿的旋轉(zhuǎn)運動確保鉆探的推進。典型的鉆桿可以達到長度約30英尺的分段， 且因此，這些分段由工具接頭彼此連接。工具接頭為鉆桿的各分段之間的連接構(gòu)件一一個構(gòu)件(外殼)具有內(nèi)螺紋，配合構(gòu)件(銷)具有外螺紋，該一個構(gòu)件和該配合構(gòu)件通過內(nèi)螺紋和外螺紋裝配成連續(xù)單元，鉆桿形成鉆桿柱。通常，這些工具接頭具有明顯大于鉆桿本體的直徑，因此要求磨損防護，特別是在鉆穿高磨蝕、高硅質(zhì)土層時。特別地，隨著鉆探的執(zhí)行，工具接頭摩擦鉆成的孔和/或鉆成的孔襯里(即，套管)。連接的強度的設(shè)計圍繞在螺紋之上的壁厚和外殼的熱處理性能。在鉆探期間，螺紋之上的壁厚隨著它摩擦壁或套管而變薄。因此，根據(jù)工具接頭的剩余強度預測鉆桿的壽命。由于希望增加工具接頭的壽命，已經(jīng)執(zhí)行了大量的嘗試，以向工具接頭(或其它易磨損面，如穩(wěn)定器或鉆鋌)提供焊接保護性硬化面合金或覆層，以形成環(huán)形加硬層。已經(jīng)采用多種方法來向接頭涂覆這種磨損降低材料，包括GMAW(氣體保護金屬極電弧焊)、 GTAW (鎢電極惰性氣體保護焊)、PTA (等離子體轉(zhuǎn)移弧)和FCAW (熔劑芯焊絲電弧焊)。這些焊接工藝特征在于，在電焊條(可消耗的或者不可消耗的)和工具接頭基材之間建立電弧。一旦建立這種電弧，強熱形成等離子體。形成等離子體的氣體經(jīng)由來自管狀線的外部氣體或成分提供。等離子體的溫度超過10000度的絕對溫度，且在焊縫的中心最高，且沿著焊縫的寬度降低。在歷史上，且在實際中，工具接頭已經(jīng)涂有碳化鎢，以抵抗鉆孔中的巖層對工具接頭的磨損。然而，碳化鎢貴，它可以用作切割工具，以切割工具在其中行進的套管，基質(zhì)為軟鋼，其容易侵蝕掉，以允許碳粒子脫落。其它現(xiàn)有技術(shù)使用的比硅質(zhì)土材料硬的表面硬化材料在凝固之后且一旦冷卻就以碎裂的方式碎裂和破裂，這是因為其結(jié)構(gòu)的易碎屬性和該結(jié)構(gòu)不能承受凝固收縮應(yīng)力， 且通常在破裂時發(fā)射聲能，以及如之前所述的那樣，引起相當大的套管磨損。這些表面硬化材料為屬于公知的“高鉻-鐵”組的合金，它們的高耐磨性源于存在共晶和/或過共晶型鉻-碳微結(jié)構(gòu)。硅質(zhì)土顆粒具有約800布氏硬度值(BHN)的硬度。在U. S.專利No. 5，244, 559中，所使用的表面硬化材料屬于包含初生碳化鎢的高鉻-鐵組，在硬度至少為300BHN至600Hv 的基質(zhì)中，初生碳化鎢具有約1700HV的硬度。處于這么高硬度的這些初生碳化鎢是易碎的，幾乎不具有抗張強度，因此在冷卻時以取決于金屬和碳化鎢的混合物中的初生碳化鎢的相對數(shù)量的頻率從熔融狀態(tài)撕開。因此，當通過焊接或采用大塊焊接執(zhí)行涂覆時，這種在比硅質(zhì)土材料硬的表面硬化材料在焊縫范圍內(nèi)形成收縮裂縫。已經(jīng)在多年時間內(nèi)廣泛且成功地涂覆這種材料，用于工具接頭的環(huán)形加硬層和其它工業(yè)產(chǎn)品的表面硬化。雖然這些材料已經(jīng)變得且仍被業(yè)內(nèi)人員廣泛接受，但用戶表示期望一種環(huán)形硬化層工具接頭合金，其將外殼友好性與沒有脆性裂紋地焊接相結(jié)合，以最小化任何機械故障風險問題。實際上，在大多數(shù)工業(yè)(包括石油和天然氣工業(yè)中井下鉆探設(shè)備的使用)中，構(gòu)成給定工廠的結(jié)構(gòu)和設(shè)備的金屬成分必須具有完整性，這意味著沒有任何種類的裂縫，因為這種裂縫可能會穿過塊體發(fā)展并損壞部件。U.S.專利No. 6，375，865描述了一種具有馬氏體-奧氏體微觀結(jié)構(gòu)的合金，其在焊接至工業(yè)產(chǎn)品之前預加熱并在焊接后變涼。這種結(jié)構(gòu)類型的合金可以無裂縫地沉積(由預處理和后處理進一步輔助)，且以出色的金屬至金屬磨損性能和低脆性為特征。由磨損機制產(chǎn)生的磨損在包括鉆探工業(yè)的多部分工業(yè)中總是存在且仍保持主要關(guān)注。然而，由于可以使用的材料與GMAW、GTAff, PTA和FCAW —起使用的限制，以及對不傷害外殼的材料的類型限制，對可以使用的材料的類型存在一些限制。因此，對發(fā)展通過采用處理技術(shù)和/或涂覆材料以增加組件的使用壽命來改進工具接頭或其它磨損面的性能的方法存在持續(xù)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面中，在此公開的實施方式涉及一種向用在井眼操作中的工具涂覆磨損降低材料的方法，包括將硬化面合金焊接到工具的表面，其中所述焊接包括將合金摩擦攪拌到工具的表面中。在另一個方面中，在此公開的實施方式涉及一種將磨損降低材料涂覆至用在井眼操作中的管狀構(gòu)件的方法，包括下述步驟將高熔化溫度硬化面合金的預成型套管在目標位置處定位為與管狀構(gòu)件的外表面同心；以及將預成型套管焊接至管狀構(gòu)件的外表面，其中所述焊接包括將合金摩擦攪拌到工具的外表面中。在又一個方面中，在此公開的實施方式涉及一種用于將磨損降低材料涂覆至用在井眼操作中的工具的方法，包括下述步驟將預成型的、可鍛寬度的具有高熔化溫度的硬化面合金定位在工具的外表面上；以及將所述預成型寬度焊接至工具的外表面，其中所述焊接包括將合金摩擦攪拌到工具的外表面中。根據(jù)接下來的描述和隨附的權(quán)利要求，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將是明顯的。


圖1為根據(jù)一種實施方式的具有凸起的環(huán)形加硬層的工具接頭的殼體的部分縱向截面圖。圖2為類似于圖1的圖示根據(jù)一種實施方式的具有凸起的環(huán)形加硬層的工具接頭的銷的視圖。
圖3為類似于圖1的圖示根據(jù)另一種實施方式的工具接頭的殼體的平接式環(huán)形加硬層的視圖。圖4為類似于圖1的圖示根據(jù)另一種實施方式的工具接頭的銷的平接式環(huán)形加硬層的視圖。圖5為根據(jù)一種實施方式的環(huán)形加硬的穩(wěn)定器的縱向視圖。圖6A至6D圖示了根據(jù)一種實施方式的攪拌摩擦焊工具的使用。圖7A至7D圖示了根據(jù)一種實施方式的焊縫的形成。圖8為環(huán)形加硬層焊縫的一種實施方式的示意圖。
具體實施例方式在一個方面中，在此公開的各實施方式涉及環(huán)形加硬層在用在井眼操作中的工具的表面上的形成。特別地，在此公開的各實施方式涉及采用攪拌摩擦焊接形成環(huán)形加硬層焊縫。本發(fā)明的方法可以用來在用在井眼操作中的任何類型的工具上形成環(huán)形加硬層或磨損降低材料層。然而，特定的實施方式可以涉及使用摩擦攪拌焊接以將環(huán)形加硬層應(yīng)用到井下工具或元件的具有比其它相鄰元件大的OD的區(qū)域，因此防止元件磨損成為必要。 例如，具有比其它相鄰井下元件大的OD的元件可以包括工具接頭、鉆鋌、穩(wěn)定器等。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認識到，本發(fā)明的方法不受此限制，且代替的是，摩擦攪拌焊接可以用來向任何井下元件涂覆磨損降低材料。摩擦攪拌焊接采用施加至兩個物體之間的界面的旋轉(zhuǎn)和軌道運動的組合來將兩件焊接在一起。旋轉(zhuǎn)構(gòu)件通常應(yīng)用于界面(接頭)，并以軌道方式運動，直到達到所述材料的塑化狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)構(gòu)件沿著界面移動，以在兩個物體之間形成接縫。因此，摩擦攪拌焊接工藝通常涉及通過使攪拌銷或心軸旋轉(zhuǎn)而在接頭的兩側(cè)接合兩個相鄰工件的材料。施加力，以一起推動心軸和工件，由心軸和工件之間的相互作用引起的摩擦加熱導致接頭兩側(cè)的材料塑化。心軸沿著接頭經(jīng)過，在其前進時使接頭處的材料塑化，尾隨前進的心軸留下的塑化材料冷卻并固化以形成焊縫。摩擦攪拌焊接工具的一種示例性操作在圖6A至6D中示出。如圖6A至6D所示， 兩個工件(即，工件60a和60b)對準，使得工件60a和60b的將被焊接在一起的邊緣沿著界面62保持直接接觸。摩擦攪拌焊接工具65具有位于其遠端的臺肩64和從臺肩64中心向下延伸的焊接銷66。當旋轉(zhuǎn)工具65與工件60a和60b之間的界面62接觸時，銷66被推動與兩個工件60a和60b的材料都接觸，如圖所示。銷66在材料中的旋轉(zhuǎn)對焊接工具銷66 和臺肩64以及在工件界面處產(chǎn)生大量的摩擦加熱。所述加熱傾向于軟化工件60a和60b 靠近旋轉(zhuǎn)銷66的材料，由此引起來自兩個工件60a和60b的材料的塑化和混合，以形成焊縫68。然而，如圖6A至6D所示，且如上文在其常規(guī)使用中所描述的那樣，摩擦攪拌焊接工具以該工具的銷或心軸在與兩個物體之間的界面/接縫共面的方位壓入該界面的方式沿著該界面移動。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，當在工具(如焊接到管狀物上的套管)的外表面上涂覆耐磨層時，摩擦攪拌焊接工具的銷或心軸垂直于界面或接縫平面定向。根據(jù)被環(huán)形加硬的元件及其結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，工具的任一種定向都可以使用。
根據(jù)在此公開的實施方式的可以執(zhí)行環(huán)形加硬的材料的類型可以取決于特定應(yīng)用所期望的材料性能，如硬度、韌性、外殼友好耐磨性(casing-friendly wear resistance)等，以及其中使用該工具的井眼的類型(套管井或裸孔)。然而，在特定的實施方式中，執(zhí)行環(huán)形加硬的硬化面合金可以包括鐵合金，如鋼，以及鐵-鎳-基合金，銅-基合金和鈷-基合金。在使用摩擦攪拌焊接中，之前通過常規(guī)焊接技術(shù)不可焊接的合金可以采用摩擦攪拌焊接。被焊接的材料的類型中的其它元素包括但不限于，鉻、鉬、錳、硅、碳、硼、 鎢、鋁、鈦、鈮、鉭、釩、鎳、鈷、鋯、磷和錸。用在環(huán)形加硬中的這些合金中的一些可以被描述為“高熔點溫度混合物”或具有比鋼高的熔化溫度的混合物。其它這種高熔點溫度混合物可以形成井下使用的工具元件的基材。然而，也可以使用較低熔點溫度的合金。而且，在裸孔鉆探(其中外殼友好性不必要)中，該合金設(shè)置有分散在其中的碳化鎢。除了能夠焊接在先前通過常規(guī)焊接技術(shù)是不可焊接的大量合金之外，還可以實現(xiàn)更大硬度的磨損降低材料。例如，通過采用攪拌摩擦，可以實現(xiàn)增大約5-15洛氏C點(當采用相同的材料將摩擦攪拌焊接縫與常規(guī)焊縫相比時)的硬度。也就是說，對于在采用常規(guī)焊接時將具有45-55洛氏C范圍的硬度的合金來說，當采用攪拌摩擦時可以實現(xiàn)約50-70 洛氏C硬度。這種改善的硬度可能源于材料微觀結(jié)構(gòu)的改變(即，通過晶粒細化/再結(jié)晶， 以產(chǎn)生精細沉淀物，如碳化鎢)。本發(fā)明的攪拌摩擦技術(shù)的另一副產(chǎn)品可以是，與常規(guī)焊縫相比，表面粗糙度降低，即不平度高度降低。為了焊接本發(fā)明中使用的高熔點材料，返回參照圖6A至6D，摩擦攪拌焊接工具的銷66和臺肩64可以涂覆有超磨蝕材料。在一種實施方式中，多晶立方氮化硼(PCBN) 可以用作涂覆在用于具有一體的銷66的臺肩64的基材上的超磨蝕劑。在優(yōu)選的實施方式中，替代涂覆，臺肩64和銷66 (其可以與或不與臺肩一體形成)由多晶立方氮化硼本身形成，而不是涂覆多晶立方氮化硼。適合用在本發(fā)明的方法中的工具可以包括類似于在美國專禾Ij 7，124，929，7，270，257和美國專利申請No. 2005/0082342中披露的工具，美國專利 7，124，929，7，270, 257和美國專利申請No. 2005/0082342轉(zhuǎn)讓給本受讓人并通過引用將它們的全部內(nèi)容結(jié)合于此。現(xiàn)在參照圖1和2，示出了井下工具的一個例子，特別是已經(jīng)通過摩擦攪拌焊接執(zhí)行環(huán)形加硬的工具接頭。如圖1和2所示，用于鉆桿14的工具接頭10圖示為具有位于鉆桿14的端部處的殼體12，殼體12在16處為內(nèi)螺紋。殼體12的內(nèi)螺紋16螺紋接納具有與螺紋16配合的螺紋20的銷18，使得銷18可以擰入殼體12中。銷18形成鉆桿(如14)的端部，使得管的管柱或接頭可以螺紋固定在一起和脫離，用于鉆探石油、天然氣或其它井。殼體12和銷18被擴大，并具有外圓柱面22，該外圓柱面22的外徑大于其上沉積環(huán)形加硬層M的鉆桿14的外徑。在這種實施方式中，環(huán)形加硬層M處的聯(lián)接件的外徑大于外圓柱面22，使得環(huán)形加硬層優(yōu)選在工具接頭用在鉆桿柱中時接觸井眼壁或套管。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，當選擇環(huán)形加硬層M的外徑時，應(yīng)當仔細考慮與其中使用鉆桿柱的井眼的直徑相關(guān)的因素，以降低對通過該井眼到地面的鉆井流體的環(huán)形流的不利影響。例如，環(huán)形加硬層的這種厚度可以在不損害合金性能的約3/32至1/4英寸厚的范圍內(nèi)，且可以沉積成單層或雙層?，F(xiàn)在參照圖3和4，示出了用于鉆桿34的工具接頭30的另一種實施方式。除了下述方面之外，工具接頭30類似于圖1和圖2的工具接頭10 工具接頭30具有減小的圓柱形部46，該圓柱形部46通過從殼體32的外圓柱面42去除圓周帶材形成，或者最初形成有這些減小的直徑段32，環(huán)形加硬層44焊接在該空間中，使得焊接沉積的表面硬化的表面基本上與殼體32和銷38的外圓柱面42平齊。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，當期望平接式環(huán)形加硬層時，可以從工具接頭30上去除類似于圖1和2中示出的環(huán)形加硬層M的厚度的材料量，以便類似厚度的環(huán)形加硬層44可以沉積在其上并與外表面42平齊。參照圖5，圖示了根據(jù)發(fā)明的穩(wěn)定器50。穩(wěn)定器50具有細長圓筒形或管狀本體 52，本體52具有用于鉆桿(未示出)的鉆桿柱中的連接的銷51和殼體56。穩(wěn)定器50具有從本體向外延伸的穩(wěn)定器肋58，穩(wěn)定器肋58用于扶正井眼(未示出)中的鉆桿。環(huán)形加硬合金M焊接至穩(wěn)定器肋58。而且，雖然本發(fā)明的方法特別適于對工具接頭和穩(wěn)定器執(zhí)行環(huán)形加硬，但它也可應(yīng)用于任何要求執(zhí)行環(huán)形加硬或表面硬化的表面，如鉆鋌、結(jié)構(gòu)構(gòu)件、工藝元件、耐磨板等。因此，雖然本申請涉及摩擦攪拌焊接用于將硬化面合金焊接至井下工具的外表面的一般用途，但具體的實施方式還涉及各種技術(shù)，硬化面合金通過該技術(shù)可以被提供至、相對于定位至或固定至下面的工具表面。例如，硬化面合金可以設(shè)置成多種形狀和形式。一種示例性實施方式(圖7A-7D中示出)可以包括用于與管狀構(gòu)件一起使用的硬化面合金的預成型套管72。套管(完整或分開的)72可以在管道76的接頭70的殼體段74上滑動，其中與管道76的其它部分相比，殼體端74具有較大的外徑。它可以位于(和臨時固定到) 接頭70的期望具有磨損防護的區(qū)域。摩擦攪拌焊接工具65 (具有如上所述的臺肩和銷組件)可以與套管72接觸。當工具65旋轉(zhuǎn)并被垂直于套管72/接頭70的表面推動時，由工具65的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦加熱使旋轉(zhuǎn)工具65附近的套管72和接頭70 (在靠近套管72的區(qū)域中)的材料軟化，由此引起套管72和接頭70的材料塑化和混合，以形成焊接到接頭70 的表面上的環(huán)形加硬層78。而且，雖然通過將套管72簡單地滑動至目標位置而將套管72 設(shè)置到接頭70上，但套管72可以任選地干涉配合或點固焊接到目標位置。而且，雖然通常認為套管是相對剛性的材料(在合金在工具上的定位期間不容易變形)，但其它實施方式可以使用非剛性、可鍛材料，其在合金在工具上的定位期間可以執(zhí)行一定程度的變形。例如，代替預成型的套管材料，預形成的、可鍛寬度的合金可以定位在工具上，該工具采取通用形狀形式的工具表面(即，對于管狀構(gòu)件，合金線或帶可以纏繞在管狀構(gòu)件的圓周周圍)。因此，可以以多種寬度供應(yīng)這種材料(或形成為具有多種寬度)， 寬度范圍從數(shù)毫米到數(shù)厘米，例如，從約5mm到約5cm。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，也可以使用較大或較小的寬度。因此，取決于尺寸，如可以通過拔絲或通過本領(lǐng)域熟知的高剪切壓制(或帶狀鑄造)形成所述材料。而且，為了幫助這種可鍛材料在工具上的相對放置，可以使用增粘劑或粘合劑，使得合金可以精確地放置到工具的目標位置。一旦將合金放置在工具上，則如上所述，合金和工具部分可以采用摩擦攪拌焊接在一起。可替換地，也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的是，這種可鍛材料在摩擦攪拌焊接工具沿著仍將被焊接的金屬-工具界面移動之前連續(xù)地送到工具上 (或纏繞在工具周圍)。而且，也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的是，在焊接過程期間，例如根據(jù)將要焊接至工具的材料的寬度，可以在一次或多次操作中完成對整個環(huán)形加硬層區(qū)域的焊接。因此，例如，對于寬于可用摩擦攪拌焊接工具的環(huán)形加硬層，可以執(zhí)行多個焊接焊道88a、88b，如圖8所示。在這種多次操作期間，一些實施方式可以改變工具的旋轉(zhuǎn)方向，而其它實施方式可以在多次操作期間采用相同的旋轉(zhuǎn)方向。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，在焊接過程期間，靠近期望的或新形成的焊縫的一些基材盡管不具有與其相混合的其它材料也可以被攪拌。本發(fā)明的焊接技術(shù)的副產(chǎn)品可以是表面粗糙度的降低，即不平度高度降低。例如， 在一種實施方式中，與常規(guī)涂覆的焊縫相比，采用本發(fā)明的方法涂覆的環(huán)形加硬層可以具有降低的不平度高度。而且，本發(fā)明的環(huán)形加硬層通常是可修補的。因此，特別地，井下元件可以在車間或在鉆探平臺位置處現(xiàn)場重復地重新涂覆環(huán)形加硬層。而且，當執(zhí)行重新涂覆時，可以在相同或不同的早期焊縫類型上執(zhí)行新的金屬合金的到所使用的管道中的摩擦攪拌焊接。有利地，本發(fā)明的各實施方式可以為下述方面中的至少一種而做準備。常規(guī)焊接工藝對可以用在對井下工具執(zhí)行環(huán)形加硬中的環(huán)形加硬材料的類型存在限制。例如，采用在環(huán)形加硬中通常采用的焊接技術(shù)，即氣體保護金屬極電弧焊，環(huán)形加硬材料選擇有限。具體地，外殼友好的材料難以焊接，并在焊接期間由于液固轉(zhuǎn)化期間在微觀結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的應(yīng)力導致破裂(無論是否執(zhí)行預熱處理和后熱處理)。而且，采用常規(guī)措施(如常規(guī)的包含碳化鎢的環(huán)形加硬層)更容易焊接的材料對磨損套管柱來說是熟知的。然而，采用本發(fā)明的焊接方法，可以與摩擦攪拌焊接技術(shù)一起使用的材料的數(shù)量不會引起與常規(guī)保護氣體電弧焊相關(guān)的相同限制。通過對可以使用的材料類型具有很少 (或沒有)限制，該技術(shù)可以用來涂覆殼體或開孔友好的焊縫。而且，除了在環(huán)形加硬層材料方面具有較寬的選擇之外，與摩擦攪拌焊接相關(guān)聯(lián)的固體處理原理可能降低微觀結(jié)構(gòu)缺陷，降低了破裂的發(fā)生頻率。通過降低破裂的發(fā)生頻率，可以消除對其它熱處理(如預熱處理和/或后熱處理)的需求。此外，該焊接技術(shù)的危險可以很小，這又允許在任何給定位置處(包括在鉆探平臺位置處)放置環(huán)形加硬層，允許更好的重建維修。較低的不平度高度也是可以實現(xiàn)的，給出了更平滑的加工，并降低了對表面精加工或研磨的外觀需求。雖然已經(jīng)參照有限數(shù)量的實施方式描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員受益于本發(fā)明的公開而將會認識到，不偏離在此公開的本發(fā)明的范圍的其它實施方式是可以想出的。 因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當僅由隨附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種向用在井眼操作中的工具涂覆磨損降低材料的方法，包括下述步驟 將硬化面合金焊接到工具的表面，其中所述焊接包括將合金摩擦攪拌到工具的表面中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中摩擦攪拌包括在摩擦攪拌焊銷上施加向下的作用力并轉(zhuǎn)動摩擦攪拌焊銷，以產(chǎn)生摩擦熱，以便所述銷進入合金和工具表面并在合金和工具中產(chǎn)生塑化區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中硬化面合金包括鐵基合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中硬化面合金包括分散在其中的碳化鎢顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中被焊接的磨損降低材料具有范圍從約50至70洛氏C的硬度。
6.一種將磨損降低材料涂覆至用在井眼操作中的管狀構(gòu)件的方法，包括下述步驟 將高熔化溫度硬化面合金的預成型套管在目標位置處定位為與管狀構(gòu)件的外表面同心；以及將預成型套管焊接至管狀構(gòu)件的外表面，其中所述焊接包括將合金摩擦攪拌到工具的外表面中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述定位包括將預成型套管點固焊接至管狀構(gòu)件的所述目標位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述定位包括將預成型套管干涉配合到管狀構(gòu)件的所述目標位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述焊接包括至少一個焊接焊道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述焊接包括至少兩個焊接焊道。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中摩擦攪拌包括在摩擦攪拌焊銷上施加向下的作用力并轉(zhuǎn)動摩擦攪拌焊銷，以產(chǎn)生摩擦熱，以便所述銷進入合金和工具表面并在合金和工具中產(chǎn)生塑化區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中硬化面合金包括鐵基合金。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中硬化面合金包括分散在其中的碳化鎢顆粒。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中被焊接的磨損降低材料具有范圍從約50至70洛氏C的硬度。
15.一種用于將磨損降低材料涂覆至用在井眼操作中的工具的方法，包括下述步驟 將預成型的、可鍛寬度的具有高熔化溫度的硬化面合金定位在工具的外表面上；以及將所述預成型寬度焊接至工具的外表面，其中所述焊接包括將合金摩擦攪拌到工具的外表面中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述定位包括將所述預成型寬度包裹在管狀工具構(gòu)件的外表面周圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述焊接包括至少一個焊接焊道。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述焊接包括至少兩個焊接焊道。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述定位包括在攪拌摩擦焊工具執(zhí)行所述焊接之前同時輸送所述預成型寬度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述焊接包括至少一個焊接焊道。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述焊接包括至少兩個焊接焊道。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述寬度的范圍為從5mm至5cm。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述預成型寬度包括高剪切壓緊材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中摩擦攪拌包括在摩擦攪拌焊銷上施加向下的作用力并轉(zhuǎn)動摩擦攪拌焊銷，以產(chǎn)生摩擦熱，以便所述銷進入合金和工具表面并在合金和工具中產(chǎn)生塑化區(qū)域。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中硬化面合金包括鐵基合金。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中硬化面合金包括分散在其中的碳化鎢顆粒。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中被焊接的磨損降低材料具有范圍從約50至70 洛氏C的硬度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種向用在井眼操作中的工具涂覆磨損降低材料的方法，包括將硬化面合金焊接到工具的表面，其中所述焊接包括將合金摩擦攪拌到工具的表面中。還公開了采用摩擦攪拌焊接預成型套管或一定寬度的磨損降低材料的方法。
文檔編號B23K20/12GK102170992SQ200980139473
公開日2011年8月31日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者卡里·A·羅斯, 拉塞爾·J·施蒂爾, 謝爾頓·W·阿爾薩普, 馬達普斯·K·克沙凡恩 申請人:史密斯運輸股份有限公司