一种抽油机光杆的再制造方法及抽油机光杆与流程

本发明涉及再制造技术领域，更具体的涉及一种抽油机光杆的再制造方法及基于所述方法制得的抽油机光杆，尤其是基于摩擦焊技术的再制造方法。

背景技术：

抽油机光杆是一种表面粗糙度设计成容易在密封盒中形成压力密封、在油井内外设备之间提供一个机械连接的具有标准长度和直径的杆。

抽油机光杆主要用于井下抽油杆相关的连接，并同井口盘根配合密封抽油井口。光杆按照形状分为普通和一端镦粗型两种，普通型光杆两端均为相同的光杆外螺纹，两端无镦粗头。其特点是两端可互换，在一端磨损严重后，可更换另一端继续使用，能充分利用杆体全部。一端镦粗型光杆是光杆的一端镦粗并加工出抽油杆外螺纹，另一端未镦粗并加工有光杆螺纹，杆体直径小于墩头直径。其特点是镦粗端螺纹连接性能好，但两端不可互换。光杆按照apispec11b-2010美国石油行业标准，直径有φ28.58mm，φ31.75mm，φ38.10mm三种规格，长度有不同的长度，分别为2.4m、3.4m、4.9m、6.7m、7.9m、9.1m、11.0m和12.2m八种规格。国内光杆也基本是参照apispev11b制定。抽油机光杆使用一定时间后与盘根接触密封部位会发生磨损，磨损严重时光杆要进行更换，通常更换后的光杆均按报废处理，尤其是一端镦粗的光杆，不具备互换性，无法进行再利用，造成极大的资源浪费。也有人提出通过对磨损面进行修复的方法来对光杆进行修复后重新再利用，但所用方法成本过高不适合进行再制造修复或修复后质量达不到产品的性能要求，因此目前行业内上没有成熟的修复抽油机光杆的再制造方法。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提出一种针对废旧抽油机光杆的修复再制造方法，所述方法对归类挑拣后的抽油机光杆的磨损段进行截取，并基于摩擦焊技术在磨损段对应部位焊接连接完好的连接段，达到对抽油机光杆的再制造。本发明所述方法可以大大降低抽油机光杆的再制造成本、完全符合光杆设计标准的性能要求、且方便快捷。本发明所述方法是针对废旧光杆，将废旧光杆分段截取，长度方向去除磨损严重的部位，保留尺寸完好的部位，再采用摩擦焊的方法将完好的部分拼接为标准尺寸的光杆，达到废物再利用的目的。本发明再制造后的光杆结合强度与原材料强度相当，无其他填充材料的引入，保证了材料本身的性能属性。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种抽油机光杆的再制造方法，包括如下步骤：

步骤一、将某一抽油机光杆的磨损段截取下来，得到该抽油机光杆的完好段；

步骤二、从另一抽油机光杆上截取出与所述磨损段相匹配的连接段；

步骤三、将步骤一得到的完好段与步骤二得到的连接段进行摩擦焊连接；

步骤四、对步骤三的摩擦焊连接部位进行后处理。

进一步的根据本发明所述的抽油机光杆的再制造方法，其中步骤一之前还包括步骤：将废旧的抽油机光杆按照尺寸类型进行分类挑拣，将相同尺寸规格的抽油机光杆归类存放，并从中选出作为再制造对象的抽油机光杆和作为连接段截取对象的抽油机光杆；其中步骤一中，将作为再制造对象的抽油机光杆的磨损段截取下来，所述磨损段为抽油机光杆上具有磨损部位的部分，作为再制造对象的抽油机光杆截取磨损段后至少保留一个完好段。

进一步的根据本发明所述的抽油机光杆的再制造方法，其中步骤二中，其中所述另一抽油机光杆是指磨损比较严重的作为连接段截取对象的抽油机光杆，从该另一抽油机光杆上截取的连接段与步骤一中的所述磨损段相匹配是指：所述连接段的尺寸、形状和规格与所述磨损段未发生磨损前的尺寸、形状和规格相对应，且所述连接段处于完好状态，同时所述连接段连接于所述完好段后形成等同于所述磨损段未发生磨损前与所述完好段的连接结构。

进一步的根据本发明所述的抽油机光杆的再制造方法，其中所述连接段的形状和规格与所述磨损段未发生磨损前的形状和规格相同，所述连接段的横向宽度尺寸与所述磨损段未发生磨损前的横向宽度尺寸相同，所述连接段的纵向长度尺寸比所述磨损段未发生磨损前的纵向长度尺寸长20mm-50mm，且所述连接段连接于所述完好段后的长度等于所述磨损段未发生磨损前与所述完好段的连接长度。

进一步的根据本发明所述的抽油机光杆的再制造方法，其中步骤三具体包括如下步骤：

（1）将步骤一得到的完好段的一端固定于摩擦焊机的夹紧端，将步骤二得到的连接段的一端固定于摩擦焊机的旋转端，或者将步骤一得到的完好段的一端固定于摩擦焊机的旋转端，将步骤二得到的连接段的一端固定于摩擦焊机的夹紧端；

（2）移动所述摩擦焊机的夹紧端和旋转端，使得所述完好段的另一端接触于所述连接段的另一端；

（3）向所述夹紧端施加第一顶锻力p1，同时控制所述旋转端进行旋转；

（4）当完好段另一端与连接段另一端的焊接接头温度达到设定温度时，向所述夹紧端继续施加第二顶锻力p2，同时控制所述夹紧端向所述旋转端方向移动距离x1；

（5）继续控制所述旋转端旋转预定时间后停止旋转，继续保持所述第二顶锻力p2预定时间，然后对所述焊接接头进行冷却凝固，实现了完好段与连接段之间的摩擦焊连接。

进一步的根据本发明所述的抽油机光杆的再制造方法，其中所述第一顶锻力p1的范围为100-250mpa，所述旋转端的转速为300-1200rpm，第二顶锻力p2的范围为150-300mpa；所述夹紧端向所述旋转端方向的移动距离x1约为所述连接段的纵向长度比所述磨损段未发生磨损前的纵向长度增加的长度。

进一步的根据本发明所述的抽油机光杆的再制造方法，其中步骤一中所述磨损段处于抽油机光杆的非两端部位，所述抽油机光杆将其磨损段截取下来后，至少得到所述抽油机光杆的前完好段和后完好段，其中所述前完好段的后端在磨损段截取前与磨损段的前端连接，所述后完好段的前端在磨损段截取前与磨损段的后端连接；

其中步骤三具体包括如下步骤：

（1）将所述前完好段的前端固定于摩擦焊机的旋转端，将所述连接段的后端固定于摩擦焊机的夹紧端；

（2）移动所述摩擦焊机的夹紧端和旋转端，使得所述前完好段的后端接触于所述连接段的前端；

（3）向所述夹紧端施加第一顶锻力p1，同时控制所述旋转端进行旋转；

（4）当前完好段后端与连接段前端的焊接接头温度达到设定温度时，向所述夹紧端继续施加第二顶锻力p2，同时控制所述夹紧端向所述旋转端方向移动距离x1；

（5）继续控制所述旋转端旋转预定时间后停止旋转，继续保持所述第二顶锻力p2预定时间后对所述焊接接头进行冷却凝固，实现前完好段与连接段之间的摩擦焊连接；

（6）从摩擦焊机的旋转端取下所述前完好段，将所述后完好段的后端固定于摩擦焊机的旋转端，将所述连接段的前部或所述前完好段固定于摩擦焊机的夹紧端；

（7）移动所述摩擦焊机的夹紧端和旋转端，使得所述连接段的后端接触于所述后完好段的前端；

（8）向所述夹紧端施加第三顶锻力p3，同时控制所述旋转端进行旋转；

（9）当后完好段前端与连接段后端的焊接接头温度达到设定温度时，向所述夹紧端继续施加第四顶锻力p4，同时控制所述夹紧端向所述旋转端方向移动距离x2；

（10）继续控制所述旋转端旋转预定时间后停止旋转，继续保持所述第四顶锻力p4预定时间后对所述焊接接头进行冷却凝固，实现连接段与后完好段之间的摩擦焊连接。

进一步的根据本发明所述的抽油机光杆的再制造方法，其中所述第一顶锻力p1等于所述第三顶锻力p3，两者的范围均为100-250mpa；所述旋转端的转速为300-1200rpm；所述第二顶锻力p2等于所述第四顶锻力p4，两者的范围均为150-300mpa；所述夹紧端向所述旋转端方向的移动距离x1和x2相等，均为所述连接段的纵向长度比所述磨损段未发生磨损前的纵向长度增加的长度的一半。

进一步的根据本发明所述的抽油机光杆的再制造方法，其中所述步骤四中，对所述焊接接头采用机加工的方法去除焊缝余高，并对焊接连接后的连接段与完好段进行表面处理，达到标准抽油机光杆的尺寸和规格要求，完成对抽油机光杆的再制造。

一种抽油机光杆，所述抽油机光杆由废旧的抽油机光杆按照本发明所述的再制造方法进行再制造得到。

本发明的技术方案与现有技术相比具有以下优点：

1）、本发明首创的对归类挑拣后的抽油机光杆的磨损段进行截取，并基于摩擦焊技术在磨损段对应部位焊接连接完好的连接段，达到对抽油机光杆的再制造，所述方法用光杆原材料进行分段拼接而成，不添加额外的材料，因此材料的性能不会发生改变；

2）、本发明的特点在于采用摩擦焊的方法进行再制造，不需要重新修复磨损的表面，相比较于对磨损表面进行修复的方法，制造成本极低，且效率较高；

3）、本发明可以对现有报废的光杆进行重复再利用，极大的节约了油田的成本。

附图说明

附图1为作为再制造对象的抽油机光杆的结构示意图；

附图2为作为连接段截取对象的抽油机光杆的结构示意图；

附图3为作为再制造对象的抽油机光杆截取磨损段后的前完好段与连接段在进行摩擦焊之前的结构示意图；

附图4为附图3所示的前完好段与连接段在进行摩擦焊之后的结构示意图；

附图5为附图4所示的前完好段与连接段完成焊接后再与后完好段在进行摩擦焊之前的结构示意图；

附图6为附图5所示光杆中的连接段与后完好段进行摩擦焊之后的结构示意图；

附图7为再制造全部工艺完成后的抽油机光杆的外形结构示意图。

图中各附图标记的含义如下：

1-前完好段，2-磨损段，3-后完好段，4-连接段。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明的方案，但并不因此限制本发明的保护范围。

本发明提出一种抽油机光杆的再制造方法，包括如下步骤：

步骤一、将废旧的抽油机光杆按照尺寸类型进行分类挑拣，将相同尺寸规格的抽油机光杆归类存放，并从中选出作为再制造对象的抽油机光杆和作为连接段截取对象的抽油机光杆；

步骤二、将作为再制造对象的某一抽油机光杆的磨损段截取下来，得到该抽油机光杆的完好段，所述磨损段为抽油机光杆上具有磨损部位的部分，作为再制造对象的所示抽油机光杆截取磨损段后至少保留一个完好段，当只保留了一个完好段时，表示抽油机光杆至少其前端或后端发生了磨损，当保留有两个完好段时，表示抽油机光杆的非端部位置比如中间某段发生了磨损，当保留有两个以上的完好段时，表示抽油机杠杆的多个部位发生了磨损，依次类推，本发明适用于上述各种情况下的再制造。在实际操作中优选将磨损部位不太严重的抽油机光杆作为再制造对象。

步骤三、从作为连接段截取对象的另一抽油机光杆上截取出与所述磨损段相匹配的连接段。这种相匹配是指：所述连接段的尺寸、形状和规格与所述磨损段未发生磨损前的尺寸、形状和规格相对应，且所述连接段处于完好状态，同时所述连接段连接于所述完好段后形成等同于所述磨损段未发生磨损前与所述完好段的连接结构，进一步的两者相匹配是指：所述连接段的形状和规格与所述磨损段未发生磨损前的形状和规格相同，所述连接段的横向宽度尺寸与所述磨损段未发生磨损前的横向宽度尺寸相同，所述连接段的纵向长度尺寸比所述磨损段未发生磨损前的纵向长度尺寸长20mm-50mm，通过该多余长度来平衡摩擦焊接时的长度损失，使得所述连接段连接于所述完好段后的长度等于所述磨损段未发生磨损前与所述完好段的连接长度。作为连接段截取对象的抽油机光杆往往是指磨损比较严重的抽油机光杆，这类光杆修复难度较大，但是可以从其中截取处于完好状态的某一段或几段用来替换其他可作为待修复制造的抽油机光杆的磨损段。

步骤四、将步骤二得到的完好段与步骤三得到的连接段进行摩擦焊连接。对应于作为再制造对象的抽油机光杆的前端或后端发生了磨损的情况下，该抽油机光杆截取磨损段后只保留了一个完好段，这种情况下通过以下步骤进行完好段与连接段的摩擦焊连接：

（1）将所述完好段的一端固定于摩擦焊机的夹紧端，将所述连接段的一端固定于摩擦焊机的旋转端，或者将所述完好段的一端固定于摩擦焊机的旋转端，将所述连接段的一端固定于摩擦焊机的夹紧端，哪一端固定、哪一端旋转取决于操作方便；

（2）移动所述摩擦焊机的夹紧端和旋转端，使得所述完好段的另一端接触于所述连接段的另一端；

（3）向所述夹紧端施加第一顶锻力p1，同时控制所述旋转端进行旋转。所述第一顶锻力p1的范围为100-250mpa，本发明中所述的顶锻力是指施加在单位面积上的推动力亦即压强，通过该范围的第一顶锻力，使得夹紧端固定的工件向着旋转端固定的工件挤压，以保证两段工件旋转时有足够的摩擦力；所述旋转端的转速为300-1200rpm，优选的控制旋转端的起始转速为300rpm,并且在可30s内线性增加至1200rpm。在旋转过程中用温度传感器实施测量接头表面温度，当接头表面温度达到设定温度后转速恒定并保持转速不再增加。

（4）当完好段另一端与连接段另一端的焊接接头温度达到并恒定在设定温度时，向所述夹紧端继续施加第二顶锻力p2，同时控制所述夹紧端向所述旋转端方向移动距离x1；所述第二顶锻力p2与所述第一顶锻力p１的关系为:第二顶锻力p2较第一顶锻力p1增大50-80mpa，优选的第二顶锻力p2的范围为150-300mpa；所述夹紧端向所述旋转端方向的移动距离x1约为连接段较磨损段增加的长度，从而使得连接段焊接与完好段后与光杆原始的尺寸相当。优选的所述移动距离x1为20-50mm。所述设定温度为材料的相变温度acm或a3温度以下30-50℃。

（5）继续控制所述旋转端按所述恒定转速旋转预定时间(约２至３秒)后停止旋转，然后继续保持第二顶锻力p2约10s或10s以上，待焊接接头温度降至150℃以下时，停止施加顶锻力，卸下全部工件进行自然冷却，冷却凝固后即实现了完好段与连接段之间的摩擦焊连接。由于焊接接头处的摩擦焊接温度范围为材料的相变温度acm或a3温度以下30-50℃，因此具体的冷却温度范围可根据不同材料的属性进行选择，以达到最佳的冷却凝固效果。

对应于作为再制造对象的抽油机光杆的非端部或者包括端部在内的多个部位发生了磨损的情况下，该抽油机光杆截取磨损段后将保留多个完好段，下面以两个完好段（前完好段和后完好段）与连接段的连接为例说明这种情况下摩擦焊过程，对于多个完好段可参照两个完好段的过程：

（1）将所述前完好段的前端固定于摩擦焊机的旋转端，将所述连接段的后端固定于摩擦焊机的夹紧端；当然亦可互换，哪一端固定、哪一端旋转取决于操作方便；

（2）移动所述摩擦焊机的夹紧端和旋转端，使得所述前完好段的后端接触于所述连接段的前端；

（3）向所述夹紧端施加第一顶锻力p1，同时控制所述旋转端进行旋转；所述第一顶锻力p1的范围为100-250mpa，本发明中所述的顶锻力是指施加在单位面积上的推动力亦即压强，通过该范围的第一顶锻力，使得夹紧端固定的工件向着旋转端固定的工件挤压，以保证两段工件旋转时有足够的摩擦力；所述旋转端的转速为300-1200rpm，优选的控制旋转端的起始转速为300rpm,并且在可30s内线性增加至1200rpm。在旋转过程中用温度传感器实施测量接头表面温度，当接头表面温度达到设定温度后转速恒定并保持转速不再增加。

（4）当前完好段后端与连接段前端的焊接接头温度达到并恒定在设定温度时，向所述夹紧端继续施加第二顶锻力p2，同时控制所述夹紧端向所述旋转端方向移动距离x1；所述第二顶锻力p2与所述第一顶锻力p１的关系为:第二顶锻力p2较第一顶锻力p1增大50-80mpa，优选的第二顶锻力p2的范围为150-300mpa；所述夹紧端向所述旋转端方向的移动距离x1约为连接段较磨损段增加长度的一半，从而使得连接段整体焊接与前完好段和后完好段后（前后各移动一半距离）与光杆原始的尺寸相当。优选的所述移动距离x1为10-25mm。所述设定温度为光杆材料的相变温度acm或a3温度以下30-50℃。

（5）继续控制所述旋转端按所述恒定转速旋转预定时间(约２至３秒)后停止旋转，然后继续保持第二顶锻力p2约10s或10s以上，待焊接接头温度降至150℃以下时，停止施加顶锻力，卸下全部工件进行自然冷却，冷却凝固后即实现了完好段与连接段之间的摩擦焊连接。由于焊接接头处的摩擦焊接温度范围为材料的相变温度acm或a3温度以下30-50℃，因此具体的冷却温度范围可根据不同材料的属性进行选择，以达到最佳的冷却凝固效果。

（6）从摩擦焊机的旋转端取下所述前完好段，将所述后完好段的后端固定于摩擦焊机的旋转端，将所述连接段的前部或所述前完好段固定于摩擦焊机的夹紧端；当然亦可互换，哪一端固定、哪一端旋转取决于操作方便；

（7）移动所述摩擦焊机的夹紧端和旋转端，使得所述连接段的后端接触于所述后完好段的前端；

（8）向所述夹紧端施加第三顶锻力p3，同时控制所述旋转端进行旋转，所述第三顶锻力p3等于所述第一顶锻力，其范围均为100-250mpa，通过顶锻力保证两段工件旋转时有足够的摩擦力；所述旋转端的转速为300-1200rpm，起始转速为300rpm,并且在可30s内线性增加至1200rpm。在旋转过程中用温度传感器实施测量接头表面温度，当接头表面温度达到设定温度后转速恒定并保持转速不再增加。

（9）当后完好段前端与连接段后端的焊接接头温度达到并恒定在设定温度时（该设定温度等于步骤（4）中的设定温度）时，向所述夹紧端继续施加第四顶锻力p4，同时控制所述夹紧端向所述旋转端方向移动距离x2；所述第四顶锻力p4等于所述第二顶锻力p2，其范围均为150-300mpa；所述夹紧端向所述旋转端方向的移动距离x2等于前述移动距离x1，约为连接段较磨损段增加长度的一半，从而使得连接段整体焊接与前完好段和后完好段后（前后各移动一半距离）与光杆原始的尺寸相当。优选的所述移动距离x2为10-25mm。所述设定温度为材料的相变温度acm或a3温度以下30-50℃。

（10）继续控制所述旋转端按所述恒定转速旋转预定时间(约２至３秒)后停止旋转，然后继续保持第四顶锻力p4约10s或10s以上，待焊接接头温度降至150℃以下时，停止施加顶锻力，卸下全部工件进行自然冷却，冷却凝固后即实现了完好段与连接段之间的摩擦焊连接。由于焊接接头处的摩擦焊接温度范围为材料的相变温度acm或a3温度以下30-50℃，因此具体的冷却温度范围可根据不同材料的属性进行选择，以达到最佳的冷却凝固效果。

对于作为再制造对象的抽油机光杆在截取磨损段后保留有两个以上完好段的情况，重复上述过程，其中将已完成焊接连接的部分作为一个整体，与其他连接段或完好段重复上述过程进行摩擦焊。

步骤五、对经过摩擦焊的部位进行后处理。优选的对摩擦焊过程中形成的各焊接接头采用机加工的方法去除焊缝余高，并对焊接连接后的连接段与完好段进行表面处理，达到标准抽油机光杆的尺寸和规格要求，完成对抽油机光杆的再制造。这种后处理过程亦可在每完成一个接头的焊接时随即进行。

最后本发明还提供一种由废旧的抽油机光杆按照本发明所述再制造方法进行再制造得到的抽油机光杆。

下面给出本发明的具体实施例。

实施例1

一种抽油机光杆的再制造方法，具体操作步骤如下：

1）将回收的废旧光杆进行分类挑拣，按照尺寸类型进行分类，将相同尺寸规格的光杆归类存放，归类后的每根抽油机光杆包括前完好段1、磨损段2和后完好段3；

2）、如附图1所示，将上述分不同类型的光杆根据磨损段2的最大长度进行截取，去除磨损段2后保留尺寸完好的前完好段1和后完好段3，切取所采用的方法为机械加工的方法。图中所示1为未磨损的前完好段，长度l1；2为截取的磨损段，其长度为l2；3为未磨损的后完好段，其长度为l3；光杆总长度为l0；

3）、如图2所示，选取具有与磨损段2对应的完好部分的另一抽油机光杆，从该抽油机光杆中截取出连接段4，连接段4外形规定与磨损段对应，其长度为l2加20-50mm，该多出的长度用于平衡摩擦焊时的长度损失；

4）将各截取段进行焊接连接，前完好段1焊接连接于连接段4的一端,连接段4的另一端焊接连接于后完好段3，优选的采用旋转摩擦焊的方法将三段进行焊接连接，摩擦焊连接方法如下：如图3所示，将前完好段1固定于摩擦焊机的旋转端、将连接段4固定于摩擦焊机的夹紧端，旋转端可进行旋转，夹紧端不可旋转，但可施加轴向的顶锻力。工件固定后向夹紧端施加顶锻力p1，p1的范围为100-250mpa，旋转端沿主轴旋转，当接头温度达到设定温度时夹紧端继续施加顶锻力p2，p2的范围为150-300mpa，并向前移动x1，x1=10-25mm，2-3s后主轴停止旋转，继续施加顶锻力p2约10秒后，接头冷却凝固，形成第一道连接焊缝如图4所示，冷却后加工去除焊缝余高；

5）再将连接段4固定于夹紧端，将后完好段3固定于旋转端，重复实施步骤4），如图5和6所示，焊接完成后形成第二道连接焊缝，如图6所示；

6）将上述焊缝采用机加工的方法去除焊缝余高，并达到设计的尺寸要求，完成抽油机光杆的再制造。

实施例2

下面给出进行抽油机光杆回收利用的实施例。

（1）选取一种规格，长度为l0的抽油机光杆10根进行处理；

（2）经过确认，磨损段2最大长度为l2，将所有抽油机光杆按统一标准进行截取，每根抽油机光杆被截取为前完好段、磨损段和后完好段三段，长度分别为l1、l2、l3；

（3）选取三根后完好段3，在其中截取出与磨损段对应匹配的连接段4，每根后完好段3切割出三根连接段4，三根后完好段3切割出九根连接段4，每根连接段4的长度为l2+50mm；

（4）上述步骤得到10根前完好段1、9根连接段4和7根后完好段3；

（5）通过本发明的摩擦焊方法将一根前完好段、一根连接段和一根后完好段焊接连接成一个完整的抽油机光杆，并加工去除表面的焊缝余高，并加工达到标准尺寸要求；

（7）上述步骤重复完成，共可加工出七根长度为l0的具有标准尺寸的抽油机光杆。

这样通过本发明的方法将原本废旧的10根抽油机光杆再制造成七根具有标准尺寸的完好抽油机光杆，实现了废旧光杆的回收利用。

最后总结本发明的主要创新点：

1）、本发明首创的引入了摩擦焊技术进行抽油机光杆的修复再制造，提供了一种抽油机光杆摩擦焊的再制造方法；

2）、本发明提供的抽油机光杆摩擦焊再制造方法采取分段焊接的方法，将可用的部分进行分段连接成标准尺寸的光杆，去除了磨损部位，产品可以达到新品标准；

3）、本发明提供的再制造方法不需要添加额外的材料，只是光杆本身的旧物再利用，成本低廉，性能稳定可靠。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。