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油井管特殊扣产品拧接的自动判定法单星宝山钢铁股份有限公司摘要: 在油井管特殊扣产品的加工过程中，拧接是一个重要工序，而拧接设备是否具有自动判定的功能，自动判定方法合适与否，都会对生产节奏和质量控制产生影响。本文介绍了一种自动判定的方法，通过对拐点的扭矩 数值、圈数的判断，再加上一些防错手段，实现对特殊扣拧接曲线的自动判定。关键词: 油井管; 拧接; 特殊扣; 自动判定法中图分类号: TG806文献标志码: AAuto determinant for Premium Threads Make upShan XingAbstract: Make up is an important process for the premium pipes production The make up machine has the a- bility to determinate whether the process is acceptable The way of the auto determinant is significant for the production and quality control It produces a way which can determinate the process by judge the value and turns of the inflection point，also includes some mistake proofingKeywords:premium pipe; make up; premium thread; auto determinant引言典型特殊扣拧接曲线分析12如图 1 所示，油井管中大多数的特殊扣产品为了满足密封性能，都会在螺纹端部提供一个金属对 金属的密封。在拧接时，当两个密封面接触后，拧接 扭矩会突然上升，可称之为拐点。而目前大多数特 殊扣螺纹拧接的判定依据是两条: 第一条和 API 标 准螺纹相同，要判断其最终的终止扭矩是否在合格 范围之 内; 第二条就是拐 点扭矩是否在合格范围 之内。结合特殊扣的设计原理对拧接曲线进行分析，梳理拧接曲线不同阶段的特征，为拐点的选取和判 断提供理论依据是有必要的。图 2图 1图 2 是一张标准的特殊扣拧接示意图，其终止 扭矩和拐点扭矩均在合格范围之内( 图中的台肩扭 矩就是拐 点 扭 矩) 。对于一台拧接设备来讲，判 断 终止扭矩是否在合格范围之内是相对简单的，难点 是对拐点的选取和判断。图 3就特殊扣拧接曲线而言，可 以 分 为 三 个 阶 段。 如上图所示，第 1 点到第 2 点为第一阶段; 第 2 点到 第 3 点为第 二 阶 段，第 3 点 到 第 4 点 为 第 三 阶 段。收稿日期: 2014 年 1 月88工 具 技 术如图 4 所 示，实 际 的 拐点扭矩应该是 B 点，而一旦 A 点前后扭矩的差值已经大于参考值 ，机器 会认为 A 点是拐点扭矩，这时就造成了误判。目前来看，拧接曲线第一阶段、甚至是第二阶段的波动是不可避免的。因此，寻找一种选取和判断 拐点的合理方法是很有意义的。各个阶段的含义及特点如下。第一阶段: 此时螺纹尚未达到手紧扭矩，或者说 螺纹过盈尚未产生。这个阶段的扭矩主要是摩擦产 生的，比较容易受到螺纹椭圆度、公母头同心度的影 响，同时螺纹脂质量及涂抹效果也会对这段扭矩产 生影响。因此第一阶段的曲线特点是: 扭矩值较低，但相对波动较大。第二阶段: 此时螺纹达到手紧扭矩，并且开始产 生过盈，但密 封 面 ( 包 括 台 肩 面) 没 有 接 触，扭 矩 主 要由螺纹过盈产生。第二阶段的曲线特点是: 扭矩 值较高，并且曲线相对平滑( 螺纹椭圆度、同心度等影响已经消失) 。第三阶段: 此时螺纹拧接基本到位，密封面和台 肩面开始接触并产生过盈。这个阶段扭矩主要由公 母头的密封面、台肩面相互过盈而产生。由于接头 整体相对位移很少，而密封面、台肩面接触后产生的扭矩较大( 尤其是台肩面) ，因此第三阶段曲线的特 点是整体扭矩值大，斜率大。拐点扭矩和最终扭矩 都出现在第三阶段。44 1拐点的判定拐点的数值判断拐点的数值判断的目的是在拐点扭距的设定上下限范围内进行判断，避开绝大部分曲线波动的干 扰。图 5一般来说，拐点扭矩的合格范围是按照目标最 终扭矩的百分比设定的( 例如 10% 70% 的最佳扭 矩) ，在拐点扭矩设定的上下限区域内，寻找扭矩突 增( 大于 ) ，如果没找到突增，则 拧 接 不 合 格。这种方法可以避开第一阶段和第二阶段曲线波动造成 的误判。3拐点难度分析一般来说，目前大多数拧接机的计算机系统采用斜率判断法来选取拐点，即两两计算数据点的差 值，一旦差值超过了设定参考值 ，则认为中间一点是拐点。常用判断 条 件: ( Tn + 2 Tn )实测扭矩，N = 1、2、3如果公式的结果为真，则 Tn + 1 扭矩的点则被判 断为拐点，目前常用的参考值 约 在 120N m 左 右。实际上，拧接过程处于一个不稳定状态，尤其是 第一阶段，螺纹椭圆度、公母头的同轴度、螺纹表面状态、螺纹脂质量及涂抹情况等多种因素都会造成 拧接曲线的较大波动，引发出好几个斜率很大的疑 似拐点，从而造成系统的误判。即使到了第二阶段( 手紧扭矩之后) ，也不排除个别异常造成曲线的波动。 。其 中 T 代 表判断条件 1: ( T T ) ，且满足 T Tn + 2nt1n。其中 T 代表即时的实测扭矩，T 和 T 代表最Tt2nt1t2小、最大的设定拐点扭矩，上图中对应 A 点和 B 点。上述判定方法存在以下四个极限事件: 极限事件一: 突增点恰好出现在 A 点，系 统 判断为 A + 1 点，判合格且实际合格;极限事件二: 突 增 点 恰 好 出 现 在 B 点，系 统 判 断为 B 点，判合格且实际合格;极限事件三: 突 增 点 出 现 在 B 点 以 后，系 统 判断为不合格且实际不合格;极限事件四: 突 增 点 出 现 在 A 点 以 前，系 统 判 断为 A + 1 点，判合格但实际不合格。综上所述，虽然极限事件一发生时系统不能完全准 确 判 定 为 A 点，但是不会对结果造成 任 何 影 响。其中要避免的是极限事件四，这在 4 3 中将会 有表述。4 2拐点的圈数判断拐点的圈数判断是指对最终扭距和拐点扭矩之 间的圈数进行判断。图 4892014 年第 48 卷 No 6前述判定方法规定了在拐点扭距的理论合格范围内进行判断，从而避免绝大多数曲线波动的影响， 但是并不排除少量的曲线波动存在于拐点扭距理论合格范围内。如图 6 所示，B 点会被认为是拐点，而不再继续取点判断。当发生这样的情况时，就需要判断最终扭距与 拐点扭矩之间的圈数。因为当真正的拐点形成后， 由于台肩面的作用扭矩会快速 上升并达到最终扭 矩，因此拐点扭矩和最终扭矩的圈数间隔很小，可以设置为不大于 X( 圈数与产品设计有关，一般不大于0 3 圈) 。则判不合格。( 2) 如果在 上 下限范围内拧接时，找 到 拐 点 扭 矩，判断拐点扭矩与最终扭矩之间的圈数，圈数过大 则继续寻找。( 3) 如果在上下限的范围内拧接时找到拐点扭矩，且最终扭矩与拐点扭矩的圈数差符合要求。 如果在拐点扭矩的理论合格范围内，所采集的扭矩 点差值均大于参考扭矩 ，则判定不合 格。如 果 第条不成立，且拐点之后的扭矩差值均大于 ，则判定合格。4 5特殊扣拧接曲线自动判定逻辑特殊扣拧接曲线自动判定逻辑见图 7。图 6判断条件 2: Qf Qn + 1 X。其 中 Qf 代 表 最 终 扭矩的拧接圈数，Qn + 1 是拐点扭矩的拧接圈数。如 果该条件不成立则继续寻找拐点。4 3拐点的补充防错判断防错一: 根据 4 1 数值判断法和 4 2 圈数判断法找到了 Tn + 1 ，也就是拐点。但是还要避免 4 1 中 极限事件四的情况。以图 5 为例，如果上下限之间找到突增，例如出现在 C 点，那么 A 点和 C 点之间的采点扭矩差值肯 定都小于 的，即 AB 之间的点扭矩差值不可能完 全大于等于 。因此，可以认为即使 A、B 之间出现了突增点，但是 AB 之间所采集的扭矩点差均大于 等于参考扭矩 ，拧接不合格，这样可以防止拐点在最小设定拐点扭矩之前就出现，却误判合格的产生。判断条件 3: ( Tn + 2 Tn ) 。且 满 足 Tt1 Tn Tt2 。所有的计算值均大于才满足。防错二: 4 2 中真正达到拐点后，曲线会快速上 升并达到最终扭矩。因此可以判断拐点之后所有扭 矩的差值是否均大于 ，如果是则判合格。这 样 可对出现拐点后的扭矩是否异常进行判定。判断条件 4: ( Tm + 2 Tm ) 。且 满 足 Tn + 1 Tm ，Tm + 2 Tf ，Tf 是最终扭矩。所有的计算值均大于 才满足。图 7需要注意的是，在判断最终扭矩是否合格之前， 均是对于拐点扭矩的判断。结语5对于特殊扣拧接判断的难点在于对拐点扭矩的确认，本文根据拧接的实际过程，结合一般设备的判 定方式，给出了一种新的自动判定方法。首先是数值判断，通过拐点扭矩合格范围内寻找扭矩突增，将寻找范围合理的缩小，减少计算的同时避开大部分4 4判定方法总结( 1) 如果 在 上 下限范围内找到没有拐点扭矩，90工 具 技 术电感测微仪测量带锯铣齿刀的齿距积累误差徐飞，何君，崔海东，曲月林辽宁本溪工具有限责任公司测铣刀和带定位键的芯轴组合在一起，并置于两顶尖之间; 把固定杆 1 ( 见图 3) 安装( 旋) 入显 微 镜 的 横向滑台工艺孔内( M12 1 75) ; 接杆 3( 见图 4) 与杠杆测量头 4 用 M6 螺帽紧固。1引言针对上世纪 80 年代中期从德国引进的金属切割带锯条的生产线，我厂研发制造出了带锯条铣齿 滚刀，继而开发了变齿距，梯形齿、齿间上设有双后 角的带锯条及一种宽齿距带锯条，并取得国家专利。 在研发过程中，对于锯条铣刀精密测量，采用了电感 测微仪( DGH) 在万能工具显微镜 ( 197A) 测量铣刀 的齿距累积误差应用。2带锯条铣刀的结构特点带锯条铣刀 的 结 构 与 一般螺旋铣刀相似，图 1所示为铣制带锯条的铣刀。图 2 铣刀刀齿分布图 1 铣制带锯条的铣刀铣刀刀齿呈环状交错分布: 为铣出锋利锯齿，必 须将铣刀齿距放大为锯条齿距的倍数，否则铣刀齿 底部必然很尖( 见图 2) ，这在制造上很难做到。如图 2 所示，铣刀切削齿每排齿互相错开成圆 环状分布，即偶数齿槽的刀齿与奇数齿槽的刀齿交 错分布，以便铣出正确的齿形。每两个环形齿圈切 削齿间距等于被加工锯条的齿距。测量步骤: 将被图 3 固定杆收稿日期: 2013 年 11 月图 4 接杆波浪线的影响; 其次圈数判断，判断最终扭矩与拐点扭矩之间圈数是否体现了拧接的正确性; 最后再对 合格范围的扭矩进行和 的多点比较，进一步防止 了误判的产生，保证可靠性。拧接曲线实际是产品设计的一种反映，要进一 步保证自动判定的精确，一些判定依据需要和产品 设计相结合，也就是说不同产品需要对判