作者  李绍维

（中国建筑土木建设有限公司，100000）

[摘要]本项目大机班组针对现场钻杆失效规律开展统计分析，系统研究废旧钻杆分级筛选、摩擦焊接修复、中频热处理、螺纹再造精加工成套工艺。通过固化标准化作业流程，实现废旧钻杆2～3次稳定循环复用。单次修复后平均使用寿命达到全新钻杆的86.3%，单根修复成本仅为新钻杆采购价的12.8%。

[关键词]隧道大机；废旧钻杆；摩擦焊接；螺纹再造；循环利用；降本创效

一、引言

在交通强国战略纵深推进背景下，高原深埋隧道、复杂地质隧道工程占比持续提升，钻爆法施工仍是山岭隧道主流工法，凿岩台车已全面替代传统人工风钻，成为隧道掘进核心设备。钻杆作为高频冲击、扭转受力、持续磨损的关键易耗配件，在围岩挤压、高频振动、泥水腐蚀、瞬时过载工况下损伤速率快、更换频次高，是隧道施工耗材成本占比最高的构件之一。

根据本项目2025年度耗材台账统计，作业面年均消耗全新大机钻杆420～460根，单根全新标准钻杆采购单价2000元/根，年度钻杆采购成本超92万元。传统现场管理模式中，班组对端部螺纹损坏、局部微裂、小幅弯曲等可修复损伤钻杆全部直接报废，可修复废旧钻杆报废占比高达72%，造成大量高强度合金钢资源浪费与资金损耗。

本项目大机作业班组组建专项攻关小组，通过现场失效统计、工艺试验、参数优化、质量验证，形成废旧钻杆分级筛选-校正预处理-摩擦焊接钻杆端头-热处理应力消除或螺纹精密再造-无损检测复用成套标准化工艺体系，实现废旧钻杆多次循环利用，大幅降低施工耗材成本，为同类隧道项目班组创效管理提供可复制的成熟经验。

二、钻杆失效类型及修复技术可行性分析

（一）现场钻杆主要失效类型

通过对项目2024年1月—2025年12月1000根报废钻杆开展逐根检测统计，精准划分三类失效模式，各项占比数据真实可追溯。

端部螺纹失效（占比54.1%）共计541根，杆体局部损伤失效（占比34.7%）共计347根，整体结构性报废（占比11.2%）共计112根。统计数据表明：88.8%的现场报废钻杆为局部、可修复型损伤，具备极大的再生利用空间。

（二）修复技术可行性论证

1.技术可行性

本工艺采用连续驱动摩擦固相焊接技术，焊接温度控制在1100℃～1250℃，摩擦压力8～12MPa，顶锻压力18～22MPa，保压时间4～6s，适配中空高强度合金钢材质。焊接接头晶粒致密均匀，无气孔、夹渣、冷裂纹缺陷。配套中频热处理860℃正火+520℃回火工艺，可使焊缝区域硬度均匀控制在HRC28～HRC32，与母材硬度偏差≤3HRC，完全满足凿岩冲击疲劳工况要求。

2.经济可行性

全新钻杆综合采购单价2000元/根，包含采购、运输、仓储综合成本。标准化修复后单根综合修复成本312元/根（人工200元、耗材辅料112元），修复成本仅为新杆的15.6%，成本压降幅度极其显著。

（三）多次循环利用可行性

现场跟踪统计200根修复钻杆服役周期：首次修复后平均进尺寿命1425m，达到新杆寿命（1666m）的85.5%；二次修复后平均进尺寿命855m，达到新杆寿命的51.3%；三次修复目前还在持续跟进中。

数据证明：单根合格基材钻杆可稳定实现2～3次循环修复利用，资源利用率提升200%以上。

三、班组标准化修复工艺流程

（一）废旧钻杆筛选与预处理

由班组专职质检员执行标准化筛选：直线度检测要求弯曲变形≤0.5mm/m方可修复；壁厚检测要求最小剩余壁厚≥7.2mm（原壁厚8mm），满足受力要求；采用肉眼初检结合磁粉探伤抽检方式筛查裂纹，剔除存在贯穿裂纹杆件。

预处理标准化参数：喷砂除锈等级达到Sa2.5级；液压冷校直精度控制误差≤0.3mm/m；切割端面垂直度误差≤0.15mm，保证焊接同轴精度。

（二）核心修复加工工序

1.摩擦焊接作业

严格固化设备参数：摩擦转速1450r/min、摩擦压力10MPa、顶锻压力20MPa、保压5s。装夹同轴度偏差≤0.2mm，焊接飞边均匀饱满，无偏焊、虚焊。焊接完成后匀速去除外飞边，保证杆体圆度偏差≤0.1mm。

2.中频热处理强化

采用分段式中频加热，加热区间覆盖焊缝两侧各35mm，正火温度860℃、保温25s，回火温度520℃、保温40s，自然缓冷。处理后有效消除焊接残余应力，抗疲劳性能提升32%以上。

3.精密螺纹再造加工

对5525钻杆不能修复还原成原型号的钻杆时，采用数控车床精加工，严格匹配原厂螺纹参数将该钻杆改造成4915型钻杆，牙型角60°、螺距12.7mm、锥度1:16。螺纹根部倒R0.8圆弧，降低应力集中系数。

（三）成品质量检测与台账管理

建立量化验收标准：外观无裂纹、无烧蚀、无变形；总长误差≤±1mm，直线度≤0.3mm/m；螺纹通规全通；每月抽样力学试验合格率100%。

班组建立《钻杆修复全周期台账》，对每根杆件实行唯一编号登记，记录回收日期、损伤类型、修复参数、检测结果、投入使用段落、累计进尺寿命、再次报废原因，实现全过程可追溯管控。

四、综合效益量化分析

（一）经济效益（精准核算）

2024.01—2025.12，班组累计修复合格钻杆888根。

单根净创效=新杆成本-修复成本=2000-312=1688元/根

累计直接创效：888×1688=1498944元 

同时减少采购运输、仓储管理、废旧物资处置等间接成本，综合降本效果突出。

（二）安全效益

消除钻杆本体缺陷隐患：修复裂纹、变形、磨损问题，防止作业时钻杆断裂、弹射、卡钻，避免机械伤人。 降低作业操作风险：杆件工况稳定，震动、偏钻问题减少，降低人员磕碰、挤压伤害概率。

（三）环保效益

大幅减少矿产资源消耗、钢材冶炼碳排放与固体废弃物处置压力，完全契合绿色施工、低碳建造的行业发展要求。

（四）管理效益

通过本次技改实践，班组形成标准化作业流程、参数化工艺标准、数据化管控台账、常态化创新机制四项固化成果。班组从单纯执行施工任务，升级为具备自主技改、降本创效、质量自控、安全自管能力的现代化创新班组，全面提升新时代班组建设成色。

参考文献

[1]李刚, 赵伟. 中空钢钻杆摩擦焊接工艺及性能试验研究[J]. 工程机械,2024(03):78-82.

[2]张海涛. 隧道凿岩设备易耗配件修复技术应用[J]. 铁道建筑技术,2025(01):91-94.