抽油桿摩擦焊的失效分析綜述

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1、1、論文名稱、課題來源、選題依據(jù)1-1論文名稱：抽油桿摩擦焊接頭的組織與性能研究1-2選題依據(jù)：在石油制造行業(yè)，摩擦焊技術(shù)主要用于抽油桿、光桿、鉆桿、高壓閥體、蝶閥和地質(zhì)取芯鉆具的制造中。摩擦焊是在構(gòu)件加熱接近熔化溫度下的固相壓力焊接。摩擦焊具有很多優(yōu)點,如強度高、不存在熔化焊缺點、生產(chǎn)率高、節(jié)約能源,節(jié)約原材料及降低工人勞動強度等,因而得到廣泛應(yīng)用.良好的摩擦焊接頭由于焊接時的鍛造作用，雖然焊縫及近縫區(qū)的強度等于或高于母材。目前，保證焊縫的綜合力學(xué)性能是當(dāng)今摩擦焊接技術(shù)的研究熱點。為了提高焊縫的韌性，近

2、年來的研究主要集中在兩個方面：一是控制母材的夾雜物含量；二是優(yōu)化摩擦焊接過程的工藝參數(shù)。摩擦焊工藝在國內(nèi)外生產(chǎn)空心抽油桿和實心抽油桿的連接接頭中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。采用摩擦焊工藝將兩端桿頭焊在桿體上，摩擦焊工藝質(zhì)量直接影響著接頭的強韌性能和抽油桿的使用壽命。由于在生產(chǎn)中存在工藝穩(wěn)定性差和經(jīng)驗不足的問題，不能很好地保證空心抽油桿摩擦焊接頭的質(zhì)量，以致使用中在接頭處斷裂事故時有發(fā)生，直接影響到抽油桿的使用壽命，造成極大的經(jīng)濟損失，也關(guān)系到油田生產(chǎn)的安全。2、本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2-1摩擦焊焊接石油鉆

3、桿主要有兩種方式：一種是接頭和管體同材質(zhì)，采用相同或不同的熱處理工藝；另一種是接頭與管體異種材質(zhì)，異質(zhì)摩擦焊接鉆桿的接頭采用低合金鋼，而管體則采用普通碳素鋼，或者接頭采用高強度合金鋼，而管體采用低合金鋼。由于受力較大的螺絲接頭部位采用比管體好的材料，而接頭的質(zhì)量僅占整根石油鉆桿質(zhì)量的4．5％，大大節(jié)省了材料，降低了石油鉆桿的制造成本。2-2國外抽油桿摩擦焊接目前國外用于石油鉆桿焊接的摩擦焊機主要有連續(xù)驅(qū)動和慣性兩種形式，這兩種類型的焊機基本實現(xiàn)了標準化和系列化，焊機的監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛采用計算機監(jiān)控。為強化焊

4、接過程質(zhì)量保證，除了時間控制、變形量控制、能量控制外，還發(fā)展了一些特殊過程控制技術(shù)，如摩擦扭矩和溫度監(jiān)控技術(shù)等。為了便于焊接生產(chǎn)過程的自動化，國外還研究了一系列相關(guān)技術(shù)及外圍設(shè)備，如不同類型的去飛邊裝置或上下料裝置、無損檢驗技術(shù)等。專門用于石油鉆桿焊接的連續(xù)驅(qū)動摩擦焊機最大頂鍛力可以達3500kN，焊機可配備計算機控制系統(tǒng)，可儲存不同規(guī)格石油鉆桿的全套摩擦焊接工藝參數(shù)，焊接的石油鉆桿經(jīng)焊后熱處理機械性能指標完全符合美國API(AmericanPetroleumInstitute，美國石油學(xué)會)標準。同樣用

5、于石油鉆桿焊接的慣性摩擦焊機的最大頂鍛力可達2660kN，最大可焊接尺寸為65／8″的S135鋼級水平的石油鉆桿。與連續(xù)驅(qū)動摩擦焊機相比，慣性摩擦焊機的優(yōu)點是控制參數(shù)少(只控制轉(zhuǎn)動慣量和壓力)，焊接熱影響區(qū)狹窄。與連續(xù)驅(qū)動摩擦焊機一樣，慣性摩擦焊機同樣可以配備計算機控制系統(tǒng)，并可儲存不同規(guī)格石油鉆桿的全套摩擦焊接工藝參數(shù)、保存和打印工藝參數(shù)，同時可配備內(nèi)焊縫沖切裝置，焊接的石油鉆桿經(jīng)焊后熱處理機械性能指標也完全符合美國API標準。2-3國內(nèi)抽油桿摩擦焊接與國外石油鉆桿生產(chǎn)的發(fā)展趨勢一樣，我國目前石油鉆桿生

6、產(chǎn)制造廣泛采用摩擦焊技術(shù)，但最初主要是應(yīng)用于石油鉆桿的焊接修復(fù)和小批量試生產(chǎn)。所謂修復(fù)，即是將在服役中損壞失效的接頭切掉，重新焊上新接頭修復(fù)后重新使用[10]。1972年，哈爾濱焊接研究所與太原重機廠共同研制了我國第一臺120t大型石油鉆桿專用摩擦焊機，并于1978年在大港油田用于石油鉆桿焊接，這項成果很快在全國各油田鉆桿的修復(fù)生產(chǎn)中得到了普遍應(yīng)用，取代了原來的閃光焊修復(fù)石油鉆桿工藝。自20世紀80年代開始，我國的鉆桿焊接雖已進入摩擦焊時代，但由于當(dāng)時摩擦焊機受技術(shù)條件的限制，存在著焊接噸位低、自動化水平

7、低以及焊接工藝經(jīng)驗缺乏等問題，從而造成了生產(chǎn)穩(wěn)定性差，存在焊接裂紋、未熔合、摩擦焊灰斑、流痕斷口等焊接缺陷[11－13]。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展以及液壓元件性能的提高，大噸位的摩擦焊機不斷被開發(fā)出來，同時各種高強材料摩擦焊接工藝參數(shù)不斷試驗成功，摩擦焊工藝經(jīng)驗也愈加豐富，摩擦焊作為先進的固態(tài)焊接技術(shù)在石油鉆桿制造中的應(yīng)用逐漸推廣開來。目前，哈爾濱焊接研究所開發(fā)的130t摩擦焊機在國內(nèi)大慶油田、勝利油田、遼河油田、大港油田等各大油田石油鉆桿生產(chǎn)企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，經(jīng)濟效益可觀。3、論文預(yù)期成果的理論意義和

8、應(yīng)用價值論文主要通過抽油桿摩擦焊接頭的失效分析，以及不同的摩擦焊焊后熱處理對抽油桿組織和性能的影響,分析抽油桿摩擦焊接頭產(chǎn)生失效的原因，得出結(jié)論，并且提出可行的建議，從而減少油田上由于抽油桿失效而帶來的不必要的經(jīng)濟損失。4、設(shè)計的過程1~4周：查閱與課題相關(guān)的科技文獻（文獻數(shù)量要求30篇左右），并撰寫文獻綜述和開題報告，并填寫好畢業(yè)論文手冊中的任務(wù)書。5~6周：查閱大約5篇與課題相關(guān)的英文文獻，并翻譯5000字左右的英文文獻資