鉆井水龍帶高壓由壬焊縫斷裂的解決方法
鉆井二公司機(jī)修大隊(duì)擔(dān)負(fù)著鉆井二公司內(nèi)、外部井隊(duì)的設(shè)備維修及高壓管線的焊接與維護(hù)工作,鉆井水龍帶接頭由于其特殊材質(zhì)與連接部位的原因,成為這套循環(huán)通道的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。高壓由壬長(zhǎng)時(shí)間使用后,焊縫斷裂情況嚴(yán)重,泥漿、水、銹油較多,存在較大安全隱患,必須查找原因,制定措施,減少返修率,降低人工成本。
1.鉆井水龍帶及由壬連接部位斷裂原因及斷裂情況
1.1.鉆井水龍帶接頭與高壓由壬的焊接
由于其材料是35Mn優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的原因,成為焊接這套循環(huán)通道的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。長(zhǎng)時(shí)間使用后,由于受到高壓泥漿的循環(huán),藥品的腐蝕,鉆機(jī)的強(qiáng)烈震動(dòng),施焊人員技術(shù)水平不一。使其焊縫斷裂情況嚴(yán)重,存在較大安全隱患。
1.2.焊縫從中間位置開裂見圖(略)
1.3.焊縫存在大量缺陷
經(jīng)檢查測(cè)量,以每個(gè)連接件為單位,缺陷長(zhǎng)度、分布見表1。
表1 缺陷分布
缺陷 | 缺陷長(zhǎng)度,mm | 累計(jì)長(zhǎng)度,mm | 累計(jì)百分比 |
咬邊 | 15 | 180 | 50% |
未熔合 | 10 | 140 | 38% |
夾渣 | 20 | 100 | 27% |
弧坑裂紋 | 20 | 120 | 30% |
其他 | 10 | 360 | 100% |
1.3.1.缺陷分析
(1)咬邊
咬邊缺陷占的比例較大,經(jīng)測(cè)量,咬邊深度>0.5mm.而且連續(xù)咬邊。我們知道,咬邊的存在降低了焊縫的有效工作面積,在咬邊區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中,形成裂紋,逐步擴(kuò)展,最后結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂。
(2)未熔合、夾渣、弧坑裂紋
焊工使用的焊接材料為φ4mm的E4303焊條,焊接電流130A。此種焊條熔渣粘度比堿性焊條小,熔渣流動(dòng)性大,使用的焊接電流小,焊接時(shí)熔渣與鐵水分不清,容易造成夾渣、未熔合,在缺陷處開裂。收弧時(shí),弧坑未填滿,造成弧坑裂紋。
(3)焊縫余高不足
焊縫應(yīng)與連接件齊平或稍高。要達(dá)到這個(gè)要求,至少要焊四層。為抓進(jìn)度,組對(duì)時(shí),連接件未完全點(diǎn)固,焊工就從一端開始焊接,另一端由于還未點(diǎn)固或點(diǎn)固焊縫長(zhǎng)度較短,焊接產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,將一端拉開,使連接件與由壬連接間隙增大,此時(shí),只焊接一層焊縫,焊縫的余高不足,造成開裂。
1.4.焊接材料選擇不當(dāng)
水龍帶是在動(dòng)載條件下使用,應(yīng)選用強(qiáng)度等級(jí)為50-70MPa的E50系列焊條。E4303屬碳鋼焊條,藥皮是鈦鈣型,主要用于低碳鋼,軟鋼的焊接,故抗裂紋和冷裂紋的能力差,其塑性和沖擊韌性較差,致使焊縫抗拉強(qiáng)度低于母材,造成焊縫從中間開裂。
1.5.結(jié)構(gòu)剛度與焊接順序的影響
焊接過程中可以聽到焊縫斷裂的響聲。剛度越大,焊縫金屬冷卻收縮時(shí)受到的應(yīng)力越大,內(nèi)變形量及變形增長(zhǎng)率都要增加。
1.6.其他
連接件沒有按圖紙尺寸配焊,由壬質(zhì)量不符合技術(shù)要求。一些未經(jīng)焊接技能培訓(xùn)的人員都參與了焊接工作,造成大量焊接缺陷。
2.高壓由壬焊接性分析
2.1. 35Mn鋼材料的元素含量(如表2)
表2 35Mn鋼的元素含量
碳,C | 硅Si | 錳,Mn | 硫,S | 磷,P | 鉻,Cr | 鎳,Ni |
0.32~0.40 | 0.17~0.37 | 0.70~1.00 | ≤0.035 | ≤0.035 | ≤0.025 | ≤0.030 |
2.2. 35Mn鋼的焊接性分析
冷變形時(shí)塑性中等,切削性尚可,但焊接性差。與30Mn鋼相比,含碳量高,具有更高的強(qiáng)度、耐磨性及淬透性,但塑性卻稍有降低,且有白點(diǎn)敏感性及過熱和回火脆性傾向,淬火時(shí)容易形成裂紋的傾向。
針對(duì)以上問題進(jìn)行分析,必須從焊接裝配、焊接順序、焊接材料等幾個(gè)方面解決。
3.高壓由壬裝配、定位焊
焊件坡口度采用兩點(diǎn)定位焊,定位焊縫長(zhǎng)度≥20mm。
4.高壓由壬焊接順序
4.1.第一道根焊,第二道第三道續(xù)充,第四道蓋面。
4.2.焊接參數(shù)見表3。
表3 工藝參數(shù)
焊接材料 | 焊道層數(shù) | 焊條直徑(mm) | 焊接電流(A) | 電源 |
E5016 | 4 | Φ3.2 | 1層,100~110 | 直流 |
2~3層,120~130 | ||||
4層,110~120 | 反接 |
E5016屬低氫鉀型焊條,其機(jī)械性能比欽鈣型焊條好,特別是沖擊韌性遠(yuǎn)超過欽鈣型焊條,抗裂紋能力較強(qiáng),適合焊接中碳鋼及重要結(jié)構(gòu)合金鋼結(jié)構(gòu)。使用前烘干至350℃,保溫2小時(shí),隨用隨取,焊接時(shí),應(yīng)采用短電弧,以減少氣孔。E5016渣粘度大,熔渣滯后熔池鐵水,易觀察熔池,不易產(chǎn)生夾渣。焊條左右擺動(dòng)時(shí),兩側(cè)稍做停留,防止產(chǎn)生咬邊。收弧時(shí)采用回焊法,填滿弧坑。
5.高壓由壬焊接操作
合理的焊接順序可有效的降低接的剛度及變形量,可以按以下幾個(gè)步驟施焊:坡口準(zhǔn)備,點(diǎn)固焊,根焊(必須一次完成,做到單面焊雙面成型),填充,蓋面,自然冷卻。
6.結(jié)論
綜合上述方法焊接的鉆井水龍帶高壓由壬的焊口斷裂、開裂減少。效果良好,翻修率降低,人工成本降低,能夠滿足生產(chǎn)需要。以上方法也適合鉆井泥漿高壓管匯的焊接。