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。
