空心抽油杆摩擦焊工艺研究

论文摘要

摩擦焊是一种现代的固相热压焊技术,具有焊接效率高、节能等优点。摩擦焊焊接接头为锻造组织,焊缝较少出现气孔、偏析、夹渣及裂纹等铸造组织的结晶缺陷,焊接接头强度远大于熔焊、钎焊的强度,达到甚至超过母材的强度。这就使得摩擦焊接尤其适合于普通熔焊工艺难于焊接的低合金高强钢的焊接。油田某机械厂生产的D级空心抽油杆,采用35CrMo杆体和42CrMo杆头摩擦焊焊接而成,经560℃局部感应加热回火后去除飞边投入使用。但是,抽油杆在井下工作过程中出现了开裂事故,影响了油田的正常生产,造成了经济损失。本文通过对失效焊接接头的断口和金相组织进行分析,指出流变区形成的过冷奥氏体有很大一部分转变成了岛状组织,对热影响区的韧性和强度有较大影响。因此可以推断出现场所采用焊接工艺参数使近焊缝区的温度较高,冷却速度较低,优化焊接工艺参数,改善焊接接头的组织成为提高性能的有效方法。为了减少接头的热输入,提高焊缝冷却速度,考虑采用改变摩擦焊工艺参数进行实验。结果表明,在较短的摩擦时间、较大的摩擦压力和顶锻压力条件下,焊接接头消除了对强度和韧性有害的组织,并减小了热影响区宽度,获得了理想的焊接接头。由于杆体为轧态组织,仅通过调整焊接工艺参数无法达到D级空心抽油杆的强度要求,必须对抽油杆进行调质处理。本文通过选择不同的淬火和回火温度进行实验,最终确定550℃保温15分钟空冷+880℃保温15分钟水淬+600℃保温30分钟空冷为最终的焊后热处理规范。抽油杆的机械性能达到了D级空心抽油杆的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 摩擦焊的研究现状
• 1.2.2 摩擦焊焊接方法的优势
• 1.2.3 摩擦焊在石油行业的应用
• 1.3 课题研究内容
• 第2章 摩擦焊工艺因素及焊接接头失效分析
• 2.1 焊接工艺因素
• 2.2 摩擦焊接头环境服役条件
• 2.2.1 摩擦焊接接头的常见缺陷
• 2.2.2 空心抽油杆摩擦焊接头开裂失效分析
• 第3章 实验条件与实验方法
• 3.1 实验材料
• 3.2 实验设备
• 3.2.1 摩擦焊设备
• 3.2.2 热处理加热设备
• 3.2.3 金相试样制备与观察设备
• 3.2.4 拉伸实验设备
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 焊接准备与操作
• 3.3.2 焊后热处理
• 3.3.3 金相组织分析
• 3.3.4 硬度测定
• 3.3.5 拉伸试验
• 第4章 焊接参数选择及优化
• 4.1 摩擦焊工艺参数设计
• 4.2 摩擦焊实验结果及分析
• 4.2.1 焊接后焊缝的宏观形貌
• 4.2.2 去除量分析
• 4.2.3 焊缝的微观组织
• 4.2.4 焊缝硬度
• 4.3 焊接参数优化
• 第5章 焊后热处理工艺参数设计
• 5.1 退火温度选择
• 5.2 淬火温度选择
• 5.3 回火温度选择
• 5.4 热处理试验结果分析
• 第6章 抽油杆摩擦焊工艺优化
• 6.1 拉伸试样组图
• 6.2 拉伸试验结果
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 附录1 SY/T 5550-1998 标准中 C、D、H 级空心抽油杆力学性能
• 附录2 摩擦焊钻杆接头失效分析
• 在学期间的研究成果
• 致谢