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解决三棱钻杆断裂问题的研究

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  • 2020-04-23 08:35:19

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0引言三棱钻杆是重庆研究院生产的新型钻杆,见图1。已经加工了近万根三棱钻杆,由于三棱钻杆结构的不规则,采用圆形钻杆工艺不能满足设计要求,需进行调整,三棱钻杆较圆钻杆的工艺流程有所不同,圆形钻杆采用摩擦焊焊接钢管与接头,而三棱钻杆则采用手弧焊焊接,且接头采用锻坯成形,再进行精加工螺纹。图1三棱钻杆结构示意图该钻杆在使用过程中多次发生断裂事故,这也直接影响了三棱钻杆的推广应用。因此,正确分析钻杆的断裂原因,采取有效措施,提高钻杆质量,降低钻孔事故率,保证正常钻进,有着十分重要的意义。1分析原因分析三棱钻杆断裂原因:①三棱钻杆同轴度差;②接头热处理缺陷的问题;③焊接缺陷的存在。(1)两接头的同轴度控制不当公扣母扣同轴度超差,导致钻杆在连接处弯曲,钻杆不但要承受正常的轴向负荷,而且螺纹联接处还要承受很大的径向载荷,钻杆的最薄弱处公扣接头螺纹尾部发生疲劳裂纹而断裂或在焊缝处断裂。(2)热处理质量的控制不当调质即淬火加高温回火。钻杆淬火后易获得不稳定组织马氏体和部分残余奥氏体,处于亚稳定状态,具有很高的硬度。造成在接头处脆断。(3)焊缝质量控制不当焊缝处存在焊接缺陷,在使用过程中,钻杆上裂纹逐步发展成疲劳断裂。主要表现为根部裂纹、边界裂纹,见图2。根部裂纹延伸进入母材或焊缝,起源于焊缝根部缺口形成的应力集中处的热影响区中。边界裂纹、焊道下裂纹和根部裂纹均属冷裂纹。边界裂纹是从焊缝与母材交界处开始,向母材中延伸。焊道下裂纹位于焊道之下的近缝区中,没有发展到母材表面。图2三方定位台阶1.焊接裂纹2技术措施(1)设计定位装置来保证工件同轴度问题,采用公、母接头螺纹锥面与专用工装定心来实现。工装以两端接头锥面为基准,一端固定,另一端可水平移动,将接头与钢管顶紧,再进行焊接,如图3所示。三棱钻杆焊接工装内锥面、外锥面定心工装,结构简单,定心性好,焊接工装改为内锥、外锥芯轴多组轴承可自动旋转,左侧的手轮操作方便,右侧顶杆便于拆卸钻杆,更好地保证同心度定位要求;图3三棱钻杆焊接工装(2)三棱钻杆焊后增加高温回火工艺,消除残余奥氏体,获得索氏体组织,使其趋于稳定状态。随着回火温度升高,硬度、强度下降,而塑性、韧性提高;(3)更改接头结构取消定位台阶并增加了塞焊孔,见图4和图5,采用多层焊时,对次层对前层有消氢作用,能改善前层焊缝和热影响区的淬硬组织。焊后立即在保温池里保温。图4三方定位台阶更改

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