CT70级低合金高强度油管用钢激光焊焊接接头性能研究

采用激光焊方法进行了CT70级油管用钢的焊接,并对焊接接头的外观、组织、硬度和力学等性能进行了检测。结果表明,激光焊焊接接头整体成形良好,无不良缺陷,焊接接头的强度、冲击韧性与母材相当,弯曲试验全部合格,焊缝及近缝区硬度明显上升。组织观察发现,冷速过快导致焊缝区铁素体变为粗大的块状,块状之间分布少量的小岛状组织,块状组织内部为大量分解不完全的富碳奥氏体。研究表明,激光焊接工艺可用于CT70级油管用钢的焊接与相关产品的制造。     

CT110连续油管环焊工艺对焊接接头组织性能的影响

为了确保连续油管现场修复对接焊缝性能,提高连续油管的使用寿命,设计了两种CT110连续油管环焊对接工艺方案,并进行了焊接试验。采用金相组织分析、显微硬度测试、拉伸性能检测及疲劳试验等方法,分析了两种工艺方案下焊接接头的组织与力学性能。结果显示,两种工艺下所焊CT110连续油管焊接接头的焊缝及热影响区粗晶区组织均以铁素体和粒状贝氏体为主,显微硬度及抗拉强度相当,但工艺方案二所焊接头均匀变形能力更强,疲劳寿命相对提高92%。研究表明,采用工艺方案二将盖面层改为两道焊的工艺措施,能够降低因焊接热作用引起的热影响区回复与再结晶程度,提高焊接接头均匀变形能力,从而提高接头抗低周疲劳性能。     

异种金属摩擦焊油管接头性能分析

通过对 73.02 mm×5.51 mm的摩擦焊异种金属油管的理化性能及整管上/卸扣性能进行研究,分析了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,异种金属摩擦焊接方法是一种提高油管接头力学性能的有效连接方法,降低了油管加工难度和制造成本,提高了生产效率和产品质量。在异种金属摩擦焊焊缝横截面处,油管管体与外加厚短接呈良好的混合状态,两种金属形成了金属间化合物,使焊缝内部区域具有较高的硬度。同时由于外加厚短接与油管管体焊接形成塑性结合能有效提高焊缝的冲击性能,使焊缝冲击性能高于管体。油管在上/卸扣过程中,摩擦焊缝完好,螺纹接头无粘扣现象,表明异种金属摩擦焊油管接头具有良好的抗扭转能力且抗粘扣性能良好。     

连续油管的表面性能及对疲劳特性的影响

连续油管(CT)的制造过程使其内、外表面产生了不同的表面形态。由于疲劳是一种表面现象,因此导致两个表面具有不同的疲劳特性。 表面形态 CT样品的疲劳试验所产生的破坏位置通常违背常规的工程直觉。在通常情况下,裂纹应在应力和应变最大处产生。对于弯曲状态的管材来说,这个位置应在其受拉伸一侧的外表面。然而CT管的大多数疲劳裂纹却产生在受压缩侧的内表面。人们使用塑性理论来     

热输入对CT90连续管对接接头热影响区组织及性能的影响

为了保证连续油管对接焊后焊接接头的使用性能,研究了不同热输入对CT90连续油管对接接头热影响区组织及性能的影响,采用TIG焊工艺分析了3层对接焊过程中焊缝热影响区的组织和性能的变化。结果显示,粗晶区、完全重结晶区组织以贝氏体为主,不完全重结晶区、回火区组织为块状铁素体、少量珠光体和渗碳体,随着热输入的增加,焊缝的晶粒尺寸变大,热影响区中软化区的宽度及幅度增大,软化区逐渐远离焊缝中心。     

2205 DSS连续油管的适用性研究

当连续油管用于井下作业时,管体需承受高压、强酸的井下环境以及反复缠绕、弯扭挤压等复杂载荷,因而连续油管的材料不仅应具有较好的强度和韧性,还应具有较好的耐腐蚀和抗疲劳性能.对2205DSS连续油管和传统碳钢连续油管进行了化学分析、拉伸、压扁、扩口、硬度、疲劳性能以及耐腐蚀性的对比试验.试验结果表明,2205DSS连续油管...     

2205DSS连续油管的适用性研究

当连续油管用于井下作业时,管体需承受高压、强酸的井下环境以及反复缠绕、弯扭挤压等复杂载荷,因而连续油管的材料不仅应具有较好的强度和韧性,还应具有较好的耐腐蚀和抗疲劳性能。对2205DSS连续油管和传统碳钢连续油管进行了化学分析、拉伸、压扁、扩口、硬度、疲劳性能以及耐腐蚀性的对比试验。试验结果表明,2205DSS连续油管比碳钢连续油管具有更优异的抗腐蚀性能,强度可达到CT90级或CT100级连续油管的强度值,且双相不锈钢材质金相组织相对稳定,焊接热影响区的面积比碳钢连续油管的焊接热影响区的面积小,具有更为优异的疲劳性能,但2205DSS材质比碳钢成本高,生产时所消耗的能量较大,在应用方面仍存有一定的局限性。     

连续管全位置自动对接焊工艺和接头性能研究

为了进一步提高连续管在油田现场的使用价值和经济效益,设计了一种连续管全位置自动对接焊(自动TIG焊)工艺。采用该焊接工艺对Φ38.1 mm×3.4 mm规格CT80连续管进行了管-管对接焊,并对其焊接接头的强度、塑性、硬度及疲劳寿命进行了检测。检测结果表明,采用该焊接工艺获得的连续管管-管对焊接头,其内外焊缝成形良好,具有优良的强塑性和抗弯曲变形能力,具有较高的疲劳寿命,能满足作业现场的使用要求。     

国产CT80级连续油管用钢带对接焊焊接方法探讨

论述了连续油管(coiled tubing,简称CT)用钢带对接焊的重要性及对接焊要求,同时就国产CT80级3.18mm连续油管钢带的实验室板-板对接焊的焊接方法进行了探讨,涉及的焊接方法有MIG/MAG焊、TIG焊和等离子弧焊接。通过对各种焊接方法的线能量、焊缝成形、焊丝匹配、引熄弧板安装、飞溅的比较,进行了焊接方法选择的评价,初步认为TIG焊线能量可以控制,焊缝成形美观,焊丝达到连续油管使用要求,引熄弧板安装不伤及母材,无飞溅,是比较理想的连续油管钢带焊接方法。由于TIG焊焊接板厚有限,较厚板-板对接可以考虑使用等离子弧焊。     

连续油管对接焊残余应力场分析

基于ABAQUS有限元模拟软件对CT90钢级Φ38.1 mm×2.7 mm连续油管焊接接头的残余应力进行模拟,建立了连续油管对接焊有限元模型,得到了连续油管对接焊时焊缝处残余应力分布规律。结果显示,随着热源的移动,温度降低,残余应力增加,期间周向出现了最大残余拉应力405.7 MPa,轴向出现了最大残余压应力195.7 MPa;冷却后,最大残余应力主要集中在焊缝处,并沿着垂直于焊缝方向逐步递减。试验结果对连续油管后续消除对接焊残余应力提供了理论依据。     

连续油管性能研究与产品开发

在研究分析连续油管材料主要特点和使用要求的基础上,采用C-Si-Mn-Cr-Mo-Nb合金系高强度低碳微合金钢,通过ERW制管技术和热处理技术,开发出了满足API 5C7标准要求的CT80钢级φ31.75 mm×3.175 mm连续油管产品。理化性能检测结果表明:管体纵向屈服强度平均583MPa,抗拉强度703 MPa,延伸率约29.5%;内压为34.47 MPa时疲劳循环次数达到615次,优于国外同类产品;管体及焊缝抗HIC性能良好,裂纹长度率(CLR)、裂纹厚度率(CTR)和裂纹敏感率(CSR)均为零。     

提高连续油管使用寿命的方法

从采用软件跟踪疲劳寿命 ,截断法 ,变径连续油管 ,反转使用连续油管 ,防止连续油管损伤 ,合理配置设备 6个方面讨论了控制管串疲劳 ,提高连续油管使用寿命的方法 ,并得出结论 :控制管串疲劳的方法中 ,最有效的方法是实际作业截断法。指出要尽量减少连续油管在带内压下工作 ,也要研究开发降阻性能好的工作液 ,以延长连续油管使用寿命、降低作业风险。     

激光功率对19Cr双相不锈钢焊接接头组织及性能的影响

针对具有TRIP效应19Cr经济型双相不锈钢,采用不同激光功率的激光自熔焊开展了焊接对比试验,并对焊缝的宏观形貌、微观组织、力学性能和腐蚀性能进行分析。分析结果显示,焊缝正面宏观外貌的平整度随着激光功率的升高先升高后降低,激光功率为1 000 W、1 050 W和1 100 W时焊缝成形较好;在焊缝处奥氏体相含量相对于母材含量较少,奥氏体含量的变化随着激光功率的变化先减少再增加,激光功率为1 000 W时,焊缝处奥氏体含量最少;激光功率为700 W、1 000 W和1 300 W时焊缝处的平均硬度值为220HV0.1,母材处的平均硬度值为370HV0.1;激光功率为500 W、1 000 W 和1 300 W的焊接接头电化学测试中,1 000 W的不锈钢焊接接头的自腐蚀电流密度最低,点蚀电位最高。研究表明,激光功率为1 000 W焊接时,19Cr双相不锈钢焊缝成形性最好,焊缝处显微硬度最低,且具有较好的耐腐蚀性能。     

经均质处理的连续油管性能试验研究

针对连续油管焊接过程产生粗大贝氏体组织的问题,用均质处理工艺对连续油管进行均质处理,使连续油管具有均匀回火索氏体组织.对均质处理的连续油管材料的金相组织、力学性能、疲劳性能和高温高压腐蚀性能进行试验分析,结果表明,经均质处理的连续油管机械性能达到了ST125T、ST140T钢级,属于超高强度连续油管.其材料的硬度高于常...     

焊接热循环对连续油管焊接HAZ组织的影响

为了探究不同焊接热循环条件对连续油管焊接HAZ组织的影响规律,采用热模拟技术、电子背散射衍射(EBSD)、 X射线衍射(XRD)等显微分析方法和硬度测试等手段,对不同峰值温度和冷却时间下的焊接HAZ组织影响规律进行了分析。结果表明,随着峰值温度的增加,管材硬度值变化呈先下降后上升趋势,且在800℃时软化最为严重;当峰值温度达到950℃和1 300℃时,组织晶粒的粗化随冷却时间延长更为明显,硬度值也逐渐增大;焊接作业时可以采用低能量焊接和加铜块水冷的方法来减弱焊接热循环对焊接接头的影响。     

CT80连续油管抗HIC性能试验研究

连续油管服役条件相当恶劣,有时需要在酸性介质中服役,这极大地加速了管材失效。为给CT80连续油管的选择和使用提供参考,对比研究了国产和进口CT80连续油管的抗HIC性能。结果显示,进口连续油管母材和焊缝纵向、横向试样表面均没有氢鼓泡和裂纹,但母材横向试样剖面出现微裂纹;国产连续油管母材和焊缝纵向、横向试样表面均未出现氢鼓泡和裂纹,剖面也未发现裂纹,对HIC不敏感。     

连续油管管材及焊接热影响区显微组织分析

为了研究连续油管对接焊时焊接热影响区的显微组织特征,选取连续管管材及焊接接头,通过显微硬度变化确定焊接热影响区(heat affected zone, HAZ)位置,观察热影响区显微组织,利用金相显微镜、 XRD、 EBSD及TEM对HAZ区域进行表征。试验结果表明,连续油管管材显微组织主要以粒状贝氏体为主,其中还存在少量针状铁素体及等轴晶铁素体组织, EBSD试验结果得出管材平均晶粒尺寸为4.9μm,利用TEM观察到大量位错及第二相。并对焊接热影响区中粗晶区、细晶区及不完全重结晶区进行了表征,得到了一系列具有对比性的结果。     

影响连续油管寿命的因素

对连续油管进行循环试验以确定影响其寿命的诸因素——轴向载荷、内压以及弯曲应力,这些综合因素导致连续油管疲劳,降低强度。     

连续油管疲劳可靠性分析的新方法

弯曲疲劳寿命是影响连续油管使用范围最突出的问题之一,因此利用疲劳可靠性的理论预测其疲劳寿命是亟待解决的关键课题。预测连续油管疲劳寿命传统方法是将许多试样在不同应力水平的循环载荷作用下进行试验直至失效,从而作出S-N曲线,供工程参考,这样不仅费用高,且模拟实际应力条件也较困难。为此,根据低周疲劳曲线,通过引入复合随机变量X=NS2,对不同材料和应力水平下的连续油管疲劳实验数据进行了归一化处理。这是一种研究连续油管疲劳可靠性的新方法。     

表面机械损伤对CT110连续油管疲劳寿命的影响

为了研究表面机械损伤对CT110连续油管疲劳寿命的影响,分别制作CT110连续油管外表面机械损伤试样和表面修磨试样进行疲劳试验,并采用扫描电镜对机械损伤试样断口形貌进行了分析。试验结果显示,外表面机械损伤会造成连续油管疲劳寿命降低,且随着损伤深度增加,疲劳寿命降低越多;其中环向刻槽损伤引起的疲劳寿命下降最严重。机械损伤试样断口扫描电镜分析结果显示,疲劳裂纹起源于外表面机械损伤根部;深度不大于壁厚10%的外表面修磨试样疲劳寿命均高于同深度下的机械损伤试样,且疲劳裂纹起裂于管体内表面。研究表明,对连续油管管体外表面深度不大于壁厚10%的损伤进行修磨可以有效提高疲劳寿命。