Page 31 - 理化检验-物理分册2021年第七期

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202107004

S135 钻杆摩擦焊焊缝区冲击韧性低的原因

杨晓峰,高斌强,吕海英

( 上海海隆石油钻具有限公司,上海 200949 )
摘 要: 为找到 S135 钻杆焊缝冲击韧性低、 不符合要求的原因, 对焊缝进行了冲击试验、 力学性
能试验、 金相检验、 化学成分分析、 非金属夹杂物检验等, 并对冲击试样断口进行了宏观及微观分
析。结果表明: 钻杆接头材料硫元素含量高, A 类非金属夹杂物级别高、 含量多, 造成摩擦焊焊接
时焊缝区形成较多 A 类非金属夹杂物, 影响了组织的连续性, 受到冲击力时, 缺陷的弱结合面处先
产生裂纹, 裂纹快速扩展最终断裂, 导致焊缝试样冲击韧性低、 不合格。
关键词: S135 钻杆;摩擦焊;焊缝;冲击韧性;非金属夹杂物

中图分类号: TE921 ; TG441.7 文献标志码: A 文章编号: 1001-4012 ( 2021 ) 07-0015-05

CauseofLowIm p actTou g hnessonFrictionWeldin g SeamZoneofS135DrillPi p e

YANGXiaofen g GAOBin q ian g LÜHai y in g
,
,

( Shan g haiHilon gDrillPi p eCo. , Ltd. , Shan g hai200949 , China )

Abstract : Inordertofindoutthereasonwh y theim p acttou g hnessofS135drill p i p eweldin g seamislowand

doesnotmeetthere q uirements , theim p acttest , mechanical p ro p ert ytest , metallo g ra p hicexamination , chemical

com p ositionanal y sisandnon-metallicinclusionexaminationwerecarriedoutontheweldin gseam , andthemacro

andmicroanal y siswerecarriedoutonthefractureofim p actsam p le.Theresultsshowthatthehi g hcontentof

sulfurelementindrill p i p e j ointmaterialandthehi g hlevelandhi g hcontentofclassAnon-metallicinclusionsresult

intheformationofmoreclassAnon-metallicinclusionsintheweldin gseamzonedurin gfrictionweldin g , which

affectsthecontinuit yofmicrostructure.Undertheim p actforce , cracksfirsta pp earattheweakj ointsurfaceof

defects , thecracksex p andra p idl y andfinall y fracture , resultin g inthelowim p acttou g hnessanddis q ualificationof

weldin gseamsam p le.

Ke y words : S135drill p i p e ; frictionweldin g ; weldin gseam ; im p acttou g hness ; non-metallicinclusion
石油钻杆是一种油田钻井工具, 是石油钻柱的 Pi p e 采 用 摩 擦 焊 工 艺 生 产 了 一 批 规 格 为
主要组成部分, 钻井过程中起着连接钻柱、 输送泥浆 ϕ 168.30mm×15.88mm 、 钢级为 S135 的 PSL-3 级

和传递扭矩等作用, 工作时承受压缩、 拉伸、 扭转、 弯 别的钻杆, 生产后对焊缝区进行力学性能抽检时发
曲等复杂载荷, 并经受强烈的振动和冲击作用 [ 1-3 ] 。 现 3 个钻杆的焊缝区冲击试样韧性低, 不符合要求。
目前石油钻杆均是由钻杆接头和管体经摩擦焊焊接 为找到冲击韧性低的原因, 笔者对其进行了一系列
而成, 焊接后对焊缝区进行局部调质热处理。研究 检验和分析。
发现, 钻杆焊缝区的低应力脆性断裂现象最为常见, 1 冲击试验及结果
焊缝区成为整个钻杆的薄弱区域, 因此控制焊缝区
的力学性能是保证钻杆质量的关键, 而冲击韧性是 按照 APISPEC5DP : 2009 的要求, 随 机 取 一

判断钻杆焊缝区力学性能的关键指标 [ 4-6 ] 。某公司 个钻杆抽检该批钻杆焊缝区的冲击韧性, 沿焊缝区

根据 APISPEC5DP : 2009S p eci f ication f orDrill 纵向取 3 个尺寸为 10mm× 10mm×55mm 的冲

击试样, 该组试样编号为 A1 , 试验温度为 -20 ℃ ,
收稿日期: 2020-07-27
按照 ASTM E23 : 2018StandardTestMethods f or
作者简介: 杨晓峰( 1981- ), 男, 工程师, 主要从事石油钻具工艺
Notched Bar Im p act Testin g o f Metallic
技术研发工作, 15801815094@163.com
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