Page 32 - 理化检验-物理分册2021年第七期

杨晓峰, 等: S135 钻杆摩擦焊焊缝区冲击韧性低的原因

Materials 的技术要求, 使用 JBN-300 型摆 锤式冲 一钻杆焊缝上取直径为 12.5mm 的圆棒拉伸试样,

击试验机进行夏比 V 形缺口冲击试验, 结果见表 1 。 按 照 ASTM E8 / E8M : 2016a Standard Test

表 1 A1 组试样的冲击韧性 Methods f orTensionTestin g o fMetallicMaterials

Tab 1 Im p acttou g hnessofA1g rou p sam p les 的技术要求, 采用 WAW-600 型电液伺服万能试验
项目 冲击功 / J 剪切断面率 / % 平均冲击功 / J 机进行拉伸试验, 结果见表 3 , 可见焊缝区拉伸性能
实测值 12 , 27 , 25 10 , 10 , 10 21 符合 APISPEC5DP : 2009 的要求, 属正常控制范

标准值 ≥32 - ≥42 围, 无异常。
表 3 焊缝的拉伸性能
由表 1 可见, 焊缝区的冲击韧性 很低, 不符合 Tab 3 Tensile p ro p ertiesofweldin g seam

APISPEC 5DP : 2009 的 要 求。 根 据 APISPEC
屈服强度 / 抗拉强度 / 断面收缩率 / 断后伸长率 /
5DP : 2009 的要求, 在同一试样上复取两组冲 击试 项目
MPa MPa % %
样进行试验, 两组冲击试样分别编号为 A2 和 A3 ,
实测值 765 880 65 15
结果见表 2 。
标准值 ≥605 - - -
表 2 A2 和 A3 组试样的冲击韧性

Tab 2 Im p acttou g hnessofA2andA3g rou p sam p les
2.2 硬度试验
项目 冲击功 / J 剪切断面率 / % 平均冲击功 / J
按照 APISPEC5DP : 2009 的技术要 求, 沿 钻
A2 组试样 杆焊缝区取纵向全截面硬度试样, 在两侧热影响区
17 , 12 , 12 10 , 10 , 10 14
实测值
按照 ASTM E18 : 2019StandardTestMethods f or
A3 组试样 RockwellHardnesso f Metallic Materials 的 要 求

30 , 15 , 14 10 , 10 , 10 20
实测值
进行洛氏硬度试验, 结果见表 4 , 可知钻杆焊缝区硬

从试验过程来看, 试验方法与试验设备相同, 试 度符合 APISPEC5DP : 2009 的要求。
表 4 热影响区硬度
验温度均为 -20 ℃ , A1 组试样与复取 A2 , A3 两组

Tab 4 Hardnessofheataffectedzone HRC
试样冲击功基本相同, 排除与其他试样混淆的因素,
对试 样 加 工 尺 寸 及 V 形 缺 口 进 行 检 查 也 符 合 项目 管体侧热影响区 接头侧热影响区
ASTM E23 : 2018 的要求, 因此冲击试验本 身并无 外壁实测值 27.4 , 27.4 , 26.9 29.8 , 30.0 , 29.2

问题。 内壁实测值 27.2 , 26.8 , 27.8 31.8 , 31.1 , 30.2
从表 1 , 2 中可以看出, 3 组试样冲击功基本相 标准值 ≤37.0

同, 均为 20J左右, 剪切断面率为 10% , A1 组冲击
2.3 横向侧弯试验
试样断口宏观形貌见图 1 , 可见断口整体较为平坦、
根据 APISPEC5DP : 2009 的技术要求对焊缝
光亮, 具有脆性断裂特征, 断口边缘有少量剪切唇。
区进 行 横 向 侧 弯 试 验, 取 长 度 为 200 mm 、 宽 度
为 9.5mm 的两个全壁厚试样, 采用 38.1 mm 的弯

芯进行横向侧弯试验, 试样在顺时针和逆时针的两
翼弯曲形成角度不大于 40° 时, 均无裂纹, 符合标准
的要求。
2.4 金相检验

按照 GB / T13298-2015 《 金属显微组织检验

方法》 和 GB / T6394-2017 《 金属平均晶粒度测定
图 1 A1 组冲击试样断口宏观形貌 方法》 的技术要求, 垂直于焊缝取 2 个纵截面金相试

Fi g 1 Macromor p holo gy offractureofA1g rou p im p actsam p les 样, 采用 GX51 型金相显微镜对试样进行观察, 结果
见图 2 。可见钻杆接头侧、 管体侧的显微组织主要
2 理化检验及结果
为回火索氏体 + 少量铁素体, 且均不存在未回火马
2.1 拉伸试验 氏体及粗大的过热组织。钻杆接头侧、 管体侧的晶

按照 APISPEC5DP : 2009 的技术要 求, 在 同 粒度等级均为 9.0 级, 高于内控标准 7.0 级。
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