Soldadura por difusión en fase líquida de transición de tuberías de perforación petrolífera

La tubería de perforación petrolera se fabrica uniendo la junta de la tubería y el cuerpo de la barra después de su fabricación por separado. Si bien la tecnología de soldadura por fricción se ha aplicado con éxito a la soldadura de tuberías de perforación, aún existen algunos defectos en el proceso de soldadura, como desalineación, rebabas en la pared exterior y una textura rugosa en la zona de soldadura. Ante estas deficiencias en la soldadura por fricción de tuberías de perforación, se llevó a cabo la unión mediante soldadura por difusión en fase líquida de transición (TLP) utilizando un equipo de soldadura por difusión en atmósfera controlada con protección de gas argón. Se obtuvo una junta con una estructura y un rendimiento óptimos, lo cual reviste importancia para impulsar la aplicación de la tecnología de soldadura por difusión en la industria petrolera.

Primero, materiales de prueba
La prueba utiliza un cuerpo de tubería de perforación de 127 mm x 10 mm y una junta de tubería de perforación, cuyo material es 35CrMo. La capa intermedia utilizada es una lámina amorfa a base de hierro-níquel FeNi-CrSi-B, con un punto de fusión de 1050 a 1100 °C y un espesor de 25 μm.

Segundo, equipos de soldadura
El equipo especial de soldadura por difusión para tubería de perforación se compone principalmente de una fuente de alimentación de media frecuencia, un calentador de inducción, un sistema de sujeción e hidráulico, un sistema de refrigeración, un sistema de protección y un sistema de control. El calentador de inducción es de una sola vuelta, dividido en dos partes, con un canal de agua de refrigeración interno y un circuito de gas protector externo. Integra agua, electricidad y gas, es fácil de operar y facilita la instalación y extracción de las piezas. El sistema hidráulico proporciona la fuerza de sujeción y la presión superior necesarias para fijar y soldar la pieza. El sistema de control utiliza un módulo PLC+PRC y permite configurar los parámetros del proceso mediante una pantalla táctil, facilitando así la interacción hombre-máquina. El sistema de refrigeración, compuesto por un depósito de agua, una bomba de agua, un disipador de calor y un ventilador, refrigera la fijación, el calentador de inducción y el sistema hidráulico mediante la circulación de agua.

En tercer lugar, el proceso de soldadura por difusión
① Al tornear la junta de la barra de perforación y la cara del extremo de la barra, la rugosidad promedio es Ra6,3 um.
2. Encienda el calentador de inducción y levante el mandril del bastidor en C y del pórtico. Instale la unión de la barra de perforación en el asiento de posicionamiento del bastidor en C. El interruptor de desplazamiento controla el bastidor en C para que gire hasta que la cara del extremo de la unión a soldar se encuentre en el centro del calentador de inducción. Cargue el cuerpo de la barra de perforación desde el lado derecho y sujételo cuando las dos caras de soldadura estén en contacto. Ajuste el asiento de posicionamiento en el bastidor en C para corregir la desalineación.
③ Desplace el marco en forma de C para separar las dos caras extremas que se van a soldar, coloque la lámina de aleación de capa intermedia Fe-Ni-Cr-Si-B con la misma forma que la cara extrema de soldadura en las dos caras extremas que se van a soldar, empuje el marco en forma de C hacia atrás hasta el marco superior y presione la lámina de aleación de capa intermedia.
④ Apague el calentador de inducción, conecte el termómetro de fibra óptica, active el agua de refrigeración y la protección contra el argón, configure los parámetros de soldadura y de tratamiento térmico posterior en la pantalla táctil y ejecute el programa de soldadura mediante PLC + PRC. La soldadura por difusión de la tubería de perforación se realiza con los siguientes parámetros de proceso: temperatura de calentamiento de 1215 °C, tiempo de aislamiento de 4 min y presión de 9 MPa. Temperatura de calentamiento posterior a la soldadura: 650 °C, tiempo de aislamiento de 5 min para el revenido.
⑤Una vez finalizado el programa de soldadura, encienda el calentador de inducción y levante el mandril del bastidor en forma de C y del pórtico. El tubo de perforación, una vez soldado, se descarga por el lado derecho mediante el mecanismo de descarga, y el bastidor en forma de C regresa al lado izquierdo, finalizando así la soldadura.

Cuarto, análisis conjunto
Se realizaron ensayos de tracción y flexión en la muestra post-soldadura. La tubería de perforación se soldó mediante el proceso de soldadura por difusión en fase líquida de transición. La deformación de la unión fue mínima, no se observó rebaba en la soldadura por fricción y la soldadura presentó un acabado estético. Durante el ensayo de tracción, la unión se rompió en el material base. La resistencia de la unión soldada por difusión fue superior a la del material base. Durante el ensayo de flexión, la unión no se rompió tras una flexión de 180° en ambas caras. La unión presentó una buena plasticidad.