Диффузионная сварка бурильных труб в переходной жидкой фазе

Бурильные трубы изготавливаются путем соединения бурильной трубы и корпуса бурильной штанги после их раздельного производства. Несмотря на успешное применение технологии сварки трением в сварке бурильных труб, в реальном процессе сварки все еще существуют некоторые недостатки, такие как смещение сварного шва, оплавление на внешней стенке и грубая структура в зоне сварки. Учитывая эти недостатки сварки трением бурильных труб, было проведено соединение бурильных труб методом диффузионной сварки в переходной жидкой фазе с использованием оборудования для диффузионной сварки (ТЛС) в атмосферных условиях с защитой аргоном, что позволило получить соединение с качественной структурой и характеристиками, имеющее определенное значение для развития применения технологии диффузионной сварки в нефтяной промышленности.

Во-первых, материалы для испытаний.
В ходе испытания использовались корпус и соединение бурильной трубы размером 127 мм x 10 мм, материал – 35CrMo. В качестве промежуточного слоя использовалась аморфная фольга на основе железо-никеля FeNi-CrSi-B, температура плавления которой составляет 1050–1100 ℃, а толщина – 25 мкм.

Во-вторых, сварочное оборудование
Специальное оборудование для диффузионной сварки бурильных труб в основном состоит из источника питания средней частоты и индукционного нагревателя, зажима и гидравлической системы, системы охлаждения, системы защиты и системы управления. Индукционный нагреватель представляет собой однооборотный разъемный механизм с внутренним каналом охлаждающей воды и внешним контуром защитного газа. Он объединяет воду, электричество и газ, прост в эксплуатации и удобен для установки и снятия заготовок. Гидравлическая система обеспечивает усилие зажима и усилие верхней части для фиксации и сварочного давления заготовки. Система управления использует модуль PLC+PRC и устанавливает параметры процесса через сенсорный экран для реализации диалога «человек-машина». Система охлаждения состоит из резервуара для воды, водяного насоса, радиатора и вентилятора и охлаждает зажим, индукционный нагреватель и гидравлическую систему циркулирующей водой.

В-третьих, процесс диффузионной сварки.
① При обработке торца бурильной штанги и ее соединения средняя шероховатость составляет Ra6,3 мкм.
② Включите индукционный нагреватель и поднимите патрон на С-образной раме и портале. Сварочный шнек устанавливается на позиционирующее сиденье С-образной рамы. Переключатель перемещения управляет движением С-образной рамы до тех пор, пока торцевая поверхность свариваемого соединения не окажется в центре индукционного нагревателя. Корпус сварного шнека загружается с правой стороны, и корпус шнека зажимается, когда две свариваемые торцевые поверхности соприкасаются. Отрегулируйте позиционирующее сиденье на С-образной раме для компенсации смещения.
③Запустите С-образную раму, чтобы разделить две свариваемые торцевые поверхности, поместите фольгу из сплава Fe-Ni-Cr-Si-B промежуточного слоя, имеющую ту же форму, что и свариваемая торцевая поверхность, на обе свариваемые торцевые поверхности, сдвиньте С-образную раму обратно на верхнюю раму и прижмите фольгу из сплава промежуточного слоя.
④Выключите индукционный нагреватель, подключите оптоволоконный термометр, включите подачу охлаждающей воды и защиту от аргона, установите параметры сварки и параметры последующей термообработки на сенсорном экране и запустите программу сварки через ПЛК + PRC. Диффузионная сварка бурильных труб выполняется при следующих параметрах процесса: температура нагрева 1215℃, время выдержки 4 мин и давление 9 МПа. Температура последующего нагрева после сварки 650℃, время выдержки 5 мин, отпуск.
⑤После завершения сварочной программы включите индукционный нагреватель, поднимите патрон на С-образной раме и портале. После сварки бурильная труба выгружается с правой стороны через механизм выгрузки, С-образная рама возвращается на левую сторону, и сварка завершается.

Четвертый, совместный анализ
Испытания на растяжение и изгиб проводились на образце после сварки. Бурильная труба была сварена методом диффузионной сварки в переходной жидкой фазе, деформация соединения была незначительной, при сварке трением не наблюдалось образования оплавления, и сварной шов выглядел красиво. При испытании на растяжение соединение разрушилось на основной массе. Прочность диффузионно-сваренного соединения оказалась выше, чем у основной массы. При испытании на изгиб соединение не разрушилось после изгиба на 180° как в наружном, так и в обратном направлении. Соединение обладало хорошей пластичностью.