Бурильная труба для нефтяных скважин изготавливается путем соединения бурильной трубы и тела штанги после их раздельного изготовления. Несмотря на успешное применение технологии сварки трением при сварке бурильных труб, в процессе сварки по-прежнему наблюдаются некоторые дефекты, такие как дислокация сварного шва, граты на наружной стенке и грубая структура в зоне сварки. Учитывая недостатки сварки трением бурильных труб, соединение бурильных труб методом диффузионной сварки в переходной жидкой фазе было выполнено с помощью оборудования для диффузионной сварки (TLP) в атмосферных условиях с защитой аргона. В результате было получено соединение с требуемой структурой и эксплуатационными характеристиками, что имеет важное значение для содействия применению технологии диффузионной сварки в нефтяной промышленности.
Во-первых, тестовые материалы
Для испытания использовались корпус и соединительная часть бурильной трубы сечением 127 x 10 мм, материал – 35CrMo. В качестве промежуточного слоя использовалась аморфная фольга на основе железа и никеля FeNi-CrSi-B с температурой плавления 1050–1100 °C и толщиной 25 мкм.
Во-вторых, сварочное оборудование
Специальное оборудование для диффузионной сварки бурильных труб в основном состоит из среднечастотного источника питания и индукционного нагревателя, зажима и гидравлики, системы охлаждения, системы защиты и системы управления. Индукционный нагреватель представляет собой одновитковый верхний и нижний разъем, с каналом охлаждающей воды внутри и контуром защитного газа снаружи. Он объединяет воду, электричество и газ, прост в эксплуатации и удобен для установки и снятия заготовок. Гидравлическая система обеспечивает усилие зажима и верхнее усилие для достижения фиксации и давления сварки заготовки. Система управления использует модуль ПЛК + ПРК и устанавливает параметры процесса через сенсорный экран для реализации диалога человеко-машинного интерфейса. Система охлаждения состоит из водяного бака, водяного насоса, радиатора и вентилятора и охлаждает приспособление, индукционный нагреватель и гидравлическую систему с помощью циркулирующей воды.
В-третьих, процесс диффузионной сварки
① При обработке соединения буровой штанги и торцевой поверхности штанги средняя шероховатость составляет Ra6,3 мкм.
② Включите индукционный нагреватель и поднимите патрон на С-образной раме и портале. Соединение буровой штанги устанавливается на позиционирующее гнездо С-образной рамы. Переключатель хода управляет перемещением С-образной рамы до тех пор, пока торцевая поверхность свариваемого соединения не окажется в центре индукционного нагревателя. Корпус буровой штанги загружается с правой стороны и зажимается при соприкосновении двух свариваемых торцевых поверхностей. Отрегулируйте позиционирующее гнездо на С-образной раме для устранения несоосности.
③ Установите С-образную рамку так, чтобы отделить две свариваемые торцевые поверхности, поместите фольгу из сплава промежуточного слоя Fe-Ni-Cr-Si-B той же формы, что и торцевая поверхность сварки, на две свариваемые торцевые поверхности, прижмите С-образную рамку к верхней рамке и прижмите фольгу из сплава промежуточного слоя.
4. Закройте индукционный нагреватель, подключите оптоволоконный термометр, включите подачу охлаждающей воды и защиту от аргона (Ar), задайте параметры сварки и параметры последующей термообработки на сенсорном экране и запустите программу сварки через ПЛК + ПРК. Диффузионная сварка бурильных труб выполняется при следующих параметрах процесса: температура нагрева 1215°C, время изоляции 4 мин и давление 9 МПа. Температура нагрева после сварки 650°C, отпуск изоляции 5 мин.
⑤После завершения программы сварки включите индукционный нагреватель и поднимите патрон на С-образной раме и портале. Бурильная труба после сварки выгружается с правой стороны с помощью механизма выгрузки, а С-образная рама возвращается в левую сторону, и сварка завершена.
В-четвертых, совместный анализ
После сварки образцы испытываются на растяжение и изгиб. Бурильная труба сварена методом диффузионной сварки в переходной жидкой фазе. Деформация шва незначительна, облоя при сварке трением не образуется, шов имеет красивую форму. При испытании на растяжение соединение разрывается по основному металлу. Прочность диффузионно-сварного соединения оказалась выше, чем у основного материала. При испытании на изгиб соединение не разрывалось после прямого и обратного изгиба на 180 дюймов. Соединение обладает хорошей пластичностью.
Время публикации: 08.04.2025