鉆桿焊區(qū)熱處理工藝簡述范文

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[摘要]在石油鉆桿制造中，焊接區(qū)域的熱處理工藝至關(guān)重要，決定了產(chǎn)品制造是否合格。本文結(jié)合熱處理工藝，利用鐵碳合金相圖進(jìn)行分析，以便掌握熱處理工藝對焊區(qū)的影響。

[關(guān)鍵詞]鉆桿焊接；熱處理；淬火；高溫回火

石油鉆桿制造是在一根鉆桿管體的兩端采用摩擦焊接技術(shù)，分別焊接內(nèi)螺紋接頭和外螺紋接頭，并通過機械加工、熱處理、無損檢測和防腐等工藝完成鉆桿制造過程。摩擦對焊鉆桿主要以5英寸G105鉆桿為主。生產(chǎn)工藝流程成熟，其中焊接區(qū)域的熱處理工藝至關(guān)重要，決定了產(chǎn)品制造是否合格?，F(xiàn)結(jié)合熱處理工藝，利用鐵碳合金相圖進(jìn)行分析，以便掌握熱處理工藝對焊區(qū)的影響。

1鉆桿焊區(qū)熱處理工藝簡述

在完成G級鉆桿對焊后，通過中頻爐加熱方式對焊區(qū)進(jìn)行熱處理。焊區(qū)熱處理是鉆桿生產(chǎn)制造過程中的關(guān)鍵工藝，目的是使產(chǎn)品達(dá)到符合要求的機械性能，良好地應(yīng)用于鉆井生產(chǎn)。因此，熱處理工藝水平的高低直接決定了鉆桿對焊結(jié)果的優(yōu)劣，決定了鉆桿的質(zhì)量性能。

1.1鉆桿產(chǎn)品對焊制造過程經(jīng)過慣性

摩擦焊機對焊，管體和接頭熔為一體，并在焊縫區(qū)域產(chǎn)生兩條焊接飛邊。

1.2熱處理工藝

鉆桿焊區(qū)熱處理工藝依次為退火（之后切削掉焊接飛邊）、淬火、高溫回火。①退火：將焊區(qū)加熱到680℃，保溫190s左右，然后在空氣中冷卻至室溫。目的是降低硬度，改善切削性能，同時消除部分金屬內(nèi)應(yīng)力。②淬火：飛邊切削完成后，將焊區(qū)加熱到890℃（臨界溫度以上的某一溫度），保溫90s后，在淬火介質(zhì)中急速噴淋冷卻。目的是顯著提高硬度，但此時塑性和韌性都較差。③高溫回火：將焊區(qū)加熱到680℃（臨界溫度以下的某一溫度，高于500℃已屬于高溫回火），保溫360s后，隨爐冷至室溫。目的是消除內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，提高韌性，達(dá)到使用性能（既有一定的強度、硬度，又有一定的塑性、韌性）。

1.3后序檢驗

經(jīng)過熱處理工序后，對焊縫區(qū)域進(jìn)行打磨，加工至適當(dāng)?shù)拇植诙?。?jīng)過目視檢驗和幾何尺寸測量后，檢定硬度，最終經(jīng)過磁粉和超聲探傷后，完成產(chǎn)品。按照相應(yīng)要求，定期定量選取試樣送檢，通過試驗，對拉伸、彎曲、沖擊功、硬度、化學(xué)成分、金相分析等六項指標(biāo)進(jìn)行檢驗，以此檢定產(chǎn)品質(zhì)量，同時也是對熱處理工藝的檢定。

2鉆桿焊區(qū)熱處理工藝分析

鉆桿焊區(qū)熱處理工藝基于合理準(zhǔn)確的設(shè)計，依靠穩(wěn)定的中頻爐設(shè)備和管體接頭材料，形成一套完整細(xì)致的熱處理流程。在已知管體和接頭材料以及熱處理流程的設(shè)計參數(shù)下，結(jié)合鐵碳合金相圖，簡要分析焊縫區(qū)域在熱處理過程中隨溫度而變化的情況。管體材料為26CrMo4Si2，通常C元素含量（%）為0.23～0.29，Cr元素含量（%）為0.75～1.2，S和P的含量低于0.03，在圖3中，柱狀陰影部分為C元素含量（%）為0.23～0.29鋼件在淬火和回火過程中的溫度變化區(qū)域。點M為淬火過程中，管體鋼件加熱到臨界溫度以上的大致區(qū)域點（890℃），點N為高溫回火過程中，管體鋼件加熱到臨界溫度以下的大致區(qū)域點（680℃）?，F(xiàn)對淬火和高溫回火過程中，金相組織情況進(jìn)行分析。

2.1淬火過程分析。在淬火過程中，當(dāng)加熱溫度達(dá)到890℃時，M點已經(jīng)落入A區(qū)（即奧氏體區(qū)域），奧氏體是一種高溫組織，穩(wěn)定存在于圖示區(qū)域內(nèi)，此時表現(xiàn)出的主要特點是硬度低，塑性較高，經(jīng)過保溫過程，使鋼件完全奧氏體化后，在淬火介質(zhì)中迅速冷卻，目的是在溫度降至F（鐵素體）+P（珠光體）獲得馬氏體組織以及貝氏體組織（在260～400℃溫度區(qū)域）。獲得馬氏體組織后，馬氏體是一種不太穩(wěn)定相，是產(chǎn)生淬火應(yīng)力，導(dǎo)致變形開裂的主要原因，表現(xiàn)出硬度高，塑性、韌性差的特點，所以，淬火后的鋼件不能直接使用，需通過回火才能使用。

2.2高溫回火過程分析。在高溫回火過程中，再次加熱溫度達(dá)到680℃（低于727℃這一臨界溫度），在F（鐵素體）區(qū)域，淬火后獲得的馬氏體經(jīng)過較長時間保溫和緩慢冷卻過程后，演變成一種回火組織，即回火索氏體，是一種平衡穩(wěn)定組織，是熱處理過程后，想要獲得的組織。此時鋼件表現(xiàn)出良好的韌性和塑性，同時具有較高的強度，力學(xué)性能良好。在試樣的金相分析中，還會反映正常存在鐵素體組織和存在少量貝氏體組織以及良好的晶粒度情況。在分析熱處理工藝后，通過不斷優(yōu)選和調(diào)試參數(shù)，可以達(dá)到提高生產(chǎn)效率、擴大產(chǎn)品系列和強化產(chǎn)品合格率的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]錢繼鋒主編.熱加工工藝基礎(chǔ)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2006.

[2]崔忠圻，覃耀春主編.金屬學(xué)與熱處理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

作者：徐剛 單位：大慶鉆探工程公司鉆技一公司