石油井口装置关键件的失效分析

发布时间：2017-09-04 11:41

  本文关键词：石油井口装置关键件的失效分析

  更多相关文章： 失效分析 12Cr13 阀板 上法兰

【摘要】：本论文以断裂失效与涂层剥落的阀板和开裂失效的上法兰件为研究对象,在通过强度公式复验和采用SolidWorks Simulation有限元分析核实阀板和上法兰的结构尺寸设计和材料选材符合设计要求后,通过理论分析和损伤零件的破坏分析,确定其失效机制,据此,可以合理地解决石油井口装置在制造与使用过程中所出现的损坏现象,为提高石油井口装置关键件的服役寿命提供了理论与实践依据。对制造工艺不妥之处提出了相应的解决方案,并付诸实践。取得了如下的研究成果:论文的主要结论如下:1.通过采用理论公式复核,以及采用SolidWorks Simulation建立有限元分析模型进行分析,核实了阀板和上法兰的结构尺寸设计和材料选材符合设计要求;2.阀板的断口断裂机理为脆性断裂,热处理工艺回火温度和回火时间控制不当导致阀板的强度和断裂韧性均较低。表面敷焊Ni合金层后,Ni60敷焊合金层和12Cr13基体的线膨胀系数是有一定差异,由于保温温度和保温时间的处理不当,造成残余应力的大量存在,界面存在大量的微观缺陷,敷焊合金层与基体的结合力较弱,高速流体对阀板导流孔的内压引起合金层存在张应力,与合金层内残余应力叠加,在硬质相和微观缺陷部位产生应力集中,导致敷焊合金层产生了裂纹。调质工艺由一淬一回改为一淬两回,以及调整阀板敷焊Ni60后的保温温度和保温时间避免了阀板断裂;3.WC-10Co-4Cr涂层与基体母材属于物理结合,涂层晶间存在孔隙或极少数未熔颗粒,在高温、高压的腐蚀气体和液体环境下,腐蚀介质会沿孔隙扩散到基体与涂层的界面发生腐蚀,影响粘接强度,再加上12Cr13材料不适用于H2S分压值高的工况环境,腐蚀的起点从局部腐蚀开始,点蚀形成坑蚀,涂层表面会起泡,最终涂层脱落;4.上法兰开裂的主要原因:锻前加热与锻后冷却过程的热应力和淬火加热与冷却过程中的热应力累积,在中心部位产生三向拉应力,以及不同时发生马氏体转变所形成的组织应力,试压诱发促发了前述的残余应力,使上法兰锻件开裂。通过更充分的锻造工艺可以减轻混晶带来的不利影响,采取砂冷的措施降低锻造冷却过程的冷却速度。同时调整调质工艺,由原来的一淬一回改为一淬两回,避免了上法兰开裂。5.通过对阀板和上法兰这两种石油井口装置关键件的失效分析,明确导致零件发生开裂失效主要原因是热处理工艺不当和保温时间不科学,为产品的持续改进提供了理论与实践依据。
【关键词】：失效分析 12Cr13 阀板 上法兰
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE931.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1. 绪论10-22
• 1.1 概述10-16
• 1.1.1 石油井口装置概况11
• 1.1.2 国外研究与应用概况11-15
• 1.1.3 国内研究与应用概况15-16
• 1.1.4 石油井口装置的关键部件16
• 1.2 失效分析基础理论16-19
• 1.2.1 失效分析的基础思路16-18
• 1.2.2 机械零件的主要失效形式18-19
• 1.3 本论文主要工作概述19-22
• 1.3.1 本研究的背景及特点19-20
• 1.3.2 本研究的技术路线20-22
• 2. 试验材料及测试方法22-24
• 2.1 样品选择与制备22
• 2.2 分析及测试方法22-24
• 3. 阀板断裂分析24-40
• 3.1 阀板工况24-25
• 3.2 阀板设计及有限元分析25-29
• 3.2.1 阀板的设计计算25-26
• 3.2.2 有限元分析26-29
• 3.3 检测分析结果29-37
• 3.3.1 宏观断口观察29-32
• 3.3.2 微区成分测定32
• 3.3.3 力学性能试验32-33
• 3.3.4 微观断口观察33-36
• 3.3.5 金相组织观察36-37
• 3.4 断裂原因分析及总结37-39
• 3.4.1 断裂原因分析37-39
• 3.4.2 小结39
• 3.5 阀板断裂的改进建议39-40
• 4.阀板喷涂层脱落及点蚀分析40-48
• 4.1 阀板现场使用工况40
• 4.2 检测分析结果40-45
• 4.2.1 宏观观察40-41
• 4.2.2 微区成分确定41
• 4.2.3 力学性能试验41-42
• 4.2.4 腐蚀观察42-45
• 4.3 脱层原因及点蚀原因分析45
• 4.4 小结45-46
• 4.5 建议46-48
• 5. 上法兰开裂失效分析48-58
• 5.1 上法兰开裂简介48-49
• 5.2 设计计算及有限元分析49-52
• 5.2.1 设计计算49-50
• 5.2.2 有限元分析50-52
• 5.3 检测分析结果52-56
• 5.3.1 宏观形貌观察52-53
• 5.3.2 断口宏观分析53
• 5.3.3 化学成分测定53-54
• 5.3.4 硬度测试54
• 5.3.5 力学性能检验54-55
• 5.3.6 非金属夹杂物55
• 5.3.7 金相组织观察55-56
• 5.4 开裂失效原因分析56-57
• 5.4.1 裂纹形成工序（检测结果）56-57
• 5.4.2 裂纹形成原因57
• 5.5 小结57
• 5.6 上法兰开裂的改进建议57-58
• 6. 结论58-60
• 致谢60-62
• 参考文献62-66
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 杨小平;张建成;尤蔚;刘艳泽;;采气井口装置自动化气密封试验台的设计[J];石油矿场机械;2008年05期

2 龚伟安;;高压井口装置阀体端部螺纹法兰设计中的问题[J];石油机械;2006年03期

3 李海生;;化学成分对1Cr13钢中铁素体含量的影响[J];特钢技术;2006年04期

，

本文编号：791350