CT90连续油管对接焊接头强度调控机理与方法
发布时间：2021-08-15 13:40
近年来,由于连续油管的成本低、安全可靠等优点被广泛运用于各种石油工程作业中,而连续油管的焊接往往是使用中必不可少的一环。焊接接头的热影响区受到焊接热循环的作用,使得组织和性能存在不均匀性,导致连续油管的服役寿命大大减少。本文对CT90级连续油管焊接热影响区组织性能、焊接工艺进行了较为系统的研究,为以后连续油管焊接作业提供理论依据和参考。本文使用Gleeble-3500型热模拟机对CT90级连续油管的焊接热影响区进行了模拟,并对获得的试样进行分析和研究。研究发现在热影响区的粗晶区出现硬度上升、强度下降,但可以满足实际需求。在热影响区的回火区和不完全重结晶区出现软化现象,其中不完全重结晶区的软化程度最大,并且不完全重结晶区的屈服强度和抗拉强度均出现下降现象,软化区的存在使得焊接接头的整体均匀性下降。为了明确焊接热影响区的软化机理,利用EBSD、TEM对不完全重结晶区进行详细的分析和研究。研究结果表明:（1）不完全重结晶区出现{110}<001>织构,该织构的出现降低了韧性和屈服强度;（2）大热输入时晶粒会发生粗化,根据Hall-Petch公式,晶粒粗化导致了性能的下降;（3）2...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
差热分析结果
11图2-2差热分析结果Fig.2-2Differentialthermalanalysisresults由于焊接过程是一个加热、冷却非常快的过程，其相变点会偏离平衡状态，当过热度为200℃时，相变温度将达到850℃以上，另外，由于块体材料温度不均匀，整体完成相变时测温点的温度可能略高于该温度。因此，峰值温度为1300℃、1150℃、920℃、820℃、650℃、400℃的区间分别为粗晶区、完全重结晶区、不完全重结晶区、不完全重结晶区、回火区、低温加热区，如图2-3所示。图2-3热模拟试样在热影响区中的位置Fig.2-3PositionofthermalsimulationspecimeninHAZ（4）热循环计算方法试样钢级为CT90，模拟管壁厚为4.44mm（薄板），试样厚度2mm，升温速度为130℃/s，峰值温度分别为1300℃、1150℃、920℃、820℃、650℃、400℃。式2-2和式子2-3为经典焊接传热学常用计算式，在焊接热模拟实验中广泛应用，本次实验中也采用该公式计算热循环参数，主要参数计算结果如表2-3所示。（2-2）（2-3）式中，λ为热传导系数，J/s·m·℃；α为热扩散系数，m2/s；ρ为密度，kg/m3；E为热
13组织及性能特征取决于热循环过程，同时与试样的尺寸也有一定关系。特别是在冷却阶段，试样的冷却效果主要是由于外部气体及水冷作用产生的，因此，冷却过程是一个从外到内的过程，当冷却速度特别大时，可能会出现表面热循环与设定热循环一致，但试样心部的热循环滞后于表面，从而出现试样截面上组织、性能不均匀的现象。（a）（b）（c）（d）图2-4试样装夹及热循环Fig.2-4Sampleclampingandthermalcycling2.2.2TIG焊试验TIG焊接试验材料为CT90钢级的连续油管，规格为Φ50.8mm×4.4mm，管段长度为400mm。焊接设备为VRTP400型TIG焊焊机。试样装夹及焊接过程如图2-5所示。连续油管采用旋转卡盘装夹，焊枪固定于11点位置，焊接速度为1mm/s、由旋转卡盘控制，焊缝两侧安装强制冷却装置，强制冷却参数可以进行多级调节。图2-5焊接过程中连续油管的装夹及冷却Fig.2-5Clampingandcoolingofcoiledtubingduringwelding焊枪冷却块进水口出水口卡盘
【参考文献】：
期刊论文
[1]X80管线钢焊接热影响区软化问题研究[J]. 陈小伟,王旭,王立柱,刘鉴卫,杨魁,李国鹏. 焊管. 2017(06)
[2]连续油管技术在井下作业中的应用[J]. 孙所栋. 中国石油和化工标准与质量. 2017(05)
[3]油井管杆偏磨失效分析[J]. 张永强,李辉,王珂,刘杰,尹志福,朱世东. 表面技术. 2016(08)
[4]热循环对13MnNiMoR钢焊接热影响区显微组织和韧性的影响[J]. 杨浩,曲锦波. 机械工程材料. 2015(09)
[5]高速列车6005A-T6铝合金焊接接头软化分析[J]. 吕晓春,雷振,张健,掌丽华. 焊接学报. 2014(08)
[6]连续油管及其应用技术进展[J]. 毕宗岳. 焊管. 2012(09)
[7]焊接热输入对X100管线钢焊接热影响区组织与强度的影响[J]. 陈延清,许良红,牛辉. 焊管. 2012(09)
[8]预弯曲连续油管及其疲劳寿命预测[J]. 李子丰,李雪娇,王鹏. 石油学报. 2012(04)
[9]稀土铈对AZ61A镁合金组织和力学性能的影响[J]. 张代东,张虎,于学花,张晓茹,宫长伟. 金属热处理. 2011(12)
[10]低碳高强贝氏体钢焊接粗晶热影响区的组织与性能[J]. 蒋庆梅,陈礼清,许云波,孙卫华,胡淑娥. 中国科技论文在线. 2011(08)
博士论文
[1]低碳微合金钢板的高强高韧性能及组织织构[D]. 杨小龙.东北大学 2017
硕士论文
[1]强制冷却对铝合金焊接接头组织性能的影响[D]. 曹益.河北科技大学 2016
[2]连续管焊接热影响区温度分布及组织影响[D]. 武岳.西安石油大学 2014
[3]X70管线钢针状铁素体组织形成机理研究[D]. 李翔.武汉科技大学 2010
本文编号：3344655
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
差热分析结果
11图2-2差热分析结果Fig.2-2Differentialthermalanalysisresults由于焊接过程是一个加热、冷却非常快的过程，其相变点会偏离平衡状态，当过热度为200℃时，相变温度将达到850℃以上，另外，由于块体材料温度不均匀，整体完成相变时测温点的温度可能略高于该温度。因此，峰值温度为1300℃、1150℃、920℃、820℃、650℃、400℃的区间分别为粗晶区、完全重结晶区、不完全重结晶区、不完全重结晶区、回火区、低温加热区，如图2-3所示。图2-3热模拟试样在热影响区中的位置Fig.2-3PositionofthermalsimulationspecimeninHAZ（4）热循环计算方法试样钢级为CT90，模拟管壁厚为4.44mm（薄板），试样厚度2mm，升温速度为130℃/s，峰值温度分别为1300℃、1150℃、920℃、820℃、650℃、400℃。式2-2和式子2-3为经典焊接传热学常用计算式，在焊接热模拟实验中广泛应用，本次实验中也采用该公式计算热循环参数，主要参数计算结果如表2-3所示。（2-2）（2-3）式中，λ为热传导系数，J/s·m·℃；α为热扩散系数，m2/s；ρ为密度，kg/m3；E为热
13组织及性能特征取决于热循环过程，同时与试样的尺寸也有一定关系。特别是在冷却阶段，试样的冷却效果主要是由于外部气体及水冷作用产生的，因此，冷却过程是一个从外到内的过程，当冷却速度特别大时，可能会出现表面热循环与设定热循环一致，但试样心部的热循环滞后于表面，从而出现试样截面上组织、性能不均匀的现象。（a）（b）（c）（d）图2-4试样装夹及热循环Fig.2-4Sampleclampingandthermalcycling2.2.2TIG焊试验TIG焊接试验材料为CT90钢级的连续油管，规格为Φ50.8mm×4.4mm，管段长度为400mm。焊接设备为VRTP400型TIG焊焊机。试样装夹及焊接过程如图2-5所示。连续油管采用旋转卡盘装夹，焊枪固定于11点位置，焊接速度为1mm/s、由旋转卡盘控制，焊缝两侧安装强制冷却装置，强制冷却参数可以进行多级调节。图2-5焊接过程中连续油管的装夹及冷却Fig.2-5Clampingandcoolingofcoiledtubingduringwelding焊枪冷却块进水口出水口卡盘
【参考文献】：
期刊论文
[1]X80管线钢焊接热影响区软化问题研究[J]. 陈小伟,王旭,王立柱,刘鉴卫,杨魁,李国鹏. 焊管. 2017(06)
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[3]油井管杆偏磨失效分析[J]. 张永强,李辉,王珂,刘杰,尹志福,朱世东. 表面技术. 2016(08)
[4]热循环对13MnNiMoR钢焊接热影响区显微组织和韧性的影响[J]. 杨浩,曲锦波. 机械工程材料. 2015(09)
[5]高速列车6005A-T6铝合金焊接接头软化分析[J]. 吕晓春,雷振,张健,掌丽华. 焊接学报. 2014(08)
[6]连续油管及其应用技术进展[J]. 毕宗岳. 焊管. 2012(09)
[7]焊接热输入对X100管线钢焊接热影响区组织与强度的影响[J]. 陈延清,许良红,牛辉. 焊管. 2012(09)
[8]预弯曲连续油管及其疲劳寿命预测[J]. 李子丰,李雪娇,王鹏. 石油学报. 2012(04)
[9]稀土铈对AZ61A镁合金组织和力学性能的影响[J]. 张代东,张虎,于学花,张晓茹,宫长伟. 金属热处理. 2011(12)
[10]低碳高强贝氏体钢焊接粗晶热影响区的组织与性能[J]. 蒋庆梅,陈礼清,许云波,孙卫华,胡淑娥. 中国科技论文在线. 2011(08)
博士论文
[1]低碳微合金钢板的高强高韧性能及组织织构[D]. 杨小龙.东北大学 2017
硕士论文
[1]强制冷却对铝合金焊接接头组织性能的影响[D]. 曹益.河北科技大学 2016
[2]连续管焊接热影响区温度分布及组织影响[D]. 武岳.西安石油大学 2014
[3]X70管线钢针状铁素体组织形成机理研究[D]. 李翔.武汉科技大学 2010
本文编号：3344655
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