[发明专利]一种V140钢级油井管试验实物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种V140钢级高强度油井管和35CrMo类材料夹头焊接制备试验实物的方法。

背景技术

随着我国超高深、超高压油气井的开发，高钢级高强度油井管需求逐步增多。使用性能优良的高钢级高性能油井管是保证油井质量的关键，目前P110钢级的油井管已经在油田广泛使用，V140钢级的油井管也逐步被设计选用。由于高温、高压环境，对管子的质量要求很高，对V140钢级油井管的性能进行全尺寸实物试验评价是保证工程用钢管质量的有效手段。

进行V140钢级油井管的实物试验评价时，两端需要先与夹头连接，才能连接到试验设备上。对于管子与夹头的连接方式有两种，一种是采用过渡接头，另一种是焊接夹头。过渡接头不仅加工性能要求高，而且在使用过程中易出现泄漏、断裂等失效导致评价试验结果无效。采用焊接夹头的方式，可以有效解决这些问题，但焊接接头性能需达到以下要求：(1)焊缝和热影响区不能产生裂纹等焊接缺陷；(2)焊缝要有足够的强度，热影响区不能在焊接过程中产生明显软化；(3)焊缝和热影响区要有一定的韧性和疲劳强度，不能产生脆断和疲劳开裂。因V140钢级油井管的强度高，碳当量大，造成材料可焊性较差，焊缝冷裂纹敏感性高。除此之外，夹头与V140钢级油井管在化学成分、力学性能等方面有一定差异，属于异种材料焊接，这进一步加大了焊接的难度。焊接方法及焊接工艺规程的合理设计是试验实物制备焊接工艺能否成功的难点和关键点。

发明内容

本发明的目的是提供一种V140钢级油井管试验实物的制备方法，采用焊接方式解决V140钢级油井管和35CrMo类材料夹头的连接问题，保证高温、高压试验和轴向拉伸或压缩试验时焊接接头不会出现泄漏或断裂，确保V140钢级油井管实物评价试验的顺利进行，为V140钢级油井管的选用提供支持。

本发明所述的一种V140钢级油井管试验实物制备方法，内容包括：

(1)结构：将试验的油井管材，两端加工成焊接坡口，将两件试验夹头的一端加工成坡口和试验管材焊接，另一端外部或内部加工有螺纹，与试验设备连接。

(2)焊接设备与材料：选用电弧焊，设备为直流焊机，极性为反接。焊接材料选用一种低合金钢低氢钠型焊条和一种高拉伸强度用钢涂覆电焊条。

低合金钢低氢钠型焊条直径为3.2mm，其熔敷金属的化学成分按重量百分比如下：C≤0.15％、Si≤0.80％、Mn≥1.00％、P≤0.035％、S≤0.035％、Mo≥0.60％；这种焊接材料焊缝金属的典型力学性能可以达到屈服强度740MPa，抗拉强度830MPa，伸长率27％，20℃夏比冲击吸收能量70J。

高拉伸强度用钢涂覆电焊条直径为4mm，其熔敷金属的化学成分按重量百分比如下：C≤0.08％、Si为040～0.75％、Mn为1.20～1.70％、P≤0.020％、S≤0.020％、Ni为1.50-2.10％、Cr为0.20-0.40％、Mo为0.35～0.55％；这种焊接材料焊缝金属的典型力学性能可以达到屈服强度730MPa，抗拉强度830MPa，伸长率24％，-20℃夏比冲击吸收能量110J。

(3)焊前要对工件进行预热，温度达到70～110℃时开始焊接，焊接过程控制道间温度在70～100℃之间；预热及后热时工件要热透，否则因夹头过厚而降温过快，使焊缝或热影响区出现裂纹。

(4)首先用低合金钢低氢钠型焊条打底，焊透根部，均匀环焊4～5层，然后用高拉伸强度用钢涂覆电焊进行焊接，均匀环焊，总焊道不少于9道，坡口焊满后焊缝要有至少3～5mm的加强高度。另外，为了改善试验管热影响区的薄弱带的形状分布和受力状态，在试验钢管焊缝边缘平行堆焊2道焊缝，宽度约5～10mm。

焊接参数选用的原则是合适大小的电流，电弧尽量低(电弧电压小)，焊条尽量不摆动，选用100～200mm/min的焊接速度，在保证熔合良好的前题下尽量采用快焊速。推荐的焊接电流为90～120A(3.2mm)及140～180A(4.0mm)，并控制焊接线能量在0.5～1.0kJ/mm范围。

(5)焊接工作完成后，将焊缝加热到200～300℃保温6～12h进行消氢处理及消除内应力，然后用保温材料(如石棉布)包裹焊缝及热影响区，直至冷却。