钻杆接头耐磨带堆焊药芯焊丝的研究.pdf

学兔兔 堆焊专题 r蜉掳 钻杆接头耐磨带堆焊药芯焊丝的研究 北京工业大学 材料科学与工程学院(100124) 刘希学 贺定勇 蒋建敏 周 正 王智慧 崔 丽 北京工业大学 机械工程博士后流动站(100124) 赵秋颖 摘要 研制一种FeB·—Nb-Ni系钻杆耐磨带堆焊药芯焊丝 ，采用CO 气体保护堆焊方法 ，制备 Fe．B．Nb。Ni耐磨 堆焊合金，利用OM，SEM，XRD等方法对堆焊合金的显微组织进行了观察分析，对堆焊层的硬度及耐磨性能进行了 测试分析。结果表明，Fe-B．Nb-Nj堆焊合金耐磨性能比国外某进 口药芯焊丝提高了约 37％，其宏观硬度值达到 HRC60．5—62．2。Fe-B—Nb—Ni堆焊合金 的显微组织为马氏体 +铁素体 +少量渗碳体 +颗粒状 NbC+包 晶 Fe，(B，c)+共晶Fe，(B，C)6、Fe，(B，C)+少量共晶FeB相，其中NbC硬质颗粒弥散的分布于基体中，基体中的 马氏体组织具有优异的强度和耐磨性，起到了很好的耐磨骨架的作用。Fe-B—Nb-Ni堆焊合金的磨损机理主要是犁 沟式微切削和局部的硬质相剥落。 关键词：钻杆耐磨带 药芯焊丝 堆焊 耐磨性 中图分类号：TG422．3 满足各类钻井的需求。目前，广泛使用的耐磨带主要 O 前 言 是国外进 口的焊接材料，其耐磨性能优异，缺点是价格 随着现代钻井技术的发展，海上石油钻井平台大 昂贵。因而，研制出性能优异、价格低廉的国产耐磨带 量出现，同时由于近地表层石油储量 日益减少 ，超深 药芯焊丝势在必行。文中设计出一种铁基耐磨带堆焊 井、大斜度井、大位移逐渐取代 了传统的浅、小位移 药芯焊丝，通过B，c，Nb，Ni等多元微合金取代传统高 井，成为了当今石油钻探的主要形式。随之而来的问 铬合金的方式来实现对基体的强化，研制出一种具有 题便是钻井时间的大幅度延长、钻杆作用在套管上侧 高耐磨性和韧性的钻杆接头耐磨带堆焊药芯焊丝。 向力的不断增高，导致钻杆与套管的磨损问题更为突 1 试验材料及方法 出 卜 。钻杆接头耐磨带因其具有优于钻杆接头本身 的耐磨性能，同时能够降低对套管的磨损的优点，从而 试验用 自行开发的耐磨带堆焊药芯焊丝，直径为 对解决钻杆与套管的磨损这一问题起到关键性的作 1．6mm，母材为Q235钢板，规格为200mm×100mm 用 J。耐磨带技术已经成为了现代钻井过程中必不 X10mm。选用CO气体保护焊，保护气体采用 100％ 可少的关键技术之一，越来越多的得到了人们的重视。 CO气体，由于钻杆接头耐磨带厚度有精确的要求 ，因 钻井技术的进步对钻杆接头耐磨性的要求不断提 而试验采用单层焊，焊缝厚度为3—4mm，具体堆焊工 高，因而要求使用高耐磨性和抗裂性的堆焊材料才能 艺参数见表 1。熔敷金属的主要化学成分见表2。 表 1 CO 气体保护焊堆焊工艺参数 将堆焊试样表面磨平，采用HR一150A洛氏硬度 收稿 日期：2012—12—10 计测试堆焊层合金硬度值，然后在垂直于焊缝的焊道