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刹车毂用Mn-V合金钢焊接性分析

来源:未知 佚名 2018-11-09 浏览
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  随着大量超深井钻机的研制应用,钻机提升系统载荷越来越大,对绞车刹车系统的安全性、稳定性要求越来越高。通常绞车刹车系统由主刹车和辅助刹车组成。刹车毂作为钻机、修井机绞车刹车系统主刹车的关键受力部件,受力状况恶劣,极易损坏。以带式水冷刹车为例,在钻机作业时,从刹车起到终了这段时间,刹车毂表面温度可达650℃,在内循环水的作用下,刹车毂温度迅速降低,如此交替循坏。刹车毂材料在交变热应变的作用下,通过空位聚集形成龟裂纹;同时,在高温下硬度下降,摩擦副易于互溶,材料的氧化速率加大,从而使得磨损率增加。刹车毂在激冷激热的工况下工作,主要失效形式是热疲劳表面龟裂和磨损。

  为了适应超深井钻探的要求,针对绞车刹车毂过度磨损和热疲劳开裂做了大量的工作。一方面,通过工艺革新,改善材料的耐磨损性能,延长刹车毂使用寿命。如在Q345A基体上堆焊一层耐磨材料,提高刹车毂耐磨性,或采用铸造组织代替,通过锻造获得更加致密、细小均匀的组织,从而提高材料的耐磨损性能。另一方面,研制新型耐磨材料、复合材料,如通过在Cr-Mo钢中添加稀土,改善刹车毂的耐磨损性能和热强性,提高刹车毂的使用寿命。但堆焊的方式生产效率低,通常只作为刹车毂磨损后的尺寸修复;锻造刹车毂需要大型的碾环设备,而且需要增加加热工序,增加了生产成本;Cr-Mo钢含有贵金属,增加了材料成本。因此,研制新型低成本、高耐磨的铸造刹车毂用材料,延长刹车毂使用寿命,极具工程意义。

  本文采用的Mn-V合金是由国内某石油装备公司自主研发的新材料,它具有较好的热强性、耐磨性,能够满足刹车毂恶劣工况的使用要求,自投产以来,取得了良好的经济效益。但是通过作者调研和油田统计数据发现,该材料的焊接接头在长期使用过程中易产生开裂,在一定程度上影响了该材料的应用。本文通过对该材料焊接试样进行分析,以期改善该材料的焊接性能。

  实验试板采用碱性酚醛树脂砂型铸造而成。树脂砂配比为树脂占1.6%,固化剂占0.4%,其余为砂。砂为新砂旧砂混合使用,新砂和旧砂配比为1:3。铸件切割冒口后进行1100℃正火处理。正火保温时间为6h。正火后铸件毛坯机加工成530mm×180mm×25mm的试板,开60°V型坡口,采用Φ1.2mm的JQ•MG50-6焊丝进行GMAW多层多道焊。焊前试样预热150℃,控制层间温度不大于300℃,焊后缓冷。

  刹车毂用Mn-V钢焊后接头存在一定程度的淬硬性,易导致接头脆性开裂。焊后对接头进行时效处理,焊接接头塑韧性得到改善,通过第二相强化和细晶强化,提高了接头的综合力学性能。在500℃时效30min,试样获得最佳的力学性能,屈服强度达到560MPa,抗拉强度达到715MPa。热影响区是整个接头的薄弱环节,拉伸试样均断裂在焊接接头热影响区。对刹车毂焊后进行时效处理可以改善接头的塑韧性,时效后接头由脆性断裂转为韧性断裂。时效温度超过300℃,时效时间为30min时,即体现为塑性断裂。

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