(2.41)--金属构件失效分析.ppt
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1、HL HL 型型抽油杆抽油杆 断裂断裂失效分析失效分析01020304案例背景(Case background)检验分析(Test analysis)失效分析(Failure Analysis)结论建议(Conclusion Suggestions)目录目录CONTENT01案例背景Case backgroundPART ONE1.HL型抽油杆简介 美美国国石石油油协协会会标标准准APIAPI和和我我国国的的石石油油行行业业标标准准SY-SY-50295029根根据据抽抽油油杆杆的的强强度度将将钢钢制制抽抽油油杆杆分分成成C C、D D和和H H级级。H H级级抽抽油油杆杆又又称称高高强强度度
2、抽抽油油杆杆,根根据据H H级级抽抽油油杆杆制制造造工工艺艺的的不不同同,上上述述标标准准又又将将H H级级抽抽油油杆杆分分成成HYHY型型和和HLHL型型。经经表表面面淬淬火火工工艺艺生生产产的的H H级级抽抽油油杆杆成成为为HYHY型型抽抽油油杆杆;杆杆体体的的高高强强度度依依靠靠杆杆体体整整体体性性能能来来获获得得的的材材料料型型H H级级抽抽油油杆杆则则称称为为HLHL型型抽抽油油杆杆,相相较较于于HYHY型型抽抽油油杆杆,HLHL型型抽抽油油杆杆在在我我国国油油田田使使用用的的更更为为广广泛泛,根根据据标标准准规规定定其其屈屈服服强强度度应应不不低低于于793 793 MPaMPa。
3、2.HL型抽油杆失效背景5 20142014年年,我我国国某某公公司司连连续续发发生生数数起起HLHL级级抽抽油油杆杆柱柱断断裂裂失失效效事事故故,断断裂裂抽抽油油杆杆承承受受的的最最大大载载荷荷为为59.13kN59.13kN,应应力力比比为为0.320.32,服服役役时时间间最最短短的的仅仅9898天天,平平均均服服役役时时间间不不足足200200天天。抽抽油油杆杆的的频频繁繁断断裂裂不不仅仅造造成成该该公公司司修修井井成成本本的的大大幅幅增增加加,同同时时由由于于修修井井导导致致的的停停产产扰扰乱乱了了公公司司正正常常的的生生产产运运营营造造成成更更为为严严重重的的经经济济损损失失。据据
4、介介绍绍,这这批批失失效效抽抽油油杆杆均均在在水水井井中中使使用用,与与其其接接触触的的介介质质为为高高矿矿化化度度的的地地层层水水,地地层层水水中中溶溶解解了了浓浓度度较高的二氧化碳,且含有一定量的较高的二氧化碳,且含有一定量的氯离子氯离子。02检验分析Test analysisPART TWO良性循环良性循环 失失效效抽抽油油杆杆的的宏宏观观形形貌貌如如图图所所示示,抽抽油油杆杆的的断断口口都都位位于于抽抽油油杆杆杆杆体体端端部部镦镦锻锻过过渡渡区区圆圆弧弧消消失失处处前前沿沿,绝绝大大多多数数断断口口距距离离外外螺螺纹纹台台肩肩端端面面100100140mm140mm处处,这这些些抽抽油
5、油杆杆断断口口附附近近宏宏观观表表面面状状态态较较好好,无无明明显显的的表表面面缺缺陷陷,个别抽油杆肉眼能观察到较浅的个别抽油杆肉眼能观察到较浅的腐蚀腐蚀坑坑。1.宏观分析 对失效抽油杆进行宏观断口分析,断口平坦呈现疲劳断口特征。从断裂发生在距离外螺纹台肩端面100140mm处的这类断口中挑选出3个表面锈蚀情况较轻的断口进行扫描电镜分析,可以发现断口呈现3个明显的特征区域,即疲劳源区、疲劳区和瞬断区。2.断口分析良性循环良性循环 在失效抽油杆上取样依据GB/T43362002碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法)标准进行化学成分分析,结果如下表所示。由化学成分分析的结果可知,失
6、效抽油杆材质为30CrMo合金结构钢,材质符合 GB/T 260752010抽油杆用圆钢标准的要求。3.成分分析良性循环良性循环4.力学性能分析 在失效抽油杆杆体和镦锻过渡区上分别取拉伸试样和冲击试样进行检测;在镦锻过渡区取样时,经常发生断裂的区域,如图3中的灰色区域,被刻意地放置到拉伸试样的中间;冲击试验取样时,U 型缺口也被刻意地开在经常发生断裂的区域。良性循环良性循环4.力学性能分析 检测结果如表所示。结果表明,抽油杆的拉伸、冲击性能满足SY/T50292013抽油杆标准对 HL 型高强度抽油杆的要求。良性循环良性循环5.微观组织分析 在失效抽油杆断口两侧分别切取金相试样,如图所示,其中
7、靠近杆体断口附近沿纵向每间隔15mm切取一个金相试样,总计切取7 个,切取长度105mm;靠近杆体接头断口附近沿纵向切取2个金相试样完全覆盖镦锻过渡区,每个试样长度约30mm,所有试样以疲劳源点为起点沿径向剖开,观察纵截面A-A,其取样位置如图所示。金相显微分析在OLYPUMS PMG3型金相显微镜金相上进行。良性循环良性循环5.微观组织分析 由金相分析结果可知失效抽油杆杆体的组织为回火索氏体(S回),如图所示,为30CrMo合金钢典型的调质组织,其晶粒度为9级,抽油杆杆体组织未见异常。良性循环良性循环5.微观组织分析 断口杆体一侧与断口接头一侧附近金相分析结果如表所示。在1号、2号、3号试样
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- 2.41 金属构件 失效 分析
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