專利名稱：一種g3合金油井管試驗實物焊接制備方法
技術領域：
本發明涉及鎳基合金材料石油鉆井油管或套管和35CrMo或30CrMo 等類材料夾頭焊接制備試驗實物。
背景技術：
石油工業是大量應用管材的工業，油氣田開發過程中需要大量的油 井管，這些油井管在油氣生產中往往處于高溫、高壓環境和氣、水、 烴、固共存的多相流腐蝕介質中，這些介質對管材具有很強的腐蝕性。 腐蝕是金屬材料主要失效形式之一，石油和天然氣開發與加工行業歷 來是腐蝕比較嚴重的幾個行業之一，腐蝕問題不僅造成了巨大的經濟
損失，而且往往帶來一些災難性后果，例如人員傷亡、停工停產和 環境污染等。腐蝕給石油工業造成的事故很多，每年經濟損失很大， 選用性能優良的管材是防止腐蝕事故的主要措施。
G3合金油井管是針對高H2S和C02油氣田開發的耐腐蝕鋼管，主要 用于腐蝕環境嚴重的氣田開采開發中，能有效減少腐蝕影響，為石油 工業帶來巨大的經濟效益；由于高溫、高壓和腐蝕性環境，對管子的 質量要求很高，對G3合金油井管的性能進行全尺寸實物試驗評價是保 證工程用管質量的有效手段。G3合金油井管有TDJ-G3鎳基耐蝕合金油 井管。
目前，進行G3合金油井管的實物試驗評價時，兩端需要與夾頭連 接，然后才能連接到試驗設備上。進行復合載荷試驗時，堵頭在起到 密封作用的同時，也起到傳遞軸向載荷的作用。對于管子與夾頭的連
4接方式有兩種， 一種是采用過渡接頭，在管子的一端加工上螺紋，將 過渡接頭與管子通過螺紋連接在一起，然后再將過渡接頭與試驗用輔
棒焊接在一起；另一種是焊接方式，即直接將管子與試驗用輔棒焊接 在一起。國外均采用過渡接頭的方法，但該方法對過渡接頭加工性能 要求高，經常在過渡接頭處出現泄漏、斷裂等失效導致評價試驗結果 無效，采用焊接方式，可以有效解決這些問題，但需要焊接接頭的性 能達到以下三點要求(l)焊縫和熱影響區不能產生裂紋等焊接缺陷； (2)焊縫要有足夠的強度，熱影響區不能在焊接過程中產生明顯的軟 化；(3)焊縫和熱影響區要有一定的韌性和疲勞強度，不能產生脆斷和 疲勞開裂。G3合金油井管和35CrMo或30CrMo材料夾頭兩種材料的成 分和冶金性能相差很大，焊接性很差。焊接后G3合金材料熱影響區會 不會明顯軟化或脆化，兩種材料能否很好的結合(能否形成沒有冶金缺 陷的焊縫)，以及接頭的性能能否滿足試驗要求(不能在焊接接頭處斷 裂或泄露)是確定試驗實物制備工藝的難點和關鍵點。

發明內容
本發明的目的是提供一種G3合金油井管試驗實物焊接制備方法， 采用焊接方式解決G3合金油井管和35CrMo或30CrMo等類材料夾頭的 連接問題，保證高溫、高壓壓力試驗和軸向拉伸或壓縮試驗時焊接接 頭不會出現泄漏或斷裂，確保G3合金油井管實物評價試驗的順利進行， 為G3合金油井管的選用提供支持。
本發明采用的技術方案是G3合金油井管試驗實物焊接制備方法， 其特征在于-
A、焊件準備首先將試驗的油井管材兩端加工成焊接坡口，將兩個 試驗夾頭的焊接端加工成坡口，兩個試驗夾頭焊接在試驗管材兩端，試驗夾頭的另一端外部或內部加工有螺紋，螺紋用于與試驗設備連接。夾頭的
材質為30CrMo，油井管材的材質為G3合金,如TDJ-G3鎳基耐蝕合金。
B、 焊接設備與焊條選用電弧焊，設備為直流焊機，直流焊機極性 為反接，焊接材料選用一種雙相不銹鋼焊條和一種不銹鋼焊條。焊條直徑 為3.2mm。
雙相不銹鋼焊條的熔敷金屬的化學成分按重量百分比如下C《
0. 04%、 Cr為21. 5-23. 0%、 Ni為4. 5—6. 5%、 Mo為2. 5-3. 5%、 Mn《1. 6%、 Si《0.6%、 P《0.035%、 S《0.035%、 N《0. 30%;這種焊接材料焊縫金屬的 典型力學性能達到屈服強度612MPa，抗拉強度855MPa,伸長率27%， 20 "C夏比沖擊功50J。
不銹鋼焊條的熔敷金屬的化學成分按重量百分比如下C《0.04%、 Cr為11.5-15.0%、 Ni為4.0-6.0%、 Mo為《0.6%、 Mn為《1.00/0、 Si 《0.6%、 P《0.04%、 S《0.03%;這種悍接材料焊縫金屬的典型力學性 屈服強度不小于874MPa,抗拉強度不小于963MPa，伸長率不小于20 %， 20。C夏比V型沖擊功不小于74J。夏比V型沖擊功是指通過擺錘 沖擊試驗機試驗時折斷具有V型缺口的試樣所需要的總能量。
C、 焊前要對油井管材和試驗夾頭進行預熱，溫度達到50 10(TC時 開始焊接，焊接過程中控制道間溫度在50 10(TC之間。根據國家標準 GB-T_3375-1994焊接術語的規定，道間溫度，俗稱層間溫度，是指多層 多道焊時，在施焊后繼焊道之前，其相鄰焊道應保持的溫度。
由于試驗夾頭較厚，預熱時試驗夾頭要熱透。否則降溫很快，焊縫或 熱影響區可能出現裂紋。
D、 采用焊條直徑為3.2mm，焊接參數選用的是合適的電流，焊接電 流為90 120A;電弧盡量低，電弧高度在1 3mm之間，推薦的控制焊 接線能量在0.5 1.0kJ/mm范圍。焊接線能量是指熔焊時，由焊接熱源輸入給單位長度焊縫上的能量,亦稱"熱輸入"。
E、 首先用不銹鋼焊條打底，焊透根部，均勻環焊4 5層，打底焊時 擺動焊條，焊條擺動幅度在焊條芯直徑的1.5 3倍之間；然后用雙相不銹 鋼焊條進行焊接，均勻環焊，坡口焊滿后焊縫要有至少3 4mm加強高度， 并在試驗管焊縫邊緣平行堆焊2層，進行這2層堆焊時焊條不能擺動，每 層焊縫寬度為5 10mm，目的是改善試驗管熱影響區的薄弱帶的形狀分 布和受力狀態。前邊D步驟中為了要填滿坡口，要求一定的擺動，但擺 動不超過焊條芯直徑的3倍，焊接是為了增加焊肉厚度，不能有擺動。
F、 焊接工作完成后，用保溫材料包裹焊縫及熱影響區，直至冷卻。 本發明的有益效果本發明G3合金油井管試驗實物焊接制備方法，
經過多次實物焊接制備試驗，尤其是在高溫、高壓、反復加載試驗條 件下，焊接接頭完好，證明本悍接方法可行，解決了G3合金油井管實 物試驗時與夾頭的連接問題。較采用普通焊接方法焊接過渡接頭，采 用發明的焊接方法更具有可靠性和成功率高，縮短試驗周期，提高工 作效率，降低了試驗成本。為我單位油井管實物焊接制備積累了技術 和經驗，保證了油田用G3合金油井管的質量。該焊接制備方法已經成 功保證了寶山鋼鐵股份有限公司和天津鋼管集團公司G3合金油井管全 尺寸實物試驗的順利完成，進而證明我國也能夠生產合格的G3合金油 井管，大幅降低了我國G3合金油井管的采購價格。
附閨說明


圖1是本發明G3合金油井管試驗實物焊接制備結構剖面示意圖。 圖中，l.試驗夾頭，2.焊縫，3.油井管。
具體實施方式
實施例1:以一個G3合金油井管試驗實物焊接制備方法為例，對 本發明作進一步詳細說明。參閱圖l。本發明G3合金油井管試驗實物焊接制備方法A、 焊件準備油井管材3是TDJ-G3鎳基耐蝕合金油管。油井管材3 外徑88. 9mm，壁厚6. 45mm。試驗夾頭1為階梯圓柱形，小圓柱體外徑70mm， 小圓柱體能插入油井管材3內。首先將試驗的油井管材3兩端加工成焊接坡口，將兩個試驗夾頭1的 焊接端加工成坡口，兩個試驗夾頭1焊接在試驗管材3兩端，試驗夾頭l 的另一端外部加工有螺紋。夾頭的材質1為30CrMo，油井管材3為TDJ-G3 鎳基耐蝕合金。B、 焊接設備與焊條選用電弧焊，設備為直流焊機，直流焊機極性 為反接，焊接材料選用一種雙相不銹鋼焊條和一種不銹鋼焊條。雙相不銹鋼焊條的熔敷金屬的化學成分按重量百分比如下C《 0. 04%、 Cr為21. 5-23. 0%、 Ni為4. 5-6. 5%、 Mo為2. 5-3. 5%、 Mn《1. 6%、 Si《0.6%、 P《0.035%、 S《0.035%、 N《0. 30%;這種焊接材料焊縫金屬的 典型力學性能可以達到屈服強度612MPa，抗拉強度855MPa，伸長率27%， 20。C夏比沖擊功50J。不銹鋼焊條的熔敷金屬的化學成分按重量百分比如下C《0.04%、 Cr為11.5-15.0%、 Ni為4.0-6.0%、 Mo為《0.6%、 Mn為《1.0%、 Si 《0.6%、 P《0.04%、 S《0.03%;這種焊接材料焊縫金屬的典型力學性 屈服強度不小于874MPa，抗拉強度不小于963MPa，伸長率不小于20 %， 2(TC夏比V型沖擊功不小于74J。C、 焊前要對油井管材3和試驗夾頭1進行預熱，溫度達到8(TC時開 始焊接，焊接過程中控制道間溫度為8(TC;預熱時試驗夾頭l要熱透。D、 采用焊條直徑為3.2mm，焊接參數選用的是合適的電流，焊接電 流為110A;電弧盡量低，電弧高度為2mm，控制焊接線能量為0.8kJ/mm。E、 首先用不銹鋼焊條打底，焊透根部，均勻環焊4層，打底焊時左 右擺動焊條，焊條擺動距離在焊條芯直徑的2.5 3倍之間，即擺動距離在 8 9.6毫米之間；完成打底后，用雙相不銹鋼焊條進行悍接，均勻環焊，坡口焊滿后焊 縫有4mm加強高度，并在試驗管焊縫2邊緣平行堆焊2層，進行這2層 堆焊時不能左右擺動焊條，每層焊縫寬度為8mm。F、 焊接工作完成后，用保溫材料包裹焊縫2及熱影響區，直至冷 卻至室溫。如用干石灰堆積掩埋400毫米厚進行保溫。 .
權利要求
1、一種G3合金油井管試驗實物焊接制備方法，其特征在于A、焊件準備首先將試驗的油井管材(3)兩端加工成焊接坡口，將兩個試驗夾頭(1)的焊接端加工成坡口，兩個試驗夾頭(1)焊接在試驗管材(3)兩端，試驗夾頭(1)的另一端外部或內部加工有螺紋；實驗夾頭(1)的材質為30CrMo，油井管材(3)的材質為G3合金；B、焊接設備與焊條采用電弧焊，設備為直流焊機，直流焊機極性為反接，焊接材料選用一種雙相不銹鋼焊條和一種不銹鋼焊條；雙相不銹鋼焊條的熔敷金屬的化學成分按重量百分比如下C≤0.04％、Cr為21.5-23.0％、Ni為4.5-6.5％、Mo為2.5-3.5％、Mn≤1.6％、Si≤0.6％、P≤0.035％、S≤0.035％、N≤0.30％；這種焊接材料焊縫金屬的典型力學性能達到屈服強度612MPa，抗拉強度855MPa，伸長率27％，20℃夏比沖擊功50J；不銹鋼焊條的熔敷金屬的化學成分按重量百分比如下C≤0.04％、Cr為11.5-15.0％、Ni為4.0-6.0％、Mo為≤0.6％、Mn為≤1.0％、Si≤0.6％、P≤0.04％、S≤0.03％；這種不銹鋼焊條焊縫金屬的典型力學性屈服強度不小于874MPa，抗拉強度不小于963MPa，伸長率不小于20％，20℃夏比V型沖擊功不小于74J；C、焊前要對油井管材(3)和試驗夾頭(1)進行預熱，溫度達到50～100℃時開始焊接，焊接過程中控制道間溫度在50～100℃之間；由于試驗夾頭(1)較厚，預熱時試驗夾頭(1)要熱透；D、采用焊條直徑為3.2mm，焊接參數選用的是合適的電流，焊接電流為90～120A；電弧盡量低，電弧高度在1～3mm之間，控制焊接線能量在0.5～1.0kJ/mm范圍；E、首先用不銹鋼焊條打底，焊透根部，均勻環焊4～5層，打底焊時擺動焊條，焊條擺動距離為焊條芯直徑的1.5～3倍之間；然后用雙相不銹鋼焊條進行焊接，均勻環焊，坡口焊滿后焊縫要有至少3～4mm加強高度，并在試驗管焊縫(2)邊緣平行堆焊2層，進行這2層堆焊時焊條不能擺動，每層焊縫寬度為5～10mm；F、焊接工作完成后，用保溫材料包裹焊縫(2)及熱影響區，冷卻至室溫。
2、如權利要求1所述的G3合金油井管試驗實物焊接制備方法，其特 征在于所述的油井管材(3)是TDJ-G3鎳基耐蝕合金油管。
全文摘要
G3合金油井管試驗實物焊接制備方法，應用于石油鉆井油管或套管和35CrMo或30CrMo等類材料夾頭焊接制備。特征是經過焊件準備；焊接設備與焊條的準備；焊前要對工件進行預熱；采用焊條直徑為3.2mm，焊接參數選用的原則是合適大小的電流，電弧盡量低，推薦的焊接電流為90～120A，并控制焊接線能量在0.5～1.0kJ/mm范圍。用不銹鋼焊條打底，焊透根部，均勻環焊4～5層，然后用雙相不銹鋼焊條進行焊接，均勻環焊，坡口焊滿后焊縫要有至少3～4mm加強高度，并在試驗管焊縫邊緣平行堆焊2道焊縫。焊接完成用保溫材料包裹焊縫至冷卻。效果是焊接接頭完好，證明焊接工藝可行，解決了G3合金油井管實物試驗時與夾頭的連接問題。
文檔編號B23K9/00GK101664846SQ20091009283
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月9日 優先權日2009年9月9日
發明者森 張, 李東風, 鵬 楊, 軍 韓, 韓新利 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油天然氣集團公司管材研究所