Ｇ３合金油井管试验实物焊接制备方法，应用于石油钻井油管或套管和３５ＣｒＭｏ或３０ＣｒＭｏ等类材料夹头焊接制备。特征是：经过焊件准备；焊接设备与焊条的准备；焊前要对工件进行预热；采用焊条直径为３．２ｍｍ，焊接参数选用的原则是合适大小的电流，电弧尽量低，推荐的焊接电流为９０～１２０Ａ，并控制焊接线能量在０．５～１．０ｋＪ／ｍｍ范围。用不锈钢焊条打底，焊透根部，均匀环焊４～５层，然后用双相不锈钢焊条进行焊接，均匀环焊，坡口焊满后焊缝要有至少３～４ｍｍ加强高度，并在试验管焊缝边缘平行堆焊２道焊缝。焊接完成用保温材料包裹焊缝至冷却。效果是：焊接接头完好，证明焊接工艺可行，解决了Ｇ３合金油井管实物试验时与夹头的连接问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及镍基合金材料石油钻井油管或套管和35CrMo或30CrMo 等类材料夹头焊接制备试验实物。
技术介绍
石油工业是大量应用管材的工业，油气田开发过程中需要大量的油 井管，这些油井管在油气生产中往往处于高温、高压环境和气、水、 烃、固共存的多相流腐蚀介质中，这些介质对管材具有很强的腐蚀性。 腐蚀是金属材料主要失效形式之一，石油和天然气开发与加工行业历 来是腐蚀比较严重的几个行业之一，腐蚀问题不仅造成了巨大的经济损失，而且往往带来一些灾难性后果，例如人员伤亡、停工停产和 环境污染等。腐蚀给石油工业造成的事故很多，每年经济损失很大， 选用性能优良的管材是防止腐蚀事故的主要措施。G3合金油井管是针对高H2S和C02油气田开发的耐腐蚀钢管，主要 用于腐蚀环境严重的气田开采开发中，能有效减少腐蚀影响，为石油 工业带来巨大的经济效益；由于高温、高压和腐蚀性环境，对管子的 质量要求很高，对G3合金油井管的性能进行全尺寸实物试验评价是保 证工程用管质量的有效手段。G3合金油井管有TDJ-G3镍基耐蚀合金油 井管。目前，进行G3合金油井管的实物试验评价时，两端需要与夹头连 接，然后才能连接到试验设备上。进行复合载荷试验时，堵头在起到 密封作用的同时，也起到传递轴向载荷的作用。对于管子与夹头的连4接方式有两种， 一种是采用过渡接头，在管子的一端加工上螺纹，将 过渡接头与管子通过螺纹连接在一起，然后再将过渡接头与试验用辅棒焊接在一起；另一种是焊接方式，即直接将管子与试验用辅棒焊接 在一起。国外均采用过渡接头的方法，但该方法对过渡接头加工性能 要求高，经常在过渡接头处出现泄漏、断裂等失效导致评价试验结果 无效，采用焊接方式，可以有效解决这些问题，但需要焊接接头的性 能达到以下三点要求(l)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的软 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。G3合金油井管和35CrMo或30CrMo材料夹头两种材料的成 分和冶金性能相差很大，焊接性很差。焊接后G3合金材料热影响区会 不会明显软化或脆化，两种材料能否很好的结合(能否形成没有冶金缺 陷的焊缝)，以及接头的性能能否满足试验要求(不能在焊接接头处断 裂或泄露)是确定试验实物制备工艺的难点和关键点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种G3合金油井管试验实物焊接制备方法， 采用焊接方式解决G3合金油井管和35CrMo或30CrMo等类材料夹头的 连接问题，保证高温、高压压力试验和轴向拉伸或压縮试验时焊接接 头不会出现泄漏或断裂，确保G3合金油井管实物评价试验的顺利进行， 为G3合金油井管的选用提供支持。本专利技术采用的技术方案是G3合金油井管试验实物焊接制备方法， 其特征在于-A、焊件准备首先将试验的油井管材两端加工成焊接坡口，将两个 试验夹头的焊接端加工成坡口，两个试验夹头焊接在试验管材两端，试验夹头的另一端外部或内部加工有螺纹，螺纹用于与试验设备连接。夹头的材质为30CrMo，油井管材的材质为G3合金,如TDJ-G3镍基耐蚀合金。B、 焊接设备与焊条选用电弧焊，设备为直流焊机，直流焊机极性 为反接，焊接材料选用一种双相不锈钢焊条和一种不锈钢焊条。焊条直径 为3.2mm。双相不锈钢焊条的熔敷金属的化学成分按重量百分比如下C《0. 04%、 Cr为21. 5-23. 0%、 Ni为4. 5—6. 5%、 Mo为2. 5-3. 5%、 Mn《1. 6%、 Si《0.6%、 P《0.035%、 S《0.035%、 N《0. 30%;这种焊接材料焊缝金属的 典型力学性能达到屈服强度612MPa，抗拉强度855MPa,伸长率27%， 20 "C夏比冲击功50J。不锈钢焊条的熔敷金属的化学成分按重量百分比如下C《0.04%、 Cr为11.5-15.0%、 Ni为4.0-6.0%、 Mo为《0.6%、 Mn为《1.00/0、 Si 《0.6%、 P《0.04%、 S《0.03%;这种悍接材料焊缝金属的典型力学性 屈服强度不小于874MPa,抗拉强度不小于963MPa，伸长率不小于20 %， 20。C夏比V型冲击功不小于74J。夏比V型冲击功是指通过摆锤 冲击试验机试验时折断具有V型缺口的试样所需要的总能量。C、 焊前要对油井管材和试验夹头进行预热，温度达到50 10(TC时 开始焊接，焊接过程中控制道间温度在50 10(TC之间。根据国家标准 GB-T_3375-1994焊接术语的规定，道间温度，俗称层间温度，是指多层 多道焊时，在施焊后继焊道之前，其相邻焊道应保持的温度。由于试验夹头较厚，预热时试验夹头要热透。否则降温很快，焊缝或 热影响区可能出现裂纹。D、 采用焊条直径为3.2mm，焊接参数选用的是合适的电流，焊接电 流为90 120A;电弧尽量低，电弧高度在1 3mm之间，推荐的控制焊 接线能量在0.5 1.0kJ/mm范围。焊接线能量是指熔焊时，由焊接热源输入给单位长度焊缝上的能量,亦称"热输入"。E、 首先用不锈钢焊条打底，焊透根部，均匀环焊4 5层，打底焊时 摆动焊条，焊条摆动幅度在焊条芯直径的1.5 3倍之间；然后用双相不锈 钢焊条进行焊接，均匀环焊，坡口焊满后焊缝要有至少3 4mm加强高度， 并在试验管焊缝边缘平行堆焊2层，进行这2层堆焊时焊条不能摆动，每 层焊缝宽度为5 10mm，目的是改善试验管热影响区的薄弱带的形状分 布和受力状态。前边D步骤中为了要填满坡口，要求一定的摆动，但摆 动不超过焊条芯直径的3倍，焊接是为了增加焊肉厚度，不能有摆动。F、 焊接工作完成后，用保温材料包裹焊缝及热影响区，直至冷却。 本专利技术的有益效果本专利技术G3合金油井管试验实物焊接制备方法，经过多次实物焊接制备试验，尤其是在高温、高压、反复加载试验条 件下，焊接接头完好，证明本悍接方法可行，解决了G3合金油井管实 物试验时与夹头的连接问题。较采用普通焊接方法焊接过渡接头，采 用专利技术的焊接方法更具有可靠性和成功率高，縮短试验周期，提高工 作效率，降低了试验成本。为我单位油井管实物焊接制备积累了技术 和经验，保证了油田用G3合金油井管的质量。该焊接制备方法已经成 功保证了宝山钢铁股份有限公司和天津钢管集团公司G3合金油井管全 尺寸实物试验的顺利完成，进而证明我国也能够生产合格的G3合金油 井管，大幅降低了我国G3合金油井管的采购价格。附闺说明附图说明图1是本专利技术G3合金油井管试验实物焊接制备结构剖面示意图。 图中，l.试验夹头，2.焊缝，3.油井管。具体实施方式实施例1:以一个G3合金油井管试验实物焊接制备方法为例，对 本专利技术作进一步详细说明。参阅图l。本专利技术G3合金油井管试验实物焊接制备方法A、 焊件准备油井管材3是TDJ-G3镍基耐蚀合金油管。油井管材3 外径88. 9mm，壁厚6. 45mm。试验夹头1为阶梯圆柱形，小圆柱体外径70mm， 小圆柱体能插入油井管材3内。首先将试验的油井管材3两端加工成焊接坡口，将两个试验夹头1的 焊接端加工成坡口，两个试验夹头1焊接在试验管材3两端，试验夹头l 的另一端外部加工有螺纹。夹头的材质1为30CrMo，油井管材3为TDJ-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ｇ３合金油井管试验实物焊接制备方法，其特征在于： Ａ、焊件准备：首先将试验的油井管材（３）两端加工成焊接坡口，将两个试验夹头（１）的焊接端加工成坡口，两个试验夹头（１）焊接在试验管材（３）两端，试验夹头（１）的另一端外部或内部加工有螺纹；实验夹头（１）的材质为３０ＣｒＭｏ，油井管材（３）的材质为Ｇ３合金； Ｂ、焊接设备与焊条：采用电弧焊，设备为直流焊机，直流焊机极性为反接，焊接材料选用一种双相不锈钢焊条和一种不锈钢焊条；双相不锈钢焊条的熔敷金属的化学成分按重量百分比如下：Ｃ≤０．０４％、Ｃｒ为２１．５－２３．０％、Ｎｉ为４．５－６．５％、Ｍｏ为２．５－３．５％、Ｍｎ≤１．６％、Ｓｉ≤０．６％、Ｐ≤０．０３５％、Ｓ≤０．０３５％、Ｎ≤０．３０％；这种焊接材料焊缝金属的典型力学性能达到屈服强度６１２ＭＰａ，抗拉强度８５５ＭＰａ，伸长率２７％，２０℃夏比冲击功５０Ｊ； 不锈钢焊条的熔敷金属的化学成分按重量百分比如下：Ｃ≤０．０４％、Ｃｒ为１１．５－１５．０％、Ｎｉ为４．０－６．０％、Ｍｏ为≤０．６％、Ｍｎ为≤１．０％、Ｓｉ≤０．６％、Ｐ≤０．０４％、Ｓ≤０．０３％；这种不锈钢焊条焊缝金属的典型力学性：屈服强度不小于８７４ＭＰａ，抗拉强度不小于９６３ＭＰａ，伸长率不小于２０％，２０℃夏比Ｖ型冲击功不小于７４Ｊ； Ｃ、焊前要对油井管材（３）和试验夹头（１）进行预热，温度达到５０～１００℃时开始焊接，焊接过程中控制道间温度在５０～１００℃之间；由于试验夹头（１）较厚，预热时试验夹头（１）要热透； Ｄ、采用焊条直径为３．２ｍｍ，焊接参数选用的是合适的电流，焊接电流为９０～１２０Ａ；电弧尽量低，电弧高度在１～３ｍｍ之间，控制焊接线能量在０．５～１．０ｋＪ／ｍｍ范围； Ｅ、首先用不锈钢焊条打底，焊透根部，均匀环焊４～５层，打底焊时摆动焊条，焊条摆动距离为焊条芯直径的１．５～３倍之间；然后用双相不锈钢焊条进行焊接，均匀环焊，坡口焊满后焊缝要有至少３～４ｍｍ加强高度，并在试验管焊缝（２）边缘平行堆焊２层，进行这２层堆焊时焊条不能摆动，每层焊缝宽度为５～１０ｍｍ； Ｆ、焊接工作完成后，用保温材料包裹焊缝（２）及热影响区，冷却至室温。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李东风，张森，韩新利，杨鹏，韩军，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油天然气集团公司管材研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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