S135钻杆摩擦焊焊缝区冲击韧性低的原因

杨晓峰, 高斌强, 吕海英

(上海海隆石油钻具有限公司, 上海 200949)

石油钻杆是一种油田钻井工具，是石油钻柱的主要组成部分，钻井过程中起着连接钻柱、输送泥浆和传递扭矩等作用，工作时承受压缩、拉伸、扭转、弯曲等复杂载荷，并经受强烈的振动和冲击作用[1-3]。目前石油钻杆均是由钻杆接头和管体经摩擦焊焊接而成，焊接后对焊缝区进行局部调质热处理。研究发现，钻杆焊缝区的低应力脆性断裂现象最为常见，焊缝区成为整个钻杆的薄弱区域，因此控制焊缝区的力学性能是保证钻杆质量的关键，而冲击韧性是判断钻杆焊缝区力学性能的关键指标[4-6]。某公司根据API SPEC 5DP：2009SpecificationforDrillPipe采用摩擦焊工艺生产了一批规格为φ168.30 mm×15.88 mm、钢级为S135的PSL-3级别的钻杆，生产后对焊缝区进行力学性能抽检时发现3个钻杆的焊缝区冲击试样韧性低，不符合要求。为找到冲击韧性低的原因，笔者对其进行了一系列检验和分析。

1 冲击试验及结果

按照API SPEC 5DP：2009的要求,随机取一个钻杆抽检该批钻杆焊缝区的冲击韧性，沿焊缝区纵向取3个尺寸为10 mm×10 mm×55 mm的冲击试样，该组试样编号为A1，试验温度为-20 ℃，按照ASTM E23：2018StandardTestMethodsforNotchedBarImpactTestingofMetallicMaterials的技术要求，使用 JBN-300型摆锤式冲击试验机进行夏比V形缺口冲击试验，结果见表 1。

表1 A1组试样的冲击韧性Tab.1 Impact toughness of A1 group samples

由表1可见，焊缝区的冲击韧性很低，不符合API SPEC 5DP:2009的要求。根据API SPEC 5DP：2009的要求，在同一试样上复取两组冲击试样进行试验，两组冲击试样分别编号为A2和A3，结果见表2。

表2 A2和A3组试样的冲击韧性Tab.2 Impact toughness of A2 and A3 group samples

从试验过程来看，试验方法与试……