钻井水龙带高压由壬焊缝断裂的解决方法

  钻井二公司机修大队担负着钻井二公司内、外部井队的设备维修及高压管线的焊接与维护工作，钻井水龙带接头由于其特殊材质与连接部位的原因，成为这套循环通道的关键环节。高压由壬长时间使用后，焊缝断裂情况严重，泥浆、水、锈油较多，存在较大安全隐患，必须查找原因，制定措施，减少返修率，降低人工成本。
1.钻井水龙带及由壬连接部位断裂原因及断裂情况
1.1.钻井水龙带接头与高压由壬的焊接
    由于其材料是35Mn优质碳素结构钢的原因，成为焊接这套循环通道的关键环节。长时间使用后，由于受到高压泥浆的循环，药品的腐蚀，钻机的强烈震动，施焊人员技术水平不一。使其焊缝断裂情况严重，存在较大安全隐患。
1.2.焊缝从中间位置开裂见图（略）
1.3.焊缝存在大量缺陷
    经检查测量，以每个连接件为单位，缺陷长度、分布见表1。
表1 缺陷分布

1.3.1.缺陷分析
(1)咬边
    咬边缺陷占的比例较大，经测量，咬边深度＞0.5mm.而且连续咬边。我们知道，咬边的存在降低了焊缝的有效工作面积，在咬边区域产生应力集中，形成裂纹，逐步扩展，最后结构发生断裂。
(2)未熔合、夹渣、弧坑裂纹
    焊工使用的焊接材料为φ4mm的E4303焊条，焊接电流130A。此种焊条熔渣粘度比碱性焊条小，熔渣流动性大，使用的焊接电流小，焊接时熔渣与铁水分不清，容易造成夹渣、未熔合，在缺陷处开裂。收弧时，弧坑未填满，造成弧坑裂纹。
(3)焊缝余高不足
    焊缝应与连接件齐平或稍高。要达到这个要求，至少要焊四层。为抓进度，组对时，连接件未完全点固，焊工就从一端开始焊接，另一端由于还未点固或点固焊缝长度较短，焊接产生较大的拉应力，将一端拉开，使连接件与由壬连接间隙增大，此时，只焊接一层焊缝，焊缝的余高不足，造成开裂。
1.4.焊接材料选择不当
    水龙带是在动载条件下使用，应选用强度等级为50-70MPa的E50系列焊条。E4303属碳钢焊条，药皮是钛钙型，主要用于低碳钢，软钢的焊接，故抗裂纹和冷裂纹的能力差，其塑性和冲击韧性较差，致使焊缝抗拉强度低于母材，造成焊缝从中间开裂。
1.5.结构刚度与焊接顺序的影响
    焊接过程中可以听到焊缝断裂的响声。刚度越大，焊缝金属冷却收缩时受到的应力越大，内变形量及变形增长率都要增加。
1.6.其他
    连接件没有按图纸尺寸配焊，由壬质量不符合技术要求。一些未经焊接技能培训的人员都参与了焊接工作，造成大量焊接缺陷。
2.高压由壬焊接性分析
2.1. 35Mn钢材料的元素含量(如表2)
表2 35Mn钢的元素含量

2.2. 35Mn钢的焊接性分析
    冷变形时塑性中等，切削性尚可，但焊接性差。与30Mn钢相比，含碳量高，具有更高的强度、耐磨性及淬透性，但塑性却稍有降低，且有白点敏感性及过热和回火脆性倾向，淬火时容易形成裂纹的倾向。
    针对以上问题进行分析，必须从焊接装配、焊接顺序、焊接材料等几个方面解决。
3.高压由壬装配、定位焊
    焊件坡口度采用两点定位焊，定位焊缝长度≥20mm。
4.高压由壬焊接顺序
4.1.第一道根焊，第二道第三道续充，第四道盖面。
4.2.焊接参数见表3。
表3 工艺参数

    E5016属低氢钾型焊条，其机械性能比钦钙型焊条好，特别是冲击韧性远超过钦钙型焊条，抗裂纹能力较强，适合焊接中碳钢及重要结构合金钢结构。使用前烘干至350℃，保温2小时，随用随取，焊接时，应采用短电弧，以减少气孔。E5016渣粘度大，熔渣滞后熔池铁水，易观察熔池，不易产生夹渣。焊条左右摆动时，两侧稍做停留，防止产生咬边。收弧时采用回焊法，填满弧坑。
5.高压由壬焊接操作
    合理的焊接顺序可有效的降低接的刚度及变形量，可以按以下几个步骤施焊：坡口准备，点固焊，根焊(必须一次完成，做到单面焊双面成型)，填充，盖面，自然冷却。
6.结论
    综合上述方法焊接的钻井水龙带高压由壬的焊口断裂、开裂减少。效果良好，翻修率降低，人工成本降低，能够满足生产需要。以上方法也适合钻井泥浆高压管汇的焊接。