石油井口裝置關(guān)鍵件的失效分析.pdf

1、本論文以斷裂失效與涂層剝落的閥板和開(kāi)裂失效的上法蘭件為研究對(duì)象，在通過(guò)強(qiáng)度公式復(fù)驗(yàn)和采用SolidWorks Simulation有限元分析核實(shí)閥板和上法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)和材料選材符合設(shè)計(jì)要求后，通過(guò)理論分析和損傷零件的破壞分析，確定其失效機(jī)制，據(jù)此，可以合理地解決石油井口裝置在制造與使用過(guò)程中所出現(xiàn)的損壞現(xiàn)象，為提高石油井口裝置關(guān)鍵件的服役壽命提供了理論與實(shí)踐依據(jù)。對(duì)制造工藝不妥之處提出了相應(yīng)的解決方案，并付諸實(shí)踐。取得了如下的研究成

2、果：
　　論文的主要結(jié)論如下：
　　1.通過(guò)采用理論公式復(fù)核，以及采用SolidWorks Simulation建立有限元分析模型進(jìn)行分析，核實(shí)了閥板和上法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)和材料選材符合設(shè)計(jì)要求；
　　2.閥板的斷口斷裂機(jī)理為脆性斷裂，熱處理工藝回火溫度和回火時(shí)間控制不當(dāng)導(dǎo)致閥板的強(qiáng)度和斷裂韌性均較低。表面敷焊Ni合金層后，Ni60敷焊合金層和12Cr13基體的線(xiàn)膨脹系數(shù)是有一定差異，由于保溫溫度和保溫時(shí)間的處理不當(dāng)，

3、造成殘余應(yīng)力的大量存在，界面存在大量的微觀缺陷，敷焊合金層與基體的結(jié)合力較弱，高速流體對(duì)閥板導(dǎo)流孔的內(nèi)壓引起合金層存在張應(yīng)力，與合金層內(nèi)殘余應(yīng)力疊加，在硬質(zhì)相和微觀缺陷部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致敷焊合金層產(chǎn)生了裂紋。調(diào)質(zhì)工藝由一淬一回改為一淬兩回，以及調(diào)整閥板敷焊Ni60后的保溫溫度和保溫時(shí)間避免了閥板斷裂；
　　3.WC-10Co-4Cr涂層與基體母材屬于物理結(jié)合，涂層晶間存在孔隙或極少數(shù)未熔顆粒，在高溫、高壓的腐蝕氣體和液體環(huán)境下

4、，腐蝕介質(zhì)會(huì)沿孔隙擴(kuò)散到基體與涂層的界面發(fā)生腐蝕，影響粘接強(qiáng)度，再加上12Cr13材料不適用于H2S分壓值高的工況環(huán)境，腐蝕的起點(diǎn)從局部腐蝕開(kāi)始，點(diǎn)蝕形成坑蝕，涂層表面會(huì)起泡，最終涂層脫落；
　　4.上法蘭開(kāi)裂的主要原因：鍛前加熱與鍛后冷卻過(guò)程的熱應(yīng)力和淬火加熱與冷卻過(guò)程中的熱應(yīng)力累積，在中心部位產(chǎn)生三向拉應(yīng)力，以及不同時(shí)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變所形成的組織應(yīng)力，試壓誘發(fā)促發(fā)了前述的殘余應(yīng)力，使上法蘭鍛件開(kāi)裂。通過(guò)更充分的鍛造工藝可以減輕混