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裂失效的上法蘭件為研究對象，在通過強度公式復(fù)驗和采用SolidWorks Simulation有限元分析核實閥板和上法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計和材料選材符合設(shè)計要求后，通過理論分析和損傷零件的破壞分析，確定其失效機制，據(jù)此，可以合理地解決石油井口裝置在制造與使用過程中所出現(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踐依據(jù)。對制造工藝不妥之處提出了相應(yīng)的解決方案，并付諸實踐。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行分析，核實了閥板和上法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計和材料選材符合設(shè)計要求；
　　2.閥板的斷口斷裂機理為脆性斷裂，熱處理工藝回火溫度和回火時間控制不當(dāng)導(dǎo)致閥板的強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基體的線膨脹系數(shù)是有一定差異，由于保溫溫度和保溫時間的處理不當(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)會沿孔隙擴散到基體與涂層的界面發(fā)生腐蝕，影響粘接強度，再加上12Cr13材料不適用于H2S分壓值高的工況環(huán)境，腐蝕的起點從局部腐蝕開始，點蝕形成坑蝕，涂層表面會起泡，最終涂層脫落；
　　4.上法蘭開裂的主要原因：鍛前加熱與鍛后冷卻過程的熱應(yīng)力和淬火加熱與冷卻過程中的熱應(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，使上法蘭鍛件開裂。通過更充分的鍛造工藝可以減輕混