Структура и механические свойства соединений разнородных сталей, полученных ротационной сваркой трением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кузьмина Елена Александровна

• Кузьмина Елена Александровна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Кузьмина Елена Александровна

ВВЕДЕНИЕ

1. БУРИЛЬНЫЕ ТРУБЫ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО АЛМАЗНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН СО СЪЁМНЫМ КЕРНОПРИЁМНИКОМ. ОБЗОР РОТАЦИОННОЙ СВАРКИ ТРЕНИЕМ КАК СПОСОБА СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ

1.1. Способ бурения скважин со съемным керноприёмником

1.2. Характеристика конструкции и материалов бурильных труб для бурения скважин со съемным керноприёмником

1.3. Ротационная сварка трением: технологии, оборудование, преимущества, области применения

1.4. Фазы и параметры ротационной сварки трением

1.5. Формирование структуры сварного соединения при ротационной сварке трением

1.6. Механические свойства сварных соединений, выполненные способом ротационной сварки трением

1.7. Обзор исследований, направленных на оптимизацию параметров ротационной сварки трением разнородных материалов

1.8. Выводы по разделу 1. Постановка цели и задач исследования

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Материалы исследования

2.2. Ротационная сварка трением экспериментальных образцов

2.3. Послесварочная обработка сварных образцов

2.4. Микроструктурный анализ

2.5. Методы механических испытаний

2.6. Выводы по разделу

3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РОТАЦИОННОЙ СВАРКИ ТРЕНИЕМ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛЕЙ 30ХГСА-40ХМФА С ПОЗИЦИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ В СВАРНОМ СТЫКЕ. МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА СТАЛЕЙ

3.1. Оптимальное планирование и обработка многофакторного эксперимента

3.2. Механизм образования соединения между сталями 30ХГСА и

40ХМФА при ротационной сварке трением

3.3 Выводы по разделу

4. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ РОТАЦИОННОЙ СВАРКИ ТРЕНИЕМ НА ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ В ЗОНЕ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ СТАЛЕЙ 30ХГСА-40ХМФА

4.1. Анализ характера деформирования трубных заготовок при сварке

4.2. Анализ фазовых превращений в зоне термомеханического влияния сварных соединений на основе металлографических исследований и определения микротвердости

4.3. Исследование влияния силовых параметров ротационной сварки трением на структурно-текстурное состояние и развитие рекристаллизационных процессов в зоне термомеханического влияния сварных соединений

4.4. Выводы по разделу

5. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ДЕФОРМАЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ СТАЛЕЙ 30ХГСА-40ХМФА

ПРИ СТАТИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

5.1. Анализ механических свойств и развития деформации в сварных соединениях при испытании на одноосное растяжение

5.2. Оценка изменения механических свойств и деформационного поведения сварных соединений при растяжении в результате послесварочного отпуска

5.3. Испытания сварных соединений на статический изгиб

5.4. Выводы по разделу

6. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

СТАЛЕЙ 30ХГСА-40ХМФА ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

6.1. Циклическая долговечность сварных соединений в исходном состоянии и после отпуска, фрактографические особенности разрушения

6.2. Усталостная прочность сварного соединения сталей 30ХГСА-40ХМФА в сравнении с основным металлом стали 30ХГСА

6.3. Оценка усталостной прочности сварных соединений бурильных труб

6.4. Выводы по разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структура и механические свойства соединений разнородных сталей, полученных ротационной сваркой трением»

ВВЕДЕНИЕ

Ротационная сварка трением (РСТ) - это современный высокопроизводительный способ соединения цилиндрических деталей. Он обладает рядом технологических преимуществ и позволяет сваривать ограниченно и трудносвариваемые материалы в различных сочетаниях, что определяет его применение во многих отраслях промышленности. Данная технология широко применяется при производстве бурильных труб с приварными замковыми деталями из среднеуглеродистых легированных сталей, используемых при высокоскоростном алмазном бурении на твердые полезные ископаемые. Потребность освоения сверхглубоких скважин с целью поиска и разведки глубокозалегающих месторождений полезных ископаемых обусловливают необходимость в создании облегченных конструкций геологоразведочных бурильных труб за счет уменьшения толщины стенки тела бурильной трубы при применении более прочной трубной заготовки. В этом случае для обеспечения надежной конструкции бурильных труб требуется более тщательный подход при назначении режимов РСТ замковой части с телом трубы и послесварочной термической обработки.

Известно, что в процессе РСТ металл свариваемых поверхностей испытывает локальное термодеформационное воздействие, при котором одновременно развивается ряд процессов, связанных с тепловыделением и нагревом металла при трении, непрерывным образованием и разрушением металлических связей между сопряжёнными поверхностями в процессе их относительного движения, взаимной диффузией, динамической рекристаллизацией приконтактных зон под действием осевого давления, быстрым охлаждением в результате интенсивного теплоотвода в холодные слои металла и в окружающую среду. В результате происходит трансформация исходной микроструктуры сталей в микроструктуру, сформированную под влиянием термодеформационного цикла сварки. Учитывая, что колонна бурильных труб эксплуатируется в сложных условиях механического

нагружения, сочетающих воздействие статических и циклических нагрузок, необходимо понимание влияния параметров РСТ на структурообразование и механические свойства сварных соединений, определяемых в условиях нагрузок, имитирующих эксплуатационные.

Цель работы - совершенствование технологии изготовления облегченных конструкций бурильных труб с приварными замками на основе оценки влияния параметров ротационной сварки трением на структуру и механические свойства сварного соединения из разнородных сталей замковой части и тела трубы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) установить закономерности влияния основных параметров РСТ на прочность стыка разнородных сталей;

2) установить механизм образования соединения сталей 30ХГСА и 40ХМФА при РСТ;

3) оценить взаимосвязь микроструктуры, механических свойств и деформационного поведения разнородных соединений при статическом и циклическом нагружении;

4) определить степень влияния послесварочного отпуска на механические свойства и развитие деформации в разнородных соединениях при статическом и циклическом нагружении;

5) установить значения параметров сварки, обеспечивающие равнопрочность сварного соединения с металлом трубы в условиях воздействия статических и циклических нагрузок.

Объектом исследования является процесс структурообразования и изменения свойств металла в зоне термомеханического влияния сварного соединения разнородных сталей.

Предметом исследования являются закономерности влияния значений основных параметров РСТ на формирование структуры и механические свойства сварного соединения элементов бурильных труб.

Научная новизна:

1. Установлено, что прочность соединения разнородных среднеуглеродистых легированных сталей, полученных РСТ, определяется развитием процесса совместной рекристаллизации с образованием общих зерен, зависящим от термодеформационных условий на границе раздела. Показано, что сила проковки оказывает доминирующее влияние на прочность стыка приваренных сталей.

2. Установлено влияние силовых параметров РСТ на эволюцию микроструктуры в зоне термомеханического влияния (ЗТМВ) сварного соединения. С увеличением силы при нагреве (с заданной величиной осадки) длительность этапа нагрева сокращается, что способствует подавлению роста зерна и формированию более узкой ЗТМВ с развитой субструктурой. Увеличение силы проковки обусловливает дополнительное измельчение зерна и интенсификацию деформационного упрочнения в ЗТМВ.

3. Выявлена взаимосвязь микроструктуры, механических свойств и механизма разрушения комбинированных сварных соединений, полученных РСТ, в условиях статического и циклического нагружения. Впервые установлено, что локализация деформации и разрушение происходят в зоне основного металла наименее прочной стали в случае формирования ультрамелкозернистой микроструктуры в периферийных областях ЗТМВ, имеющей высокую разориентацию субграниц.

Практическая значимость работы состоит в определении оптимального режима РСТ при производстве облегченных бурильных труб для геологоразведки, обеспечивающего равнопрочность сварного шва с материалом тела трубы. Полученные значения параметров РСТ приняты к внедрению на предприятии АО «Завод бурового оборудования» для изготовления облегченных труб для бурения снарядами со съемным керноприёмником, которые производятся серийно с 2022 года.

Результаты исследования, представленные в диссертации, используются в образовательном процессе ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет».

Содержание диссертации соответствует областям исследований паспорта научной специальности 2.6.1. Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов: п. 2 «Теоретические и экспериментальные исследования фазовых и структурных превращений в металлах и сплавах, происходящих при различных внешних воздействиях, включая технологические воздействия, и влияние сварочного цикла на металл зоны термического влияния, их моделирование и прогнозирование»; п. 4 «Теоретические и экспериментальные исследования термических, термоупругих, термопластических, термохимических, термомагнитных, радиационных, акустических и других воздействий на изменение структуры и свойств металлов и сплавов, их моделирование и прогнозирование».

Положения, выносимые на защиту:

1) регрессионная зависимость влияния параметров РСТ на прочность стыка сталей 30ХГСА и 40ХМФА (п. 4 паспорта научной специальности 2.6.1.);

2) механизм образования сварного соединения сталей 30ХГСА и 40ХМФА при РСТ (п. 2 паспорта научной специальности 2.6.1.);

3) результаты исследований микроструктуры ЗТМВ сварных соединений, полученных при различных режимах РСТ, с применением оптической микроскопии и EBSD-анализа (п. 2 паспорта научной специальности 2.6.1.)

4) результаты оценки механических свойств при статическом нагружении и деформационного поведения сварных соединений при растяжении с применением метода корреляции цифровых изображений (КЦИ) в исходном состоянии и после отпуска (п. 4 паспорта научной специальности 2.6.1.);

5) результаты усталостных испытаний сварных соединений в исходном состоянии и после отпуска, кривые ограниченной выносливости сварного соединения и стали 30ХГСА, фрактографические особенности усталостного разрушения (п. 4 паспорта научной специальности 2.6.1.).

Достоверность полученных результатов определяется использованием современных методов:

- оптимального планирования и статистической обработки экспериментальных данных с применением программы STATISTICA;

- исследования микроструктуры с применением оптической и сканирующей электронной микроскопии, стандартных методов механических испытаний на статический изгиб, растяжение и усталостную прочность с применением метода корреляции цифровых изображений при изучении деформационного поведения сварных соединений при растяжении, а также воспроизводимостью и непротиворечивостью результатов, полученных различными методами, интерпретация которых осуществлялась опираясь на современные положения фундаментальных наук.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на: заседаниях международной научно-практической конференции «Технология машиностроения и материаловедение» (г. Новокузнецк, 2018 г.); международной научно-технической конференции «Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении» (г. Севастополь, 2021 г.); Х-й международной школы «Физическое материаловедение» (г. Тольятти, 2021 г.); международной научно-технической конференции «Пром-Инжиниринг» (г. Сочи, 2021 г.); ХХУ1-й Уральской школы металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (г. Екатеринбург, 2022 г.); молодежной научно-практической конференции «Современная механика в цифровую эпоху: проблемы и перспективы» (г. Оренбург, 2022 г.).

Основные результаты диссертации получены при выполнении следующих проектов: грант Оренбургской области в сфере научной и научно-технической деятельности «Гранты для финансирования инновационных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ аспирантов» на тему «Исследование закономерностей формирования сварных соединений бурильных труб с целью повышения их надежности» (Соглашение № 15 от

14.08.2019 г.); грант Российского фонда фундаментальных исследований на тему «Оптимизация режимов ротационной сварки трением разнородных сварных соединений геологоразведочных бурильных труб» (договор № 20-38-90032/20).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 7 - в рецензируемых изданиях из «Перечня...» ВАК и входящих в системы цитирования Web of Science и Scopus.

Личный вклад автора заключается в определении цели и задач исследования при проектировании облегченной бурильной трубы, анализе литературных источников, планировании экспериментов и обработке экспериментальных данных, проведении структурных и фрактографических исследований с применением оптической и сканирующей электронной микроскопии, анализе результатов механических испытаний и подготовке публикаций по результатам исследований (обсуждение и формулирование выводов проводились автором совместно с научным руководителем и соавторами публикаций).

Структура и объем работы. Работа содержит 141 страницу текста, включает 71 рисунок и 11 таблиц. Состоит из оглавления, введения, шести разделов, заключения, библиографического списка из 129 наименований.

Автор глубоко признателен научному руководителю Приймак Елене Юрьевне за значимые замечания и важнейшие советы при оформлении диссертационной работы, а также коллективу АО «Завод бурового оборудования» в лице главного конструктора бюро по разработке бурового инструмента Тулибаева Егора Сагитовича за ценные консультации и начальника производственного цеха Пашинина Виктора Викторовича, инженера-испытателя Русова Юрия Александровича за помощь в организации экспериментальной части и подготовке образцов для исследований.

1. БУРИЛЬНЫЕ ТРУБЫ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО АЛМАЗНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН СО СЪЁМНЫМ КЕРНОПРИЕМНИКОМ. ОБЗОР РОТАЦИОННОЙ СВАРКИ ТРЕНИЕМ КАК СПОСОБА СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ

1.1. Способ бурения скважин со съемным керноприёмником

Одним из основных и эффективных методов бурения геологоразведочных скважин на твёрдые полезные ископаемые является метод колонкового бурения скважин со съемным керноприёмником (ССК), который по производительности значительно превосходит прочие методы бурения [1, 2]. Преимущества способа бурения ССК определяются возможностью извлечения керна на поверхность без подъема бурильной колонны, в результате чего резко уменьшается количество непроизводительных спуско-подъемных операций подъема бурильных труб, увеличивается время чистого бурения и качество опробования (до 100% выхода керна) [3, 4].

Извлечение керна на поверхность через бурильные трубы обеспечивается следующими конструктивными особенностями снарядов ССК:

1) колонковый снаряд ССК представляет собой двойную колонковую трубу с извлекаемой на поверхность внутренней керноприемной трубой -съемным керноприемником.

2) диаметр бурильной колонны ССК максимально приближен к наружному диаметру буровой коронки. Бурильные трубы ССК отличаются повышенной точностью изготовления, соединяются между собой обычно труба в трубу. Применение хорошо сбалансированных прямолинейных колонн позволяет производить бурение на высоких частотах вращения, достигая повышенных механических скоростей [1].

Впервые конструкция ССК для колонкового бурения была разработана в США фирмой «ВоаГ: Longyear», который был запущен в серийное производство с 1955 г. [5]. В СССР работы по созданию ССК начаты с 1958 г. в специальном конструкторском бюро Всесоюзного промышленного объединения «Союзгеотехника» (СКБ ВПО «Союзгеотехника»), затем с 1959 г. - в Российском государственном геологоразведочном университете имени Серго Орджоникидзе [6]. В 1969 г. Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники разведки (ВИТР) разработал параметрический ряд ССК (ССК-59, ССК-76 и ССК-46) для бурения в породах выше средней твердости на глубину до 1200 м, которые по конструкции были приближены к снарядам «ВоаГ: Longyear» [1, 5]. Внедрение ССК в практику колонкового бурения было осуществлено с 1974 года с момента начала их серийного производства на базе заводов СКБ ВПО «Союзгеотехника» [4].

В настоящее время в России и странах СНГ до 70 - 80% объемов бурения с отбором керна выполняется с применением ССК. Это достигается за счет существенного расширения номенклатуры буровых снарядов, расширения рациональной области их применения благодаря увеличению диаметров бурения, разработки усиленных и тонкостенных буровых снарядов, позволяющих бурить в твердых и крепких породах, сложных геологических разрезах, увеличить глубину скважин [7].

1.2. Характеристика конструкции и материалов бурильных труб для бурения скважин со съемным керноприёмником

В конструкции снарядов ССК используют гладкоствольную колонну бурильных труб, соединяемых труба в трубу. Гладкоствольность по наружному диаметру обеспечивает уменьшение гидравлических сопротивлений при промывке скважины, по внутреннему - свободное перемещение керноприемника. Такие характерные особенности бурильных труб достигнуты за счет их тонкостенности. Высадка концов не производится. Такая колонна

имеет достоинство в том, что она, будучи гладкой и прямолинейной, позволяет вести бурение на повышенных частотах вращения при осевых нагрузках более 12 - 15 кН. При бурении однородных монолитных пород частота вращения может достигать максимальных значений буровых станков - до 1500 об/мин и более. При бурении в сложных геологических условиях частота вращения ограничивается 600 об/мин [5, 6].

Мировыми лидерами в производстве бурильных труб ССК являются канадская компания «Boart Longyear», шведские фирмы «Atlas Copco» и «Sandvik», испанская фирма «TECSO S.A.». Однако на территории России хорошо зарекомендовали себя именно трубы компании «Boart Longyear». Буровыми компаниями Российской Федерации и ближнего зарубежья накоплен положительный опыт их эксплуатации, вследствие этого продукция этой компании доминирует на российском рынке [8, 9]. Среди отечественных производителей в данном рыночном сегменте конкуренцию мировым лидерам составляет преимущественно предприятие АО «Завод бурового оборудования» (г. Оренбург), продукция которого максимально приближена к зарубежным аналогам [8].

Американским стандартом предусмотрены бурильные трубы серии Q компании «Boart Longyear» пяти размеров - A, B, N, H, P [10, 11]. Длина труб составляет 1500 и 3000 метров. В статье Степанчуковой А.В. и др. отмечено, что «наружные диаметры труб максимально приближены к диаметрам коронок, что обуславливает минимальные диаметральные зазоры между трубами и стенками скважин. Трубы тонкостенные, без высаженных концов, толщина стенок трех минимальных размеров составляет 4,8 мм, остальных - 5,6 мм. Соединяются трубы по принципу «труба в трубу» посредством слабоконического трапецеидального профиля резьбы» [8, 12].

Для изготовления бурильных труб зарубежные производители используют электросварные и холоднотянутые заготовки из среднеуглеродистых сталей AISI 4130, AISI 1330, AISI 1541 (табл. 1.1).

Таблица 1.1 - Химический состав сталей (в % по масс.), предназначенных для производства заготовок бурильных труб

Сталь С Мп Р 8 81 Сг Мо

АШ 4130 0.28-0.33 0.40-06 0-0.035 0-0.04 0.15-0.35 0.80-1.1 0.150.25

АШ 1330 0.26-0.3 1.4-1.8 0-0.035 0-0.035 0.17-0.3 0.0-0.3 -

АШ 1541 0.36-0.44 1.4-1.8 0-0.03 0-0.05 0.07-0.60 0.0-0.3 -

Концы трубной заготовки, на которой впоследствии нарезается резьба для соединения труб при наращивании колонны, подвергаются индукционной объемной упрочняющей термической обработке по режиму закалки и отпуска.

АО «Завод бурового оборудования» изготавливает бурильные трубы с приваренными замками методом ротационной сварки трением - к концам тела трубы из среднеуглеродистой легированной стали привариваются заготовки замковых частей из более прочной стали (сталь 40ХМФА) [13]. Далее приваренные части механически обрабатывают как снаружи, так и изнутри для достижения гладкоствольности, а затем нарезают наружную и внутреннюю резьбу. Эскиз готовой бурильной трубы представлен на рисунке 1.1.

приварные замки

Рисунок 1.1 - Бурильная труба для комплексов ССК с приварными замками

Для АО «Завод бурового оборудования» изготовление бурильных труб для комплексов ССК в приварном варианте является единственно возможным решением. Поскольку на данный момент российская трубная промышленность не может обеспечить требуемую высокую точность геометрических параметров заготовок (кривизна любого участка трубы не более 0,3 мм на 1 метр, эксцентриситет - не более 5%), столь необходимых при высокоскоростном алмазном бурении. Несмотря на трудоемкость изготовления сварной конструкции бурильных труб для комплексов ССК, по своим эксплуатационным характеристикам она не только не уступает, но и превосходит зарубежные аналоги по ряду показателей [8]. Это обусловлено возможностью применения для замковой части более высокопрочных материалов по сравнению с телом трубы.

Однако, ужесточение горно-геологических условий бурения, связанное с большей глубиной залегания пород, диктует необходимость создания облегченных конструкций бурильных труб, что может быть достигнуто уменьшением толщины стенки тела бурильной трубы при применении более прочной трубной заготовки. Коллективом АО «Завод бурового оборудования», перед которым остро стоит задача импортозамещения, проведены исследования и расчёты, в результате которых разработана конструкция облегченных бурильных труб для снарядов ССК с приварными замковыми деталями (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Труба облегченная для комплексов ССК, вид общий

Аналогично традиционному варианту, она представляет собой сварную конструкцию, состоящую из замковых деталей и тела трубы, соединенных между собой посредством ротационной сварки трением. В качестве тела бурильной трубы предлагается к использованию труба стальная бесшовная холоднодеформированная XJY750 диаметром 89,0 мм и толщиной стенки 4,0 мм (типоразмер H согласно [13]) от китайского поставщика Ningbo Pipewey Trade Co., Ltd. Данная трубная заготовка подвергается закалке и отпуску и полностью соответствует требованиям в части геометрических параметров, твердости и механических свойств, предъявляемым к телу бурильной трубы для комплексов ССК. Материал трубной заготовки по химическому составу является аналогом отечественной стали 30ХГСА [14]. В качестве материала замковой детали может быть использована традиционная сталь 40ХМФА по ГОСТ 4543-2016 [14]. В условиях производства заготовка замковой части подвергается термообработке по режиму закалки и отпуска с целью обеспечения необходимых прочностных характеристик на одной из самой ответственной части конструкции изделия, где впоследствии нарезается резьба.

При вышеописанной технологии производства облегченных бурильных труб для комплексов ССК, зона сварного соединения замковой части с телом трубы при уменьшении толщины стенки по сравнению с традиционным вариантом будет являться одним из наиболее уязвимых мест конструкции, так как в процессе сварки неизбежно происходит изменение микроструктуры и свойств сталей, предварительно подвергнутых термическому упрочнению (закалке и отпуску). В работах Григорьева В. Н. и Лачиняна Л. А. показано, «что в ходе эксплуатации колонна бурильных труб подвергается одновременному воздействию широко спектра нагрузок:

- растягивающих от собственного веса колонны, зависящей от глубины скважины;

- сжимающих, зависящих от необходимого усилия на забой;

- крутящего момента при вращении бурильной колонны;

- знакопеременного изгибающего момента, вызываемого искривлением ствола скважины и центробежных сил;

- ударных нагрузок, действующих в результате колебаний колонны, перепадов давления при циркуляции бурового раствора и др.» [1, 6].

Поэтому обеспечение равнопрочной конструкции зоны сварного шва с телом бурильной трубы, способной выдержать весь спектр эксплуатационных нагрузок, является важной задачей для надежной работы бурильной колонны. Это, в свою очередь, требует научно-обоснованного подхода к назначению режимов ротационной сварки трением и, при необходимости, послесварочной термической обработки, что базируется на всесторонних исследованиях микроструктуры и свойств сварных соединений.

1.3. Ротационная сварка трением: технологии, оборудование, преимущества, области применения

Сварка трением - это разновидность сварки давлением, при которой механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых деталей, преобразуется в тепловую; при этом теплота концентрируется непосредственно в месте будущего неразъемного соединения [15-17].

Технологии сварки трением являются перспективными сварочными технологиями, отличаются рядом технологических преимуществ по сравнению с другими видами сварки [18-21], активно используются на современных предприятиях.

В России технология сварки трением получила развитие благодаря усилиям сотрудников Всесоюзного научно-исследовательского института электросварочного оборудования (ВНИИ ЭСО). Руководителем большинства работ в этой области стал В. И. Вилль [17], значительный вклад в развитие методов сварки трением внесли ученые и инженеры Л.А. Штернин, Б.С. Алексеев, М.С. Десятков, В.В. Говорушин, В.В. Чернов, Л.П. Кудреватых, Л.А. Землевский [22]. И к началу 1990-х гг. в нашей стране была создана и успешно

развивалась научно-техническая база в области технологий сварки, в частности, сварки трением [23, 24].

1.3.1. Основные технологии сварки трением

Многообразие различных способов сварки трением представлено на рисунке 1.3 [21].

Рисунок 1.3 - Классификация способов сварки трением

В промышленности наибольшее распространение получили три варианта процесса сварки трением: роторный, линейный и орбитальный (рис. 1.2) [24-29].

При ротационной сварке трением (РСТ) одна часть вращается вокруг своей оси, в то время как другая остается неподвижной, соединение происходит за счет давления вращающейся и неподвижной частей [15, 17, 19].

При линейной сварке трением одна часть неподвижна, а другая часть движется возвратно-поступательно под давлением. Данная технология является ключевой для производства и ремонта авиационных двигателей [19].

а) б) в)

Рисунок 1.2 - Виды сварки трением: а) ротационная; б) линейная;

в) орбитальная

Орбитальная сварка представляет собой комбинацию линейной и ротационной сварки, в которой две соединяемые части вращаются вокруг своих продольных осей с одинаковой постоянной угловой скоростью [26, 27].

В последнее время широкое распространение получает технология сварки трением с перемешиванием, особенно при изготовлении конструкций в транспортной индустрии - судостроении, авиакосмической промышленности [28, 29]. Однако, по механизму образования сварных соединений она имеет принципиальные отличия от вышеуказанных технологий, связанных с формированием зоны перемешивания соединяемых частей [30] (в случае реализации вышеуказанных технологий зона перемешивания отсутствует).

1.3.2. Оборудование для ротационной сварки трением

Учитывая, что ротационная сварка трением применяется для соединения цилиндрических деталей, таких как элементы бурильных труб, в настоящем пункте рассматривается оборудование для реализации данной технологии.

Анализируя работы [17, 26, 27] и учитывая, что процесс РСТ происходит при больших осевых усилиях и больших скоростях вращения, оборудование для РСТ должно отвечать определенным требованиям, таким как:

- обеспечение стабильности основных параметров РСТ;

- обеспечение повторяемости процесса сварки;

- обеспечение высокого качества сварного соединения;

- простоту механизации и автоматизации процесса.

Как правило, оборудование для РСТ состоит из:

- привода вращения с устройством торможения шпинделя;

- механизмов создания рабочего (сварочного) усилия, перемещения заготовки, зажатия деталей;

- станины;

- аппаратуры управления и контроля [26].

Принципиальная схема компоновки машины сварки трением представлена на рисунке 1.4 [26].

В отдельных случаях машина сварки трением может быть оснащена механизмами и устройствами для торцовки заготовок, удаления грата, регулирования соосности свариваемых деталей, автоматизации загрузки и съема готовых деталей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кузьмина Елена Александровна, 2023 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Григорьев В. В. Бурение со съемными керноприемниками - М.: Недра, 1986. - 197 с.

2. Воздвиженский Б. И. Пути повышения эффективности колонкового алмазного бурения / Б. И. Воздвеженский, В. К. Володченко, Г. А. Воробьев -М.: Недра, 1980. - 57 с.

3. Будюков Ю. Е., Власюк В. И., Спирин В. И. Алмазный породоразрушающий инструмент. - Тула: ИПП «Гриф и К», 2005 - 288 с.

4. Будюков Ю. Е. Создание и производство специального алмазного бурового инструмента. Обзор. - М.: МГП «Геоинформмарк», 1993 - 40 с.

5. Исаев М. Л., Онищенко В. П. Бурение скважин со съёмными керноприёмниками. - Л.: Недра, 1975. - 128 с.

6. Лачинян, Л. А. Работа бурильной колонны - М.: Недра, 1992. - 212

с.

7. Трифаничев В. М. Современные технологии бурения скважин в сложных геологических условиях // Разведка и охрана недр. 2006. № 4. С. 42-43.

8. Приймак Е. Ю. Характеристика бурильных труб и обзор трубных заготовок, применяемых в современном геологоразведочном бурении // Черная металлургия. 2017. № 2. С. 70-76.

9. Степанчукова А. В., Белоновская И. Д. Обзор современных мировых технологий изготовления труб, применяемых в геологоразведочном бурении // Шаг в науку. 2021. №1. С. 98-101.

10. LONGYEAR Heat-Threated Q Wireline Drill Rods // Longyear Catalogue MBP 6/86.1986. № 6. Р. 45.

11. LONGYEAR Heat-Threated СQ Wireline Drill Rods // Longyear Catalogue MBP 6/86. 1986. № 9. Р. 35.

12. ISO 10097-1 Wireline diamond core drilling equipment. - Switzerland, 1999. - Part 2. - P. 12.

13. ТУ 3668-003-01423045-2009 Трубы бурильные для снарядов со съёмными керноприёмниками размеров B, N, H, P, S.

14. ГОСТ 4543-71. Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия. Стандартинформ, 1971. - 40 с.

15. Maalekian M. Friction welding-critical assessment of literature // Sci. Technol. Weld Joining 12. 2007. P. 738-759.

16. Spindler D. What industry needs to know about friction welding // Weld. J. 1994. Р. 37-42.

17. Вилль В. И. Сварка металлов трением. - М.: Машиностроение, 1970. - 176 с.

18. Shete N., Deokar S.U. A review, paper on rotary friction welding // Int. Conf. on Ideas, Impact and Innovation in Mechanical Engineering. (ICIIIME). 2017. Vol. 5. Р. 1557-1560.

19. Li W. Y., Vairis A., Preuss M., Ma, T. J. Linear and rotary friction welding review // Int. Mater. 2016. Vol. 61. С. 71-100.

20. Guo J. Solid state welding processes in manufacturing. / In: Andrew Y. C. Nee (ed) Handbook of manufacturing engineering and technology // Springer London. 2015. Р. 569-592.

21. Каракозов Э. С. Современное состояние сварки трением. Часть I / Э. С. Каракозов, Р. И. Мустафаев, Н. В. Мельникова // Сварка и Диагностика, 1989. № 8. С. 2-5.

22. Яхин А. В. Развитие технологий и технических средств сварки для применения в нефтегазовом машиностроении: дис. . канд. техн. наук: 07.00.1 / Яхин Азат Варисович. Уфа, 2020 - 150 с.

23. Удалова Е. А., Яхин А. В. Исторические этапы формирования и развития отечественной научно-технической базы в области технологии сварки трением // История науки и техники. 2020. №5. С. 68-77.

24. Овчинников, В. В. Современные виды сварки - М: Издательский дом «Академия», 2016. - 149 с.

25. Калеко Д. М. Современные способы сварки алюминиевых сплавов со сталями (Обзор) / Д. М. Калеко // Автоматическая сварка. 2012. № 10. С. 29-36.

26. Сварка трением: Справочник / В. К. Лебедев [и др.] - Л.: Машиностроение, 1987. - 236 с.

27. Searle J. Friction welding non-circular components using orbital motion // Welding & Metal Fabrication. 1971. Vol. 39. P. 294-297.

28. Mishra R. S., Ma Z. Y. Friction stir welding and processing // Mater. Sci. Eng. 2005. Vol. 50. Р. 1-78.

29. Сергеева Е. В. Сварка трением с перемешиванием в авиакосмической промышленности (обзор) // Автоматическая сварка. 2013. № 5. С. 58-62.

30. Mironov Sergey, Yutaka S. Sato, Hiroyuki Kokawa, Satoshi Hirano, Adam L. Pilchak and Sheldon Lee Semiatin. Microstructural Characterization of Friction-Stir Processed Ti-6Al-4V // Metals. 2020. № 10. С. 976. DOI: 10.3390/met10070976

31. Хамфрейс Б. А. Практическое руководство по проведению процесса сварки трением. Thompson Friction Welding Ltd, 2008. - 34 c.

32. https: //www.kuka. com/

33. https://ktiam.ru/

34. Shete N., Deokar S. U. A review, paper on rotary friction welding, Int. Conf. on Ideas // Impact and Innovation in Mechanical Engineering. (ICIIIME). -2017. Vol. 5. P. 1557-1560.

35. Rombaut P. Joining of dissimilar through rotary friction welding: master thesis. - Universiteit Gent, 2011. - 112 p.

36. Wenya L., Achilles V., Michael P., Tiejun M. Linear and rotary friction welding review // International Materials Reviews. 2016. Vol. 61. Р. 1-30.

37. Гельман А.С. Основы сварки давлением. М.: Машиностроение. -1970. - 312 с.

38. Friction welding process of 5052 aluminum alloy to 304 stainless steel / S. Fukumoto [and other] // Mater. Sci. Technol. 1999. Vol. 15. P. 1080-1086.

39. Sahin M. Joining of stainless-steel and aluminum materials by friction welding // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2009. Vol. 41. P. 487-497.

40. Alves E. P., Neto F. P., An C. Y. Welding of AA1050 aluminum with AISI 304 stainless steel by rotary friction welding process // J. Aero. Technol. Manag. 2010. Vol. 2. P. 301-306.

41. Li P., Li J. L., Salman M., Liang L., Xiong J. T., Zhang F S. Effect of friction time on mechanical and metallurgical properties of continuous drive friction welded Ti6Al4V/SUS321 joints // Mater Des. 2014. Vol. 56. № 4. Р. 649-656.

42. Özdemir N., Bilgin B. Interfacial properties of diffusion bonded Ti-6Al-4 V to AISI 304 stainless steel by inserting a cu interlayer // Int J Adv Manuf Technol. 2009. Vol. 41. № 5-6. Р. 519-526.

43. Palanivel R., Laubscher R. F., Dinaharan I. An investigation into the effect of friction welding parameters on tensile strength of titanium tubes by utilizing an empirical relationship // Measurement. 2017. Vol. 98. Р. 77-91.

44. Применение ротационной сварки трением для изготовления геологоразведочных бурильных труб: промышленный опыт и исследования / Е.Ю. Приймак, А.С. Атамашкин, Е.А. Кузьмина, Е.С. Тулибаев // Черные металлы. 2020. № 4. С. 37-42.

45. Ellis C. Friction welding: where industry uses it // Welding Design and fab. 1976. Р. 78-81.

46. Лукин В. И. Исследование влияния технологии ротационной сварки трением деформируемого жаропрочного никелевого сплава ВЖ175 на структуру и прочностные характеристики сварных соединений / В. И. Лукин, В. Г. Ковальчук, М. Л. Саморуков и др. // Вестник московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия «Машиностроение». 2011. №. S2. С. 114-121.

47. Гнюсов С. Ф., Трущенко Е. А., Советченко Б. Ф. Структура и свойства соединений сталей перлитного класса, полученных сваркой трением в температурном интервале сверхпластичности // Сварочное производство. 2005. №1. С. 7-11.

48. Ellis C. Continuous drive friction welding of mild steel // Welding Journal. 1972. Vol. 51. P. 183.

49. Maldonando Z., North T., Altshuller B. Mechanical and metallurgical properties of MMC friction welds // Welding Journal. 1997. Vol. 76. Р. 367-373.

50. Meyer A. Friction hydro pillar processing - bonding mechanism and properties // GKSS - Forschungszentrum Geesthacht GmbH. 2003. Р. 132.

51. Futamata M., Fuji A. Friction welding of titanium and SUS 304L austenitic stainless steel // Welding International. 1972. Vol. 4. Р. 768-774.

52. Shinoda T., Tanada K., Katoh Y., Shimizi T. Study of thermal phenomena during friction welding and the mechanical properties of an aluminium alloy // Welding International. 1994. Vol. 8. Р. 349-353.

53. Красулин Ю. М. Взаимодействие металла с полупроводником в твердой фазе. - М.: Наука, 1971. - 119 с.

54. Каракозов Э. С. Сварка металлов давлением. - М.: Машиностроение, 1986. - 280 с.

55. Лариков Л. Н., Рябов В. Р., Фальченко В. М. Диффузионные процессы в твердой фазе при сварке. - М.: Машиностроение, 1975. - C. 192.

56. Kalsi. N. S., Sharma V. S. A statistical analysis of rotary friction welding of steel with varying carbon in workpieces // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2011. Vol. 57. P. 9-12.

57. Мурашкин М. Ю. Особенности структуры и механические свойства алюминиевого сплава 1570, подвергнутого интенсивной пластической деформации кручением / М. Ю. Мурашкин, А. Р. Кильмаметов, Р. З. Валиев // Физика металлов и металловедение. 2008. Т. 106, № 1. C. 93-99.

58. Рубцов В. Е. Одномерная модель неоднородного сдвига при трении скольжения / В. Е. Рубцов, С. Ю. Тарасов, А. В. Колубаев // Физ. мезомех. - 2012. Т. 15. № 4. С. 103-108.

59. Kato H. Friction-induced ultra-fine and nanocrystalline structures on metal surfaces in dry sliding / H. Kato, M. Sasase, N. Suiya // Tribology International. 2010. Vol. 43. P. 925-928.

60. Приймак Е. Ю., Яковлева И. Л., Атамашкин А. С., Степанчукова А. В. Эволюция микроструктуры в зоне термомеханического влияния сварных соединений среднеуглеродистых сталей в процессе ротационной сварки трением // Металловедение и термическая обработка металлов. 2020. № 12. С. 9-16.

61. Emre H. E., Kaçar R. Effect of Post Weld Heat Treatment Process on Microstructure and Mechanical Properties of Friction Welded Dissimilar Drill Pipe // Materials Research. 2015. Vol. 18. № 3. P. 503-508. DOI: 10.1590/15161439.308114.

62. Banerjee A., Ntovas M., Da Silva L., Rahimi S., Wynne B. Interrelationship between microstructure evolution and mechanical properties in inertia friction welded 8630 low-alloy steel // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2021. Vol. 21. Article number 149. DOI: 10.1007/s43452-021-00300-9.

63. Khadeer Sk. A., Babu P. R., Kumar B. R., Kumar A. S. Evaluation of friction welded dissimilar pipe joints between AISI 4140 and ASTM A 106 Grade B steels used in deep exploration drilling // Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 56. P. 197-205. DOI: 10.1016/i.imapro.2020.04.078.

64. Kumar A. S., Khadeer Sk. A., Rajinikanth V., Pahari S., Kumar B. R. Evaluation of bond interface characteristics of rotary friction welded carbon steel to low alloy steel pipe joints // Materials Science & Engineering A. 2021. Vol. 824. Article number 141844. DOI: 10.1016/j.msea.2021.141844.

65. Li P., Wang S., Xia Y., Hao X., Lei Z., Dong H. Inhomogeneous microstructure and mechanical properties of rotary friction welded AA2024 joints // Journal of Materials Research and Technology. 2020. Vol. 9. № 3. P. 5749-5760. DOI: 10.1016/nmrt.2020.03.100.

66. Nagaraj M., Ravisankar B. Effect of Severe Plastic Deformation on Microstructure and Mechanical Behaviour of Friction-Welded Structural Steel IS2062 // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2019. Vol. 72. P. 751-756. DOI: 10.1007/s12666-018-1527-1.

67. Jeffrey W. S., Thomas G. H., McColskey J. D., Victor F. P., Ramirez A. J. Characterization of mechanical properties, fatigue-crack propagation, and residual

stresses in a microalloyed pipeline-steel friction-stir weld // Materials and Design. 2015. Vol. 88. P. 632-642. DOI: 10.1016/j.matdes.2015.09.049.

68. Abdulstaar M. A., Al-Fadhalah K. J. Wagner L. Microstructural variation through weld thickness and mechanical properties of peened friction stir welded 6061 aluminum alloy joints // Materials Characterization. 2017. Vol. 126. P. 64-73. DOI: 10.1016/j.matchar.2017.02.011.

69. Mc Pherson N. A., Galloway A. M., Cater S. R., Hambling S. J. Friction stir welding of thin DH36 steel plate // Science and Technology of Welding & Joining. 2013. Vol. 18. P. 441-450. DOI: 10.1179/1362171813Y.0000000122.

70. Baillie P., Campbell S., Galloway A., Cater S. R., Mcpherson N. A. A Comparison of Double Sided Friction Stir Welding in Air and Underwater for 6mm S275 Steel Plate // International Journal of Chemical, Nuclear, Metallurgical and Materials Engineering. 2014. Vol. 8. P. 651-655. DOI: 10.13140/2.1.2306.2400.

71. Ericsson M., Sandstrom R. Influence of welding speed on the fatigue of friction stir welds, and comparison with MIG and TIG // International Journal of Fatigue. 2003. Vol. 25. № 12. P. 1379-1387. DOI: 10.1016/S0142-1123(03)00059-8.

72. Yamamoto Y., Ochi H., Sawai T., Ogawa K., Tsujino R., Yasutomi M. Tensile Strength and Fatigue Strength of Friction-Welded SUS304 Stainless Steel Joints-Evaluation of Joint Strength by Deformation Heat Input in Upset Stage and Upset Burn-Off Length // Journal of the Society of Materials Science Japan. 2004. Vol. 53. № 5. P. 512-517. DOI: 10.2472/jsms.53.512.

73. Paventhan R., Lakshminarayanan P. R., Balasubramanian V. Fatigue behaviour of friction welded medium carbon steel and austenitic stainless steel dissimilar joints // Materials and Design. 2011. Vol. 32. № 4. P. 1888-1894. DOI: 10.1016/j.matdes.2010.12.011.

74. Sahin M. Joining with friction welding of high speed and medium carbon steel // Journal of Materials Processing Technology. 2005. Vol. 168. № 2. P. 168-202. DOI: 10.1016/i.imatprotec.2004.11.015.

75. Атамашкин А. С., Приймак Е. Ю., Тулибаев Е. С., Степанчукова А. В. Предел выносливости и механизм разрушения фрикционных сварных

соединений геологоразведочных бурильных труб // Черные металлы. 2021. № 5. С. 33-38. DOI: 10.17580/chm.2021.05.06.

76. Belkahla Y., Mazouzi A., Lebouachera S. E. I., Hassan A. J., Fides M. Hvizdos P., Cheniti B., Miroud D. Rotary friction welded C45 to 16NiCr6 steel rods: statistical optimization coupled to mechanical and microstructure approaches // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 116. P. 2285-2298. DOI: 10.1007/s00170-021 -07597-z.

77. Selvamani S. T., Vigneshwar M., Nikhil M., Hariharan S. J., Palanikumar K. Enhancing the Fatigue Properties of Friction Welded AISI 1020 Grade Steel Joints using Post Weld Heat Treatment Process in Optimized Condition // Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 16-2. P. 1251-1258. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.05.222.

78. Mercan S., Aydin S., Özdemir N. Effect of welding parameters on the fatigue properties of dissimilar AISI 2205-AISI 1020 joined by friction welding // International Journal of Fatigue. 2015. Vol. 81. P. 78-90. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2015.07.023.

79. Barrionuevo G. O., Mullo J. L., Ramos-Grez J. A. Predicting the ultimate tensile strength of AISI 1045 steel and 2017-T4 aluminum alloy joints in a laserassisted rotary friction welding process using machine learning: a comparison with response surface methodology // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 116. P. 1247-1257. DOI: 10.1007/s00170-021 -07469-6.

80. Лукин В. И., Овсепян С. В., Ковальчук В. Г., Саморуков М. Л. Особенности ротационной сварки трением высокожаропрочного никелевого сплава ВЖ175 // Труды ВИАМ. 2017. № 12. С. 3-12. DOI: 10.18577/2307-60462017-0-12-1-1.

81. Fang Y., Jiang X., Mo D., Zhu D., Luo Z. A review on dissimilar metals' welding methods and mechanisms with interlayer // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 102. P. 2845-2863. DOI: 10.1007/s00170-019-03353-6.

82. Neumann A., Schober D. Reibschweißen von Metallen // Verlag Technik GmbH, Berlin, Germany. 1991. ISBN: 3-87155-124-4.

83. Grünauer H. Reibschweißen von Metallen // Ehningen bei Böblingen: expert. 1987. ISBN: 3-8169-0117-4.

84. Sathija P., Aravindan S., Noorul Haq A. Effect of Friction Welding Parameters on Mechanical and Metallurgical Properties of Ferritic Stainless Steel // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2007. Vol. 31. № 1112. Р. 1076-1082.

85. Selvamani S. T., Palanikumar K. Optimizing the friction welding parameters to attain maximum tensile strength in AISI 1035 grade carbon steel rods // Measurement. 2014. Vol. 53. P. 10-21.

86. Shanjeevi C., Satish Kumar S., Sathiya P. Evaluation of Mechanical and Metallurgical Properties of Dissimilar Materials by Friction Welding // International Conference on Design and Manufacturing. 2013. Vol. 64. Р. 1514-1523.

87. Kirik I., Özdemir N. Effect of Process Parameters on the Microstructure and Mechanical properties of Friction-Welded joints of AISI 1040/ AISI 304L Steels // Materials and technology. 2015. Vol 49. № 5. Р. 825-832.

88. D'Alvise L. Development of a Finite Element Model for the Simulation of the Inertia Friction Welding Process between Dissimilar Materials // Diss. L'Ecole Nationale Superieure Des Mines De Paris. 2002.

89. Grant B., Preuss M., Withers P. J., Baxter G., Rowlson M. Finite element process modelling of inertia friction welding advanced nickel-based superalloy // Materials Science and Engineering. 2009. Р. 366-375.

90. Fu L., Duan L. Y., Du S. G. Numerical Simulation of Inertia Friction Welding Process by Finite Element Method // Welding Journal, Welding Research Supplement. 2003. Vol. 3. Р. 65-70.

91. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др; под общ. ред. В. Г. Сорокина. - М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.

92. Humphreys F.J., Hatherly M. Recrystallisation and related annealing phenomena / F.J. Humphreys, M. Hatherly. — UK: Pergamon, 1996. — 658 p.

93. ГОСТ 9450-76. Измерение микротвёрдости вдавливанием алмазных наконечников. - М.: Издательство стандартов, 1993. - 33 с.

94. ГОСТ 6996-66. Сварные соединения. Методы определения механических свойств. - М.: Издательство стандартов, 1991. - 64 с.

95. Product-Manual for DaVis 8.1. - Gottingen, Germany: La Vision GmbH, 2013. - 338 p.

96. Кузьмина Е.А., Приймак Е.Ю., Кириленко А.С. Оптимизация параметров ротационной сварки трением разнородных сварных соединений среднеуглеродистых легированных сталей 30ХГСА и 40ХМФА // Металловедение и термическая обработка металлов. 2022. № 10. С. 52-59.

97. Kuzmina E., Priymak E., Firsova N. Influence of Forging Force on Tensile Strength of the 30KhGSA/40KhMFA Steels Welded Joints Made by Rotary Friction Welding // Key Engineering Materials. 2022. Vol. 910. Р. 180-186.

98. Использование метода математического планирования для оценки результатов сварки трением / В. П. Воинов, Л. С. Канель, Е. Н. Березина, Н. И. Гордиенко // Автоматическая сварка. 1973. №4. С. 20-21.

99. Применение математической статистики при анализе вещества / В. В. Налимов. - М. : Государственное издательство физико-математической литературы, 1960. - 425 с.

100. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С. В. Мельников, В. Р. Алешкин, П. М. Рощин. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л. : Колос. Ленингр. отд-ие, 1980. - 168 с., ил.

101. Грачев Ю. П., Плаксин Ю. М. Математические методы планирования эксперимента. - М. : ДеЛи принт, 2005. - 296 с.

102. Вознесенский В. А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. - М. : Статистика, 1981. - 264 с.

103. Жарский И. М. Планирование и организация эксперимента: учеб. пособие / И. М. Жарский, Б. А. Каледин, И. Ф. Кузьмицкий. - Минск : БГТУ, 2003. - 184 с.

104. Боровиков В. П. Программа STATISTICA для студентов и инженеров. - М.: КомпьютерПресс, 2001. - 299 с.

105. https://statsoft-statistica.ru/

106. Приймак Е. Ю., Яковлева И. Л., Терещенко Н. А. Степанчукова А.

B., Морозова А. Н. Эволюция структуры и механизм образования сварных соединений среднеуглеродистых сталей при ротационной сварке трением // Физика металлов и металловедение. 2019. Т.120. №11. С. 1187-1192.

107. Кузьмина Е. А., Приймак Е. Ю. Влияние силы проковки на формирование структуры и свойств сварных соединений из среднеуглеродистых сталей в процессе ротационной сварки трением // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2019. №2. С. 34-42.

108. Кузьмина Е. А., Приймак Е. Ю., Кириленко А. С., Сёмка Я. С. Влияние силы нагрева при ротационной сварке трением на механические свойства и механизм разрушения при растяжении разнородных сварных соединений сталей 30ХГСА и 40ХМФА // Черный металлы. 2022. №12. С. 49-57.

109. Приймак Е. Ю., Атамашкин А. С., Кузьмина Е. А. Характерные особенности строения зоны термомеханического влияния фрикционного сварного соединения из среднеуглеродистых легированных сталей // Актуальные задачи фундаментальных и прикладных исследований : материалы международной научно-практической конференции. - Оренбург: Издательство Оренбургского государственного университета, 2018. - С. 219-224.

110. Приймак Е. Ю., Яковлева И. Л. Степанчукова А. В., Атамашкин А.

C., Кузьмина Е. А Закономерности формирования структурно-текстурного состояния и развития рекристаллизационных процессов при ротационной сварке трением среднеуглеродистых легированных сталей // Физическое материаловедение: сборник материалов X Международной школы и LXIII Международной конференции - Тольятти: Изд-во ТГУ, 2021. - С. 159-160

111. Priymak E., Firsova N., Bashirova E., Sergienko S., Kuzmina E., Atamashkin A. Influence of Friction Pressure at a Given Burn-off Length on the Mechanical and Microstructural Properties of Welded Joints from Medium-Carbon

Alloyed Steels in Rotaty Friction Welding // Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems. 2019. Vol. 11. № 1. Р. 431-437.

112. Atamashkin A., Priymak E., Kuzmina E. Influence of Rotary Friction Welding Parameters on Tensile Strength and Length of TMAZ of Dissimilar Welded Joints from 32G2 and 40KhN Steels // Diffusion and Defect Data. Pt A Defect and Diffusion Forum. Vol. 410. (2021) p. 299-305.

113. Priymak E. Yu., Yakovleva I. L., Atamashkin A. S. et al. Evolution of Microstructure in the Thermomechanically Affected Zone of Welded Joints of Medium-Carbon Steels in the Process of Rotary Friction Welding // Metal Science and Heat Treatment. 2021. Vol. 62. P. 731-737.

114. Priymak E. Yu., Stepanchukova A. V., Bashirova E. V., Fot A. P., Firsova N. V. Special Features of Induction Annealing of Friction Stir Welded Joints of Medium-Alloy Steels // Metal Science and Heat Treatment. 2018. Vol. 59. № 9-10. P. 624-629.

115. Приймак Е. Ю., Лобанов М. Л., Беликов С. В., Карабаналов М. С., Яковлева И. Л. Закономерности формирования структуры и кристаллографической текстуры в сварных соединениях среднеуглеродистых легированных сталей в процессе ротационной сварки трением // Физика металлов и металловедение. 2022. Т. 123. № 6. С. 596-603.

116. Лобанов М. Л. Исследование специальных разориентаций в реечном мартенсите низкоуглеродистой стали методом ориентационной микроскопии / М. Л. Лобанов, [и др.] // ФММ. 2016. Т. 117. № 3. С. 278-283.

117. Kitahara H., Ueji R., Tsuji N., Minamino Y. Crystallographic Features of Lath Martensite in Low-Carbon Steel // Acta Mater. 2006. Vol. 54. P. 1279-1288.

118. Pereloma E. V., Fayez Al-Harbi, Gazder A. A. The crystallography of carbide-free bainites in thermo-mechanically processed low Si transformation-induced plasticity steels // J. Alloys Compd. 2014. Vol. 615. P. 96-110.

119. Gong W., Toyota Y., Paradowska A. M., Kelleher J. F., Zhang S. Y. Effects of ausforming temperature on bainite transformation, microstructure and variant selection in nanobainite steel // Acta Mater. 2013. № 61. P. 4142-4154.

120. Mandal S. A. Study on Microstructural Evolution and Dynamic Recrystallization During Isothermal Deformation of a Ti-Modified Austenitic Stainless Steel / S. Mandal, A.K. Bhaduri, V. S. Sarma // Metall. Mater. Trans. 2011. Vol. 42A. Р. 1062-1072.

121. Lobanov M. L., Krasnov M. L., Urtsev V. N., Danilov S. V., Pastukhov V. I. Effect of Cooling Rate on the Structure of Low-Carbon Low-Alloy Steel After Thermomechanical Controlled Processing // Metal Science and Heat Treatment. 2019.V. 61. I. 1-2. P. 32-38.

122. Рекристаллизация металлов и сплавов / С.С. Горелик [и др.] - М.: МИСИС. 2005. 432 с.

123. Dynamic and Post Dynamic Recrystallization under Hot, Cold and Severe Plastic Deformation / T. Sakai [and other] // Progress in Materials Science. 2014. Vol. 60 (1). - P. 130-207.

124. Humphreys F.J., Hatherly M. Recrystallization and Related Annealing Phenomena - Oxford. 1996. P. 497.

125. Dynamic recrystallization mechanisms operating under different processing conditions / A. Belyakov [and other] // Mater. Sci. Forum. 2012. Vol.706709. P. 2704-2709.

126. Gourdet S., Montheillet F. A Model of Continuous Dynamic Recrystallization // Acta Mater. 2003. Vol. 51. P. 2685-2699.

127. Атамашкин А.С. Структурообразование и механическое поведение фрикционных сварных соединений геологоразведочных бурильных труб: дис. ... канд. техн. наук: 2.6.1.: защищена 9.06.22: утв. 25.10.22. - Оренбург, 2022. 147 с.

128. Счастливцев В. М., Зельдович В. И. Физические основы металловедения / Екатеринбург: УрО РАН. 2015. 224 с.

129. Кузьмина Е. А., Приймак Е. Ю., Гладковский С. В., Вичужанин Д. И. Исследование деформационного поведения при растяжении разнородного сварного соединения сталей 30ХГСА-40ХМФА, полученного ротационной сваркой трением // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов: сборник тезисов докладов XXVI Уральской школы металловедов-термистов (Екатеринбург, 7-11 февраля 2022 г.). Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2022. С. 193-196.

ПРИЛОЖЕНИЕ

(справочное)

Акты реализации результатов работы и отзывы потребителей

о реализаций научно-исследовательской работы Кузьминой Елены Александровны на тему «Структура и механические свойства соединений разнородных сталей, полученных ротационной сваркой трен нем»

Настоящий акт удостоверяет, что научное исследование Кузьминой Елены Александровны, направленное на оптимизацию режимов ротационной сварки трением элементов бурильных труб из сталей ЗОХГСА {тело трубы) и 40ХМФА (замковая часть), обеспечивающих равнопрочность конструкций облегченных геологоразведочных бурильных труб, является актуальным для предприятия АО «Завод бурового оборудования», что обусловлено возрастающим спросом на данные трубы со стороны потребителей. Данные бурильные трубы необходимы для высокоскоростного алмазного бурения на твердые полезные ископаемые с целью освоения глубоких скважин и повышения энергоэффективности процесса бурения.

[[а основании полученных результатов исследований в условиях ДО «Завод бурового оборудования» (г. Оренбург) была изготовлена опытная партия бурильных труб НИрЬ и проведены их полевые испытания при бурении скважин глубиной до 2000 м п породах до XI-ой категории по бурим ости. Положительные результаты полевых испытаний опытной партии и высокий спрос на данную продукцию со стороны потребителей позволили предприятию АО «Завод бурового оборудования» в рамках имнортозамещення запустить в производство новую продукцию облегченных геологоразведочных бурильных труб по ТУ 3668-003-01423045-2009 и производить их серийно с 2022 года.

Высокая надежность линейки облегченных бурильных труб для бурения снарядом со съемным керноприемником из данного сочетания сталей подтверждена положительными отзывами потребителей.

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

Директор по исследованиям и разработке

Директор технический - заместитель генерального директора

Ю.А. Бондаренко

УТВЕРЖДАЮ Первый проректор

АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов научно-исследовательской работы в учебный процесс

Комиссия в составе директора Аэрокосмического института, д-ра техн, наук Сергеева А.И.; заведующего кафедрой материаловедения и технологии материалов (МТМ), канд. техн. наук Юршева В.И..; профессора кафедры МТМ, д-ра техн. наук Крыловой С.Е. составила настоящий акт о том, что результаты научно-исследовательской работы по теме «Структура и механические свойства соединений разнородных сталей, полученных ротационной сваркой трением», выполненной аспирантом кафедры МТМ Кузьминой Еленой Александровной* внедрены в учебный процесс кафедры МТМ ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет» при чтении курсов лекций по дисциплине «Технология сварочного производства в машиностроении» направления подготовки бакалавров 22.03.01 Материаловедение и технологии материалов.

Директор Аэрокосмнческого института, д-р техн. наук

Заведующий кафедрой материаловедения и технологии материалов, канд. техн. наук

В.И. Юршев

Профессор кафедры материаловедения и технологии материалов, д-р техн. наук

С.Е. Крылова