Структурообразование и механическое поведение фрикционных сварных соединений геологоразведочных бурильных труб тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Атамашкин Артём Сергеевич

• Атамашкин Артём Сергеевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Атамашкин Артём Сергеевич

1.2 Характеристика материалов, применяемых для изготовления бурильных труб

1.3 Ротационная сварка трением: история, технологии, оборудование, параметры сварки

1.4 Механизмы образования сварных соединений при РСТ

1.5 Механические свойства сварных соединений, полученных способом РСТ

1.6 Выводы по главе. Постановка цели и задач исследования

2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материалы исследования

2.2 Технология изготовления сварных соединений посредством РСТ

2.3 Послесварочная термическая обработка сварных соединений

2.4 Методики структурных исследований

2.5 Дюрометрические исследования

2.6 Методы механических испытаний

2.7 Выводы по главе

3 ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ СТАЛЕЙ 32Г2 И 40ХН, ВЫПОЛНЕННОГО РСТ

3.1 Исследование микроструктуры в ЗТМВ сварного соединения сталей 32Г2 и 40ХН с помощью оптической металлографии. Анализ распределения микротвердости

3.2 Механизм образования неразъемного соединения в контактной зоне сталей 32Г2 и 40ХН

3.3 Анализ эволюции микроструктуры в зоне термомеханического влияния сварного соединения на основании результатов ЕББЭ анализа

3.4 Механические свойства и деформационное поведение сварного соединения при испытании на статическое растяжение

3.5 Механические свойства и механизм разрушения сварного соединения в условиях многоцикловой усталости

3.6 Выводы по главе

4 ВЛИЯНИЕ ПОСЛЕСВАРОЧНОГО ОТПУСКА НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ СТАЛЕЙ 32Г2 И 40ХН

4.1 Исследование микроструктуры сварного соединения после отпуска с помощью оптической металлографии. Анализ изменения микротвердости

4.2 Влияние отпуска на механические свойства и деформационное поведение при испытании на статическое растяжение

4.3 Влияние отпуска на усталостную прочность и механизм разрушения сварного соединения в условиях многоцикловой усталости

4.4 Анализ эволюции микроструктуры в ЗТМВ стали 32Г2 при отпуске на основе результатов EBSD анализа

4.5 Выводы по главе

5 ОЦЕНКА НЕОБХОДИМОСТИ ПОВЫШЕНИЯ СВОЙСТВ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К КОНСТРУКЦИИ

ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ ТБСУ, ТБСН

5.1 Сопоставление свойств усталости сварного соединения сталей 32Г2 и 40ХН со свойствами усталости резьбового соединения конструкции бурильной трубы ТБСУ и ТБСН

5.2 Результаты испытаний опытных партий бурильных труб

5.3 Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структурообразование и механическое поведение фрикционных сварных соединений геологоразведочных бурильных труб»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Ротационная сварка трением (РСТ) -это родоначальник технологических решений создания неразъемных соединений посредством нагрева трением, которая на сегодняшний день является высокопроизводительной перспективной технологией, применяемой для создания конструкций в различных отраслях промышленности. Данный способ является основным для изготовления сварных соединений геологоразведочных бурильных труб (ГБТ) с приварными замковыми деталями, используемых в качестве инструмента при бурении скважин. Как известно, бурильные трубы для геологоразведки применяются для спуска в скважину и подъёма породоразрушающего инструмента, передачи вращения, создания осевой нагрузки на инструмент, подвода промывочной жидкости или сжатого воздуха к месту бурения. Тем самым они работают в сложных условиях механического нагружения, сочетающих преимущественное воздействие растягивающих, сжимающих и знакопеременных изгибающих нагрузок.

Трубы бурильные стальные универсальные (ТБСУ) являются самыми распространенными видами труб, используемыми для традиционного колонкового бурения. Согласно ГОСТ Р 51245-99 данные трубы выпускаются двух видов упрочнения: Н - нормализованные, соответствующие группам прочности Д и К; НЗ - нормализованные с поверхностной закалкой. Однако, потребность освоения более глубоких скважин и ужесточение условий бурения выдвигают необходимость в создании ГБТ более высокой прочности за счет применения трубных заготовок групп прочности Л и М по ГОСТ Р 50278-92 и совершенствования конструкции замковых соединений. В данных обстоятельствах, а также, учитывая отсутствие высаженных частей в конструкции ГБТ (толщина стенки в зоне сварного соединения равна толщине стенки трубы), зона сварного соединения становится одним из наиболее уязвимых мест конструкции, что требует более пристального внимания и подробных исследований, направленных на выявление механизмов структурообразования в

процессе РСТ замковой части с телом трубы и механического поведения сварного соединения в условиях нагрузок, имитирующих эксплуатационные.

Цель работы - установление механизмов формирования структуры в процессе РСТ среднеуглеродистых легированных сталей 32Г2 (группы прочности Л) и 40ХН, оказывающих влияние на механические свойства и механизм разрушения сварного соединения геологоразведочных бурильных труб в условиях статического и циклического нагружения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) исследовать структуру зоны термомеханического влияния (ЗТМВ) сварного соединения методами оптической и электронной микроскопии, ЕББЭ анализа, установить закономерности изменения структуры и фазовых превращений в результате воздействия термодеформационного цикла сварки;

2) оценить механические свойства и деформационное поведение сварного соединения при статическом растяжении, проанализировать развитие деформации и места зарождения трещины в образце со сварным соединением;

3) провести испытания на многоцикловую усталость, построить кривые усталости сварного соединения в сравнении с материалом тела трубы, определить пределы их выносливости;

4) оценить механизм разрушения сварного соединения в условиях циклического воздействия, выявить уязвимые места зоны сварного соединения, в которых произошло зарождение и развитие трещин усталости;

5) проанализировать влияние послесварочного отпуска на механические свойства и механизм разрушения сварного соединения в условиях статического и циклического нагружения во взаимосвязи с изменениями структуры, оценить целесообразность его проведения;

6) оценить необходимость в повышении механических свойств сварного соединения исследуемого сочетания сталей применительно к конструкции бурильных труб.

Объектом исследования является сварное соединение из среднеуглеродистых легированных сталей 32Г2 группы прочности Л согласно ГОСТ Р 50278-92 (тело трубы) и 40ХН (замковая часть), выполненное посредством РСТ.

Предметом исследования явились механизмы формирования структуры металла в зоне термомеханического влияния на различных масштабных уровнях, структурные изменения, оказывающие влияние на развитие трещин в условиях статического и циклического нагружения сварного соединения.

Научная новизна:

1. На основании всесторонних исследований микроструктуры сварного соединения с применением сканирующей электронной микроскопии и ЕББЭ анализа расширены и углублены представления о процессах структурообразования при РСТ среднеуглеродистых легированных сталей. Установлены основные механизмы рекристаллизации в контактной зоне и приконтактных областях сварного соединения.

2. На основании карт деформации, полученных методом корреляции цифровых изображений (КЦИ), установлены особенности развития деформации образцов со сварным соединением при статическом растяжении. Выявлено, что на начальных этапах растяжения деформация сосредотачивается вблизи зоны стыка привариваемых материалов. При дальнейшем растяжении деформация развивается со стороны стали 32Г2, включая зоны термомеханического влияния и основного материала, а на завершающем этапе локализуется в ЗТМВ данной стали, где и происходит разрушение.

3. Впервые проведены исследования усталостной прочности лабораторных образцов сварных соединений бурильных труб, выполненных посредством РСТ, при действии постоянного по величине изгибающего момента в рабочей части образца со сварным швом. Установлено снижение предела выносливости образцов сварных соединений относительно образцов из тела трубы на 5,5-31,7 %, при этом его значения находятся на уровне 43-47 % от временного сопротивления

материала тела трубы (стали 32Г2), что обеспечивает приемлемую усталостную прочность конструкции бурильной трубы со сварным швом.

4. Обнаружено негативное влияние послесварочного отпуска свыше температуры 400 °С на механические свойства сварного соединения сталей 32Г2 и 40ХН ввиду развития процессов возврата, полигонизации и рекристаллизации в ЗТМВ стали 32Г2, что явилось причиной снижения деформационной способности и усталостной прочности сварного соединения в целом.

Практическая значимость работы состоит в научно-обоснованной рекомендации к применению заготовки группы прочности Л (по ГОСТ Р 5027892) из стали 32Г2 для изготовления бурильных труб с приварными замковыми деталями из стали 40ХН без высаженной части в зоне сварного шва. Данные рекомендации были внедрены на предприятии АО «Завод бурового оборудования» для производства ТБСУ (Труб бурильных стальных универсальных) группы прочности Л для геологоразведки (ТУ 3668-00201423045-2008) и ТБСН (Труб бурильных стальных нестандартных) для бурения и капитального ремонта скважин (ТУ 3668-016-01423045-2014), что подтверждается актом внедрения.

Результаты исследования структуры, механических свойств и механического поведения сварного соединения, полученного РСТ, внедрены в образовательный процесс кафедры материаловедения и технологии материалов ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет» при чтении курсов лекций по направлению подготовки 22.03.01 Материаловедение и технологии материалов.

Содержание диссертации соответствует областям исследований паспорта научной специальности 2.6.1. (05.16.01) 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»; п. 3 «Теоретические и экспериментальные исследования влияния структуры (типа, количества и характера распределения дефектов кристаллического строения) на физические, химические, механические,

технологические и эксплуатационные свойства металлов и сплавов»; п. 5 «Теоретические и экспериментальные исследования влияния фазового состава и структурного состояния на зарождение и распространение трещин при различных видах внешних воздействий».

Положения, выносимые на защиту:

1) эволюция структуры и механизм образования сварного соединения сталей 32Г2 и 40ХН в процессе ротационной сварки трением (п. 2 паспорта научной специальности 2.6.1.);

2) механические свойства и деформационное поведение сварного соединения в условиях статического растяжения (п. 3 паспорта научной специальности 2.6.1.);

3) результаты испытаний на многоцикловую усталость сварного соединения сталей 32Г2 и 40ХН в сравнении с основным материалом стали 32Г2 (п. 3 паспорта научной специальности 2.6.1.);

4) влияние послесварочного отпуска на механические свойства и механизм разрушения сварных соединений в условиях растяжения и многоцикловой усталости (п. 5 паспорта научной специальности 2.6.1.).

Достоверность полученных результатов определяется использованием при проведении экспериментов современных методов исследований, новейших измерительных приборов и аппаратуры, а также воспроизводимостью и непротиворечивостью результатов, полученных различными методами, и обеспечена применением широко известного математического аппарата; корректностью постановки задач. Эксперименты проведены с должным количеством испытаний с использованием статистических методов оценки погрешности измерения.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на: заседаниях X международной школы «Физическое материаловедение» (г. Тольятти, 2021 г.); международной научно-технической конференции «Пром-Инжиниринг» (г. Сочи, 2021 г.); XX, XXII международных научно-технических Уральских школах-семинарах металловедов-молодых ученых (г. Екатеринбург,

2020, 2022 гг.); международных научно-технических конференциях «Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении» (г. Севастополь, 2018, 2019 гг.); XXIV Уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (г. Магнитогорск, 2018 г.); международной научно-практической конференции «Актуальные задачи фундаментальных и прикладных исследований» (г. Оренбург, 2018 г.); международной научно-практической конференции «Технология машиностроения и материаловедение» (г. Новокузнецк, 2018 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 «Исследование механического поведения фрикционных сварных соединений из среднеуглеродистых сталей при циклическом нагружении» (договор №19-3890079/19).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 6 - в изданиях из «Перечня...» ВАК, 7 - в изданиях, индексируемых в международных базах SCOPUS и Web of Science, 1 патент на изобретение.

Личный вклад автора заключается в формулировании задач, подготовке исходных материалов, проведении экспериментов, обобщении экспериментальных данных и сопоставлении их с известными литературными данными, формулировании выводов по результатам исследований. Все результаты, приведенные в диссертации, получены либо самим автором, либо при его непосредственном участии. Автором лично были представлены результаты проведенных испытаний и исследований в форме устных докладов на

конференциях. Обсуждение и интерпретация результатов проводились автором совместно с научным руководителем и соавторами публикаций.

Структура и объем работы. Работа содержит 147 страниц основного текста, 74 рисунка и 14 таблиц. Состоит из оглавления, введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 117 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность за помощь в проведении исследований генеральному директору АО «Завод бурового оборудования» Медведеву Александру Константиновичу, а также главному конструктору бюро по разработке бурового инструмента Тулибаеву Егору Сагитовичу и инженеру -испытателю Русову Юрию Александровичу за помощь в организации экспериментальной части и подготовке образцов для исследований.

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ ДЛЯ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ. ОБЗОР РОТАЦИОННОЙ СВАРКИ ТРЕНИЕМ КАК СПОСОБА СОЕДИНЕНИЯ ЗАМКОВОЙ ЧАСТИ С ТЕЛОМ ТРУБЫ

1.1 Условия эксплуатации и основные требования, предъявляемые к бурильным трубам для колонкового бурения

Одним из главных технических средств разведки месторождений твёрдых полезных ископаемых является колонковое бурение, которое позволяет извлекать из земных недр образцы горных пород (керн), наиболее точно описывать геологический разрез, определять условия залегания и запасы полезного ископаемого [1-4]. Также колонковое бурение широко применяется при оконтуривании залежей полезных ископаемых, в инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях, структурно-картировочных изысканиях при поисках нефтяных и газовых месторождений [5, 6].

Широкое распространение данный вид бурения получил по следующим причинам:

- позволяет извлекать из скважины пробы пород (керн), для дальнейшего их исследования, также позволяет вести бескерновое бурение;

- бурение скважины осуществляется под различными углами к горизонту, различным породоразрушающим инструментом в породах любой твёрдости и устойчивости;

- при бурении скважин малых диаметров на большую глубину, применяется относительно лёгкое оборудование;

- может применяться при бурении как с поверхности, так и в горных выработках [7, 8].

В системе буровая установка - забой скважины, наиболее важным звеном является бурильная колонна, от надежности которой зависит производительность

и безаварийность буровых работ. Она является связующим звеном между породоразрушающим инструментом, работающим на забое, и буровой установкой, находящейся у устья скважины [9].

Главными функциями бурильной колонны является передача необходимого осевого усилия на породоразрушающий инструмент для внедрения разрушающих элементов в породу и крутящего момента для преодоления сил сопротивления со стороны забоя. Помимо этого, колонна бурильных труб является каналом для подведения к породоразрушающему инструменту очистного агента, с помощью которого осуществляется очистка забоя от продуктов разрушения и удаления их на поверхность, а также для охлаждения породоразрушающего инструмента [1, 2].

Колонну бурильных труб можно представить как упругую систему, которая в процессе бурения испытывает нагрузки, меняющиеся не только по величине, но и по направлению, к тому же эти нагрузки неодинаковы в разных частях колонны [2].

Напряжения растяжения пропорциональны весу бурильной колонны и изменяются по её длине, достигая максимальных значений у устья скважины. Значение напряжений сжатия зависят от передаваемого осевого усилия на забой скважины. Наличие в скважине промывочной жидкости создаёт добавочное сложное трехосное напряжение в материале труб.

В результате передачи крутящего момента от вращателя буровой установки к породоразрушающему инструменту в бурильной колонне возникают напряжения кручения.

Под действием центробежных сил изменяется форма оси бурильной колонны, что приводит к возникновению напряжений изгиба. Но прочность бурильных труб при изгибе зависит не только от величины изгибающих напряжений, но и от их характера. В зависимости от прямолинейности и интенсивности искривления скважины колонна бурильных труб может вращаться либо относительно оси скважины, либо относительно своей собственной оси. В последнем случае материал труб, если они искривлены, будет испытывать переменные напряжения, обратно пропорциональные величине радиуса кривизны

изогнутой оси колонны. При этом увеличение частоты вращения бурильной колонны приводит к увеличению частоты переменных напряжений, что значительно снижает прочность бурильных труб.

Под действием вышеописанных факторов вращающаяся колонна принимает волнообразную форму, стрела прогиба которой ограничивается стенками скважины. Длина волн изогнутой оси колонны уменьшается от устья к забою и одновременно увеличиваются напряжения, сопутствующие деформации изгиба.

Поэтому в процессе глубокого бурения верхнее сечение бурильной колонны является наиболее опасным в отношении совместного растяжения и кручения. Нижнее сечение колонны испытывает максимальные значения напряжений от совместного воздействия сжатия, изгиба и реакции опоры забоя скважины.

Помимо перечисленных факторов, бурильная колонна в процессе работы подвергается случайным и периодическим нагрузкам, носящим динамический характер, также при высоких скоростях вращения в бурильной колонне может возникать вибрация [2, 10].

Но поскольку бурение - это достаточно капиталоёмкий процесс, поэтому, не смотря на все вышеописанные факторы, бурильная колонна должна обеспечивать реализацию проектного режима бурения, доведения скважины до проектной глубины без осложнений и аварий с высокими технико -экономическими показателями бурения. Для достижений этих целей бурильная колонная должна обладать высокой надёжностью, одним из способов достижений которой является обеспечение надёжности составных элементов колонны -бурильных труб [9].

Номенклатура бурильных труб широка, однако, в России и странах ближнего зарубежья в колонковом бурении наиболее широкое распространение получили трубы бурильные стальные универсальные (ТБСУ) ГОСТ Р 51245-99 [11]. Трубы ТБСУ были разработаны СКБ «Геотехника» совместно с АО «Завод бурового оборудования» взамен стальных труб ниппельного (СБТН) и муфтовозамкового (СБТМ) соединения и сочетают преимущества тех и других:

гладкую наружную поверхность с прочностью, удобством и быстротой свинчивания.

ТБСУ представляет собой сварную конструкцию (рисунок 1.1), состоящую из замковых деталей (муфта и ниппель) и тела трубы, соединяемых между собой посредством ротационной сварки трением (РСТ) [11]. Они применяются при поиске и разведке на твердые полезные ископаемые и воду, для бурения скважин колонковым и бескерновым способом твердосплавными и алмазными коронками, долотами всех видов, в том числе с применением забойных гидро- и пневмоударников, при инженерно-геологических изысканиях, в строительстве, бурении дегазационных скважин в угольных шахтах. Кроме того, эти трубы применяются при капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин, удалении парафиновых и гидратных пробок, промывке труб НКТ, а также для проведения геофизических изысканий при поиске и разведке нефти и газа [10, 11].

Резьб а Муфта ^ Сворка трением Труба Ниппель Резьба

\ 1 \ 1 /,- -с) 1 ~7- / 1 ' 1г1

У/////Л ' ///а/ / ; / л 11 - —^ 1 '////¿¿¿¿М

\\\ 1 Л

А / А(у&еличЕнный)

Рисунок 1.1 - Труба бурильная стальная универсальная

В соответствии с [12] предусмотрено 7 групп прочности бурильных труб: Д, К, Е, Л, М, Р и Т с временным сопротивлением от 637 до 1078 МПа (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Нормы механических свойств бурильных труб, не менее

Наименование механических свойств Нормы механических свойств из стали группы прочности, не менее

Д К Е Л М Р Т

Временное сопротивление ав, МПа 637 687 735 784 882 980 1078

Предел текучести ат, МПа 373 490 539 637 735 882 980

Относительное удлинение, 55, % 16 12 12 12 12 12 12

Ударная вязкость KCV при 20 °С Дж/м2 39,2 39,2 39,2 39,2 39,2 29,4 29,4

Однако, для труб ТБСУ согласно [11] предусмотрены следующие виды упрочнения:

Н - нормализованные; У - улучшенные;

НЗ — нормализованные с поверхностной закалкой; УЗ - улучшенные с поверхностной закалкой.

При этом механические свойства тела трубы и сварного соединения должны соотвутствовать указанным в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Механические свойства тела трубы и сварного соединения бурильных труб ТБСУ [11]

Наименование Нормы по видам упрочнения, не менее

механических НЗ УЗ

свойств Н У Сердцевина Наружная поверхность Сердцевина Наружная поверхность

1 2 3 4 5 6 7

Временное

сопротивление ав, 686 862 686 862

МПа

Продолжение таблицы 1.2

1 2 3 4 5 6 7

Предел текучести ат, МПа 490 755 490 755

Относительное удлинение, 55, % 12 11 12 - 11 -

Твердость материала ШГ - 26 - 45 26 47

В настоящее время, предприятие АО «Завод бурового оборудования» производит бурильные трубы ТБСУ в соответствии с ТУ 3668-002-01423045-2008 [13]. Согласно данному документу, механические свойства тела трубы и сварного соединения должны соответствовать указанным в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Механические свойства тела трубы и сварного соединения бурильных труб ТБСУ [13]

Наименование механических свойств Нормы механических свойств из стали группы прочности, не менее

Сталь 45 Д К Е Л

Временное сопротивление ав, МПа 539 655 687 689 724

Предел текучести ат, МПа 323 379 491 517 655

Относительное удлинение, 55, % 16 16 12 12 12

Ударная вязкость KCV при 20 °С Дж/м2 49 69 69 69 39,2

Стоит отметить, что на данный момент бурильные трубы ТБСУ производятся с упрочнением видов Н и НЗ в соответствии с [11] и до группы прочности Е в соответствии с [13]. Постановки на производство труб с упрочнением вида У в соответствии с [11] и группы прочности Л в соответствии с [13] не осуществлялась. Это объясняется затруднениями, связанными с

обеспечением равнопрочной конструкции зоны сварного шва с телом трубы ввиду отсутствия высаженной части конструкции бурильных труб ТБСУ и воздействия термодеформационного цикла сварки, оказывающего влияние на структуру и свойства предварительно улучшенной заготовки.

Однако, освоение новых месторождений, характеризующихся большей глубиной залегания пород, и ужесточение горно-геологических условий бурения выдвигает потребность в производстве бурильных труб вышеуказанных видов упрочнения. Необходимо обеспечить более высокую прочность как самого тела трубы, так и зоны сварного шва, по сравнению с нормализованным состоянием. В связи с этим, необходимо применение трубных заготовок, предварительно подвергшихся улучшению (закалке и высокому отпуску).

Очевидно, что для обеспечения равнопрочной конструкции зоны сварного шва с телом трубы после сварки необходимо изменение технологии производства бурильных труб. Объемную термическую обработку всей трубной заготовки, включая зону сварного шва, необходимо производить после сварки замковой части во избежание возникновения новых зон термического влияния. Однако, для реализации такого решения требуется техническое перевооружение предприятий, производящих данный вид продукции, что будет способствовать значительному ее удорожанию.

Поэтому, в первом приближении необходимо всестороннее исследование свойств сварного соединения непосредственно после сварки в условиях нагрузок, имитирующих эксплуатационные, и понимание необходимости дополнительного упрочнения зоны сварного шва.

1.2 Характеристика материалов, применяемых для изготовления бурильных труб

Согласно [11] в качестве материала трубной заготовки должна использоваться сталь 36Г2С. По согласованию с заказчиком трубная заготовка может быть изготовлена из стали 45.

Приварные замки должны быть изготовлены из стали 40ХН, механические свойства которой после закалки и отпуска должны соответствовать указанным в таблице 1.4 [11, 13].

Таблица 1.4 - Механические свойства приварных замков после объемной термической обработки [11, 13]

Наименование механических свойств Нормы механических свойств, не менее

Временное сопротивление ав, МПа 882

Предел текучести ат, МПа 686

Относительное удлинение 55, % 15

Ударная вязкость KCU при 20 °С Дж/м2 118

Твердость материала Н^ 26

Однако, как показывает практика, марка стали трубных заготовок выбирается изготовителем по технико-экономическим соображениям предприятий-поставщиков (исходя из конкретного состава оборудования и технологических возможностей производства заготовки). Поэтому основным критерием поставки является обеспечение заданных механических свойств, указанных в таблицах 1.2 и 1.3.

При производстве высокопрочных труб в России и многими фирмами за рубежом в качестве базовой применяется марганцовистая сталь (например, 32Г2

или 32Г2С), при необходимости дополнительно легированная хромом, молибденом ванадием и другими элементами. Как правило, содержание углерода в ней не превышает 0,35 %, а марганца 1,45 % во избежание закалочных трещин и сильно выраженной ликвации в заготовке. Уровень получаемых свойств зависит от плавочного состава стали (характеризуемого коэффициентом крепости и для марганцовистой стали, выражаемого через % С + 0,25 % Мп) и температуры отпуска. Влияние указанных факторов на механические свойства труб из стали 32Г2 представлено на рисунке 1.2, а кумулятивные кривые изменения прочностных свойств в зависимости от коэффициента крепости стали 32Г2 для двух интервалов температур отпуска - на рисунке 1.3.

Рисунок 1.2 - Влияние коэффициента крепости стали 32Г2 и температуры отпуска (цифры у кривых, °С) на прочностные характеристики [14]

Рисунок 1.3 - Кумулятивные кривые изменения прочностных свойств в зависимости от коэффициента крепости и температуры отпуска для стали 32Г2

аЛ;ст, МПа

0,60 0,62 0,64 0/,б 0,(>й 0,70 0,72 0,74 Коэффициент крепости, % С+0,25 % Мп

588 686 784 882 <Ж>

ад;сгг, МПа

6

Из кумулятивных кривых следует, что обеспечение нормируемых значений прочностных характеристик, особенно предела текучести, даже в одной плавке затруднительно; при таких колебаниях плавочного химического состава по углероду (0,30-0,35 %) требуется индивидуальный подбор температуры отпуска для каждой плавки. Ориентировочные режимы термической обработки труб из стали 32Г2 для получения разных групп прочности представлены в таблице 1.5.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Атамашкин Артём Сергеевич, 2022 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Воздвиженский Б.И., Волков С.А., Волков А.С. Колонковое бурение. -М.: Недра, 1982. - 360 с.

2. Воздвиженский Б.И., Сидоренко А.К., Скорняков А.Л. Современные способы бурения скважин. - М.: Недра, 1970. - 352 с.

3. Михайлов Н.Д. Техническое проектирование колонкового бурения - М.: Недра, 1985. - 199 с.

4. Марамзин А.В., Блинов Г.А. Алмазное бурение на твердые полезные ископаемые - Л.: Недра, 1977. - 247 с.

5. Рекомендации по бурению скважин в мёрзлых грунтах при инженерно-геологических изысканиях для строительства - М.: Стройиздат, 1974. - 81 с.

6. Рекомендации по производству буровых работ при инженерно -геологических изысканиях для строительства - М.: Стройиздат, 1970. Стройиздат 79 с.

7. Стрик Ю.Н., Ильяш В.В. Бурение разведочных скважин - Воронеж, 2004.

- 62 с.

8. Воздвиженский Б.И., Голубинцев О.Н., Новожилов А.А. Разведочное бурение - М.: Недра, 1979. - 510 с.

9. Технология бурения нефтяных и газовых скважин : учебник для студентов вузов : в 5 т. / под общ. ред. В. П. Овчинникова - Тюмень : ТюмГНГУ, 2014. - Т. 1, - 568 с.

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

11. ГОСТ Р 51245-99. Трубы бурильные стальные универсальные. Общие технические условия. - М.: Изд-во Стандартов, 1999. - 15 с.

12. ГОСТ 631-75. Трубы бурильные с высаженными концами и муфты к ним. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2010. - 19 с.

13. ТУ 3668-002-01423045-2008 Трубы бурильные стальные универсальные.

- Введ. 2018-01-04. - РОСТЕХРЕГУЛИРОВАНИЕ, 2018. - 20 с.

14. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна: справочное издание в 3 т. / Супов А.В. [и др.]; под общ. редакцией А.Г. Рахштадта, Л.М. Капуткиной, С.Д. Прокошкина, А.В. Супова. - М.: Интермет Инжиниринг, 2007. -Т. 3.

15. Острин Г.Я., Стрижак В.И., Белоярцев О.Б. Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1975. - № 5. - С. 38

16. Исследование влияния режимов термической обработки на структуру и механические свойства горячекатаных труб, изготовленных из стали 32Г2/ В.В. Ивашко [и др.] // Литье и металлургия. - 2011. - № 4 (63). - С. 108-114.

17. Исследование влияния режимов скоростной термической обработки на структуру и механические свойства трубной стали 32Г2 / А.И. Гордиенко [и др.] // Литье и металлургия. - 2012. - №1 (64). - С. 43-47.

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. 5. -P. 1557-1560.

19. Li W.Y., Vairis А., PreussM., Ma T.J. Linear and rotary friction welding review // Int. Mater. - 2016. - Rev. 61. P. 71-100.

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

21. Andrew Y. C. Solid state welding processes in manufacturing / Handbook of manufacturing engineering and technology // Springer London. - 2015. - P. 569-592.

22. Виль В.И. Сварка металлов трением. - М.: Машиностроение, 1970. - 176

с.

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

24. Mahmoud B.M. M. Effects of Thermal and Mechanical Treatments on the Fatigue Performance of Friction Welded Joints: dis ...p.h.d. - Clausthal University of Technology, 2018. - 179 p.

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

26. Vairis А. High frequency liner friction welding: dis ...p.h.d. - University of Bristol, 1997. - 227 p.

27. Valve operating meohanism : patented № 517,807 USA. 03.04. 1894.

28. 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.

29. Особенности ротационной сварки трением гранулированного жаропрочного никелевого сплава ВЖ178П/ А.М. Волков [и др.] // Сварочное производства. - 2020. - №10. -С. 40-45.

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

31. The use of rotational friction welding for manufacture of exploration drill pipes: Industrial experience and research / E.Yu. Priymak [and other] // Chernye Metally. - 2020. - No. 4. - P. 37-42.

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

33. Зяхор И.В., Завертанный М.С., Черннобай С.В. Линейная сварка трением металлических материалов // Автоматическая сварка. - 2014. - №12. - С. 29-36.

34. Хуснуллин А.М., Кашаев Р.М. Управление линейной сваркой трением // Письма о материалах. - 2016. - №3. Т.6 - С. 227-230.

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

36. Pinheiro G., Meyer А., dos Santos J. A literature review on friction welding, GKSS Internal Report // Materials Research - Joining Technology. - 2000. - P. 1-47.

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

38. Effect of Burn-Off Length for Friction Welded Dissimilar Joints of Inconel 718 and SS410 / P. Anitha1 [and other] // Journal of Advances in Mechanical Engineering and Science. - 2018. - Vol. 4(1). - P. 30-37.

39. Dixon R. Introduction to solid-state welding // Welding Brazing and Soldering ASM Handbook. - 1995. - Vol. 6. - P. 141-142.

40. Wang G.L. Study on the friction interface evolution during rotary friction welding of tube / G.L. Wang, [and other] // Journal of Adhesion Science and Technology. - 2019. - Vol. 33(10). - P. 1033-1046.

41. Linnert G. Welding metallurgy carbon and alloy steels // Fundamentals, (AWS, Miami, Florida). - 1994. - Vol. 1. - P. 1-940.

42. Cam G., Kocak M. Progress in joining of advanced materials // GKSS Report: GKSS. - 1998. - 98/E/55.

43. Котлышев Р.Р., Чуларис А.А., Людмирский Ю.Г. Гипотеза образования соединения при сварке трением с перемешиванием // Сварка и диагностика. -2010. - №4. - С. 31-35.

44. Айнбиндер С. Б. Холодная сварка металлов. - Рига. АН Лат.ССР, 1957.

45. Кораб Г. Н., Касаткин Б. Г., Назарчук А.Т. Образование физического контакта при сварке без оплавления // Автоматическая сварка. - 1968, - №2.

46. Семёнов А. П. Схватывание металлов. - М.: Машгиз, 1958.

47. Parks J. M. Recristallisation welding // Welding Journal. - 1953. - №5.

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

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

50. Inhomogeneous microstructure and mechanical properties of rotary friction welded AA2024 joints / P. Li [and other] // J Mater Res Technol. - 2020. - Vol. 9(3). -P. 5749-5760. https://doi.org/10.1016/i.imrt.2020.03.100

51. Nagaraj M., Ravisankar В. Effect of Severe Plastic Deformation on Microstructure and Mechanical Behaviour of Friction-Welded Structural Steel IS2062 // Trans Indian Inst Met. - 2019. - Vol 72. - P 751-756. https://doi.org/10.1007/s12666-018-1527-1

52. Inter-relationship between microstructure evolution and mechanical properties in inertia friction welded 8630 low-alloy steel / A. Banerjee [and other] // Archives of Civil and Mechanical Engineering. - 2021. - Vol. 21(149). - P. 148-167. https://doi.org/10.1007/s43452-021-00300-9

53. Evaluation of bond interface characteristics of rotary friction welded carbon steel to low alloy steel pipe joints / A.S. Kumar [and other] // Materials Science & Engineering A 824. - 2021. - Vol. 824. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141844

54. Study on the Effect of Energy-Input on the Joint Mechanical Properties of Rotary Friction-Welding / G. Wang [and other] // Metals. - 2018. - Vol 8(11). https://doi: 10.3390/met8110908

55. Mumin S., Erol Akata H., Gulmez T. Characterization of mechanical properties in AISI 1040 parts welded by friction welding // Materials Characterization. -2007. - Vol 58(10). - P. 1033-1038. https://doi:10.1016/j.matchar.2006.09.008

56. Tylecote R.F. The solid phase welding of metals / R.F. Tylecote [red.] -Edward Arnold Ltd. London : sn, 1968. - 154 p.

57. A review on dissimilar metals' welding methods and mechanisms with interlayer / Y. Fang [and other] // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2019. - 102. - P. 2845-2863. https://doi.org/10.1007/s00170-019-03353-6

58. Evaluation of friction weld interface of aluminum to austenitic stainless steel joint / S. Fukumoto [and other] // Mater. Sci. Technol. - 1997. - vol. 13. - P. 679-686.

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

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

61. 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.

62. Liu L., Ren D., Liu F. A review of dissimilar welding techniques for magnesium alloys to aluminum alloys // Materials. - 2014. - 7(5). - P. 3735-3757.

63. Сароян А.С. Теория и практика работы бурильной колонны. - М.: Недра, 1990. - 263 с.

64. Медведев А.В., Филимонов Н.Ю. Механизмы усталостного разрушения сварных соединений // Техника и технология современных производств. Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. - 2019. С. 67-74.

65. Повреждения бурильных труб в процессе эксплуатации / А.П. Корчагин [и др.] // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. - 2016. № 6. С. 20-23.

66. Emre H.E., Ka?ar R. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University. - 2013. - Vol. 28, №2. - P. 417-426.

67. Evaluation of tensile strength and fatigue strength of SUS304 stainless steel friction welded joints / H. Ochi [and other] // Proceedings of the Thirteenth International Offshore and Polar Engineering Conference, Honolulu, Hawaii, USA. -2003. - P. 25-30.

68. Sahin M. Joining with friction welding of high speed and medium carbon steel / J. Mater // Process Technol. - 2005. - 10. - P. 168-202.

69. Characterization of mechanical properties, fatigue-crack propagation, and residual stresses in a microalloyed pipeline-steel friction-stir weld / W. Jeffrey [and other] // Materials and Design. - 2015. - 88. - P. 632-642.

70. Fatigue crack growth in round bars for rock anchorages / J. Toribio [and other] // The role of residual stresses. Procedia Struct, Integr. - 2016. - 2. - P. 27342741.

71. Benachoura M., Benachoura N., Benguediab M. Effect of compressive residual stress generated by plastic preload on fatigue initiation of 6061 Al-alloy // Procedia Struct. Integr. - 2016. - 2. - P. 3090-3097.

72. Citarella R. Numerical-experimental crack growth analysis in AA2024-T3 FSWed butt joints // Adv. Eng. Softw. - 2015. - 80. - P. 47-57.

73. Emre H.E., Ka?ar 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: http://dx.doi.org/10.1590/1516-1439.308114

74. Enhancing the Fatigue Properties of Friction Welded AISI 1020 Grade Steel Joints using Post Weld Heat Treatment / S.T. Selvamani [and other] // Materials Today: Proceedings. - 2019. - Vol. 16. - P. 1251-1258.

75. Effect of Post-weld Heat Treatment on Properties of Friction Welded Joint Between TC4 Titanium Alloy and 40Cr Steel Rods / D. Honggang [and other] // Journal of Materials Science and Technology. - 2015. - Vol. 31. - P. 962-968.

76. Damodaram R., Ganesh Sundara Raman S., Prasad Rao K. Effect of post-weld heat treatments on microstructure and mechanical properties of friction welded alloy 718 joints // Materials and Design. - 2014. - Vol. 53. - P. 954-961. http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2013.07.091

77. Chaitanya S., Dheerendra K.D., Pradeep K. Effect of post weld heat treatments on microstructure and mechanical properties of friction stir welded joints of Al-Zn-Mg alloy AA7039 // Materials and Design. - 2013. - Vol. 43. - P. 134-143. http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2012.06.018

78. Vysotskiy I., Malopheyev S., Mironov S. Investigation of an early stage of the abnormal grain growth in the friction-stir welded 6061-T6 aluminum alloy // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 1014 (2021) 012025 doi:10.1088/1757-899X/1014/1/012025

79. ГОСТ 8233-56. Сталь. Эталоны микроструктуры. - М.: Издательство стандартов, 2004. - 5 с.

80. ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. - М.: Издательство стандартов, 2003. - 16 с.

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

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

83. Панин С. В., Сырямкин В.И., Любутин П.С. Оценка деформации твердых тел по изображениям поверхности // Автометрия. 2005. Т. 41, № 2. С. 44 -58.

84. Способ неразрушающего контроля механического состояния объектов и устройство для его осуществления : пат. 2126523 Рос. Федерация. 96121085/28; заявл. 28.10.96; опубл. 20.02.99, Бюл. № 5.

85. Токарев М. П., Маркович Д.М., Бельский А.В. Адаптивные алгоритмы обработки изображений частиц для расчета мгновенных полей скорости // Вычислительные технологии. - 2007. - Т. 12, № 3. -С. 109-131.

86. Application of an optimized digital correlation method to planar deformation analysis / M. A. Sutton [and other] // Image and vision computing. - 1986. - Vol. 4. № 3. - P. 143-151.

84. ГОСТ 25.502-79 Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость. - М.: Издательство стандартов, 2012 - 25 с.

85. Степнов М.Н., Шаврин А.В. Статистические методы обработки результатов механических испытаний: Справочник. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 2005. - 400 с.

86. Evolution of Microstructure in the Thermomechanically Affected Zone of Welded Joints of Medium-Carbon Steels in the Process of Rotary Friction Welding / E.Y. Priymak [and other] // Metal Science and Heat Treatment. - 2021, - Vol. 62(6) -P. 731-737.

87. Предел выносливости и механизм разрушения фрикционных сварных соединений геологоразведочных бурильных труб / А.С. Атамашкин [и др.] // Черные металлы. - 2021. - №5. -С. 33-38.

88. Садовский В.Д. Структурная наследственность в стали. - М.: Металлургия, 1973. - 208 с.

89. Texture inheritance on phase transition in low-carbon, low-alloy pipe steel after thermomechanical controlled processing / M.L. Lobanov [and other] // Steel Trans. - 2017. - Vol. 60. (11). - P. 710-716.

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

91. Котлышев Р.Р., Чуларис А.А., Людмирский Ю.Г. Гипотеза образования соединения при сварке трением с перемешиванием // Сварка и диагностика. -2010. - №4. - С. 31-35.

92. Evolution of the Structure and Mechanism of the Formation of Welded Joints of Medium-Carbon Steels upon Rotary Friction Welding / E.Y Priymak [and other] // Physics of Metals and Metallography. - 2019. - Vol. 120 (11). - P. 1091-1096.

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

94. 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.

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

96. Dynamic recrystallization mechanisms operating under different processing conditions / A. Belyakov [and other] // Mater. Sci. Forum. - 2012. - Vol.706-709. - P. 2704-2709.

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

98. Micro and macro texture evolution during multiaxial forging of a WE43 magnesium alloy / A. Salandari-Rabori [and other] // J. Alloys Compd. - 2018. -Vol.739 - P. 249-259.

99. Структура и механические свойства высокоуглеродистой стали, подвергнутой интенсивному деформационному воздействию / Э.С. Горкунов [и др.] // Физика металлов и металловедение. - 2017. - Т.118. №10. - С. 1055-1064.

100. Unveiling the formation of basal texture variations based on twinning and dynamic recrystallization in AZ31 magnesium alloy during extrusion / M.G. Jiang [and other] // Acta Mater. - 2018. - Vol.157. - P. 53-71.

101. Tikhonova M., Belyakov A., Kaibyshev R. Strain-induced grain evolution in an austenitic stainless steel under warm multiple forging // Materials Science and Engineering A. - 2013. - Vol. 564. - P. 413-422

102. 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. http: //dx.doi. org/ 10.1016/j.measurement.2014.03.008

103. Emre H.E., Ka?ar R. Fatigue behavior of friction welded drill pipes. // Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University. - 2013, -Vol. 28 (2). - P. 417-426.

104. Фрактодиагностика разрушения металлических материалов и конструкций : учебное пособие для ВУЗов / Г.В. Клевцов [и др.]. - М.: Изд-во Московского института стали сплавов, 2007 - 264 с.

105. Земзин В.Н., Шрон Р.З. Термическая обработка сварных соединений -М.: Машиностроение, 1978. - 367 с.

106. Хромченко Ф.А., Корольков П.М. Технология и оборудование для термической обработки сварных соединений - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 200 с.

107. Residual Stresses and Microstructural Features of Rotary-Friction-Welded from Dissimilar Medium Carbon Steels / E. Priymak [and other] // Physics of Metals and Metallography. - 2020. - Vol. 121, No. 13. - P. 1339-1346.

108. Атамашкин А.С., Приймак Е.Ю., Фирсова Н.В. Влияние послесварочного отпуска на механическое поведение фрикционных сварных соединений среднеуглеродистых сталей при испытании на одноосное растяжение // Вопросы материаловедения. - 2020. - № 2 (102). - С. 40-49.

109. Атамашкин А.С., Приймак Е.Ю. Влияние послесварочного отпуска на механическое поведение фрикционных сварных соединений сталей 32Г2 и 40ХН в условиях многоцикловой усталости // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. - 2021. - №3 (57) - С. 7-18.

110. Сароян А.С. Теория и практика работы бурильной колонны. - М.: Недра, 1990. - 263 с.

111. Медведев А.В., Филимонов Н.Ю. Механизмы усталостного разрушения сварных соединений // Техника и технология современных производств. Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. - 2019. - С. 67-74.

112. Повреждения бурильных труб в процессе эксплуатации / А.П. Корчагин [и др.]// Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. -2016. - № 6. - С. 20-23.

113. ГОСТ 25.504-82 Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости. Ростехрегулирование, 1982. - 55 с.

114. ТУ 3668-016-01423045-2014 Трубы бурильные нестандартного ряда. Ростехрегулирование, 2014. 40 с.

115. Головин Г.Ф., Замятин М.М. Высокочастотная термическая обработка: Вопросы металловедения и технологии. - Л.: Машиностроение, 1990. - 239 с.

116. Кидин И.Н. Термическая обработка стали при индукционном. - М. : Металлургиздат, 1950. - 316 с.

117. Способ термической обработки зоны сварного соединения бурильных труб : пат. 2726209 Рос. Федерация. № 2019142136; заявл. 18.12.19; опубл. 09.07.2022, Бюл. №19.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

Результаты усталостных испытаний цельных образцов из стали 40ХН

Таблица П.1 - Результаты усталостных испытаний цельных образцов из стали 40ХН

№ ашах, МПа Ш06, цикл

1 0,096

2 601,8 0,044

3 0,085

4 0,185

5 571,7 0,142

6 0,123

7 0,185

8 541,7 0,196

9 0,214

10 0,524

11 535,6 0,625

12 0,345

13 1,344

14 526,7 0,924

15 0,836

16 5,625

17 517,6 2,345

18 8,657

19 0,835

20 511,6 1,321

21 2,657

22 10,986*

23 496,5 10,358*

24 11,245*

*Испытание прекращено

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(справочное)

Акты внедрения результатов работы и отзывы потребителей

внедрения результатов научно-исследовательской работы A.C. Атамашкина «Структурообразование и механическое поведение фрикционных сварных соединений геологоразведочных бурильных труб»

Настоящий акт удостоверяет, что в условиях АО «Завод бурового оборудования» (г. Оренбург) аспирантом Оренбургского государственного университета Атамашкиным Артемом Сергеевичем были изготовлены экспериментальные образцы сварных соединений в сочетании сталей группы прочности JI марки 32Г2 и 40XH, полученных с применением оборудования для сварки трением Thompson-60. В результате проведенных Атамашкиным A.C. исследований микроструктуры и механических свойств сварных соединений установлено, что сталь группы прочности JI марки 32Г2 может быть применена в качестве тела бурильных труб ТБСУ (ТУ 3668002-01423045-2008) и ТБСН (ТУ 3668-016-01423045-2014), обеспечивая надежную конструкцию в зоне сварного шва без последующей термической обработки, что отражено в техническом решении предприятия.

Полученные результаты приняты к внедрению при производстве бурильных труб ТБСУ и ТБСН группы прочности JI различных типоразмеров, что позволило получить экономический эффект, заключающийся в:

- снижении себестоимости продукции за счет в отмены операции термической обработки зоны сварного шва;

- увеличении выручки предприятия в данном рыночном сегменте в 1,4 раза по итогам 2020 г. за счет расширения номенклатуры производимой продукции.

Опытом эксплуатации доказана высокая надежность бурильных труб ТБСУ и ТБСН из данного сочетания сталей, что в свою очередь подтверждено положительными отзывами потребителей.

УТВЕРЖДАЮ 1альный директор ?о оборудования» А.К. Медведев ^ 2021 г.

АКТ

Директор по исследованиям и разработке

Главный конструктор бюро по разработка бурового инструмента

Начальник технического отдела

Е.С. Тулибаев

Е.А. Кузьмина

С.А. Кривов

УТВЕРЖДАЮ Первый проректор ВО «Оренбургский !&ный университет» îlL? C.B. Нотова

2022 г.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов научно-исследовательской работы в учебный процесс

Комиссия в составе директора Аэрокосмического института (АКИ), д.т.н. Сердюка А.И.; заведующего кафедрой материаловедения и технологии материалов (МТМ), к.т.н. Юршева В.И.; профессора кафедры МТМ, д.т.н. Крыловой С.Е. составила настоящий акт о том, что результаты научно-исследовательской работы по теме «Структурообразование и механическое поведение фрикционных сварных соединений геологоразведочных бурильных труб», выполненной аспирантом -афсдры МТМ Атамашкиным Артемом Сергеевичем, внедрены в учебный процесс кафедры МТМ АКИ ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет» при чтении курсов лекций по дисциплине «Технология сварочного производства в машиностроении» для направления подготовки бакалавров 22.03.01 -«Материаловедение и технологии материалов».

Директор Аэрокосмического института, д.т.н., профессор

А.И. Сердюк

Заведующий кафедрой материаловедения и технологии материалов, к.т.н., доцент

В.И. Юршев

Профессор кафедры материаловедения и технологии материалов, д.т.н., профессор

С.Е. Крылова

¿¡»ГАЗПРОМ

v_л,"жд ли 1,13

ФИЛИАЛ «КРАСНОДАР БУРЕНИЕ» ООО «ГАЗПРОМ БУРЕНИЕ»

Олибрьсмя ул., д 133. г Красчздар. РФ, 350000. гел.: (Б61| 279-12-03. факс. {861} 279-12-04 ИННЛПО №03026481^30302001. ОГРН 1026900020319. ОКЛО 00156251

Генеральному дирек тору ОАО «Завод бурового оборудования» А.К. Медведеву

от

Отзыв филиала "Краснодар бурение1 ООО "Газпром бурение"

Уважаемый Александр Константинович!

Филиалом «Краснодар бурение» ООО «Газпром бурение» с 21.09.2018 г. проводились работы по ликвидации гидратной пробки на скважине Р-124 Западно-Тамбейского месторождения полуострова Ямал с использованием КОПС и ТБСУ-43x6 Л другого производителя.

При производстве данных работ произошли 2 слома ниппеля ТБСУ-43. Аварийные секции груб в интервале 219-520м и 520-797,25м.

ОАО «Завод бурового оборудования» в кротчайшие сроки поставил в адрес филиала «Краснодар бурение» трубу бурильную ТВСУ 43x6 4700 Л, изготовленную по согласованным с филиалом чертежам, с высокими техническими требованиями для ликвидации аварий.

До 29.11.2018 г. были извлечены обе аварийные секции труб из скважины.

До 14.02.2019 г. проведены работы по растеплению скважины и гравитационному замещению.

При использовании оборудования производства ОАО «Завод бурового оборудования» аварийных ситуаций не возникало. Максимальная глубина спуска ТБСУ 43x6 - 698м.

ОАО "Завод бурового оборудования" зарекомендовал себя как производитель качественного бурильного инструмента, способный в кратчайшие сроки изготовить и поставить продукцию на отдаленные месторождения в Российской Федерации.

инженер

Исполнитель: Туганов А.В. (861)2791203 доб 51298 [e-mail]

Заместитель директора - главный

.1