Die Analyse der Schweißbarkeit von Mn-V-legiertem Stahl für Bremsnaben

Mit der Entwicklung und Anwendung einer Vielzahl von Ultra-Tiefbrunnenbohrgeräten wird die Belastung des Hubsystems des Bohrgerätes immer höher und die Anforderungen an die Sicherheit und Stabilität des Zugwerksbremssystems werden immer höher. Üblicherweise besteht das Zugwerksbremssystem aus einer Hauptbremse und einer Hilfsbremse. Als wichtigste Kraftkomponente der Hauptbremse des Zugwerksbremssystems von Bohr- und Überholplattformen sind Bremsnaben starken Belastungen ausgesetzt und können leicht beschädigt werden. Nehmen Sie als Beispiel wassergekühlte Riemenbremsen. Während des Betriebs der Bohranlage kann die Oberflächentemperatur der Bremsnabe ab dem Ende des Bremsvorgangs 650 °C erreichen. Unter der Wirkung des internen zirkulierenden Wassers sinkt die Temperatur der Bremsnabe schnell ab, die abwechselnd taktet. Das Material der Bremsnabe bildet bei thermischer Wechselbeanspruchung durch die Anhäufung von Leerstellen einen Schildkrötenriss; Gleichzeitig nimmt die Härte bei hohen Temperaturen ab, die Reibpaarungen lösen sich leicht auf und die Oxidationsrate des Materials steigt, wodurch die Verschleißrate erhöht wird. Die Bremsnabe funktioniert unter gekühlten und erhitzten Bedingungen, und die Hauptversagensarten sind Oberflächenrisse durch thermische Ermüdung und Verschleiß.

Um die Anforderungen des ultratiefen Bohrens zu erfüllen, wurde viel Arbeit geleistet, um übermäßigen Verschleiß und thermische Ermüdungsrisse der Bremsnabe des Zugwerks zu bewältigen. Einerseits wird durch technologische Innovation die Verschleißfestigkeit des Materials verbessert und die Lebensdauer der Bremsnabe verlängert. Beispielsweise wird auf die Q345A-Matrize eine Schicht aus verschleißfestem Material auftragsgeschweißt, um die Verschleißfestigkeit der Bremsnabe zu verbessern, oder es wird stattdessen eine Gussstruktur verwendet und durch Schmieden wird eine dichtere, feinere und gleichmäßigere Struktur erhalten, wodurch eine Verbesserung erreicht wird die Verschleißfestigkeit des Materials. Auf der anderen Seite neue verschleißfeste Materialien und Verbundwerkstoffe entwickeln, wie z. B. die Zugabe von Seltenen Erden zu Cr-Mo-Stahl, um die Verschleißfestigkeit und Wärmefestigkeit der Bremsnabe zu verbessern und die Lebensdauer der Bremsnabe zu erhöhen. Die Produktionseffizienz des Oberflächenbehandlungsverfahrens ist jedoch gering, und es wird normalerweise nur als Größenreparatur verwendet, nachdem die Bremsnabe abgenutzt ist; das Schmieden der Bremsnabe erfordert eine umfangreiche Ringwalzausrüstung, und der Erwärmungsprozess wird erhöht, was die Produktionskosten erhöht; Cr-Mo-Stahl enthält Edelmetalle, was die Materialkosten erhöht. Daher ist es von großer technischer Bedeutung, ein neuartiges kostengünstiges, hochverschleißfestes gegossenes Bremsnabenmaterial zu entwickeln, um die Lebensdauer der Bremsnabe zu verlängern.

Die in diesem Artikel verwendete Mn-V-Legierung ist ein neues Material, das unabhängig von einem inländischen Erdölausrüstungsunternehmen entwickelt wurde. Es hat eine gute thermische Festigkeit und Verschleißfestigkeit und kann die Anforderungen des Einsatzes von Bremsnaben unter erschwerten Arbeitsbedingungen erfüllen. Gute wirtschaftliche Vorteile. Durch Untersuchungen des Autors und Ölfeldstatistiken wurde jedoch festgestellt, dass die Schweißverbindungen dieses Materials im Langzeiteinsatz anfällig für Risse sind, was die Anwendung dieses Materials in gewissem Maße beeinträchtigt. Dieser Artikel analysiert die Schweißproben des Materials, um die Schweißleistung des Materials zu verbessern.

Die Versuchstafel besteht aus alkalischem Phenolharz-Sandguss. Der Anteil an Harzsand beträgt 1.6 % Harz, 0.4 % Härter, der Rest ist Sand. Der Sand ist eine Mischung aus Neusand und Altsand, das Verhältnis Neusand zu Altsand beträgt 1:3. Nach dem Schneiden der Steigleitung wird der Guss bei 1100℃ normalisiert. Die normalisierende Hitzeerhaltungszeit beträgt 6 Stunden. Nach dem Normalisieren wird der Gussrohling zu einer Testplatte von 530 mm × 180 mm × 25 mm mit einer 60°-V-Nut und unter Verwendung von 1.2 mm JQ•MG50-6-Schweißdraht für das MSG-Mehrlagen-Mehrlagenschweißen bearbeitet. Die Probe vor dem Schweißen auf 150°C vorheizen, die Zwischenschichttemperatur so einstellen, dass sie 300°C nicht überschreitet, und nach dem Schweißen langsam abkühlen.

Nachdem die Bremsnabe mit Mn-V-Stahl verschweißt wurde, weist die Fügestelle eine gewisse Härtbarkeit auf, was leicht zu einem spröden Bruch der Fügestelle führen kann. Nach dem Schweißen wird die Verbindung einer Alterungsbehandlung unterzogen, die plastische Zähigkeit der Schweißverbindung wird verbessert und die umfassenden mechanischen Eigenschaften der Verbindung werden durch die Verstärkung der zweiten Phase und die feinkörnige Verstärkung verbessert. Nach 500-minütiger Alterung bei 30 °C erhielt die Probe die besten mechanischen Eigenschaften mit einer Streckgrenze von 560 MPa und einer Zugfestigkeit von 715 MPa. Die Wärmeeinflusszone ist das schwache Glied der gesamten Verbindung, und die Zugproben brechen alle in der Wärmeeinflusszone der Schweißverbindung. Die Alterungsbehandlung der Bremsnabe nach dem Schweißen kann die plastische Zähigkeit der Verbindung verbessern, und die Verbindung wird nach der Alterung von Sprödbruch zu duktilem Bruch. Wenn die Alterungstemperatur 300 °C überschreitet und die Alterungszeit 30 Minuten beträgt, manifestiert sich dies als plastischer Bruch.

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