Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия:

А. С. Атамашкин, аспирант

Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия¹ ; АО «Завод бурового оборудования», Оренбург, Россия²:

Е. Ю. Приймак, доцент кафедры материаловедения и технологии материалов¹, зав. лабораторией металловедения и термической обработки², канд. техн. наук, эл. почта: e.prijmak@zbo.ru

АО «Завод бурового оборудования», Оренбург, Россия:

Е. С. Тулибаев, главный конструктор бюро по разработке бурового инструмента
А. В. Степанчукова, ведущий инженер-металловед, канд. техн. наук

Приведены результаты испытаний на многоцикловую усталость лабораторных образцов сварных соединений геологоразведочных бурильных труб в сочетании сталей 32Г2 группы прочности Л (тело трубы) с 40ХН (замковая часть) и цельных образцов материала тела трубы. Для соединения замковой части с телом трубы применяли ротационную сварку трением. Испытания на многоцикловую усталость проводили согласно ГОСТ 25502 на испытательной машине с двухопорным креплением вращающегося образца при действии постоянного крутящего момента. Проведена математическая обработка результатов усталостных испытаний, получены уравнения ли нейной регрессии, построены кривые усталости, определены пределы выносливости σ_–1 сварных и цельных образцов с учетом относительной погрешности уравнений регрессии. На основании металлографического анализа выявлены уязвимые места в сварных соединениях, в которых произошло зарождение и развитие трещин усталости. Приведены фрактограммы, которые иллюстрируют механизм усталостного разрушения цельных и сварных образцов. Показано, что развитие усталостной трещины в образцах со сварным соединением происходит с большей долей микропластической деформации. Установлено, что ротационная сварка трением тела трубы из стали 32Г2 группы прочности Л и замковой части из стали 40ХН способствует несущественному снижению предела выносливости сварных соединений относительно тела трубы, обеспечивая его значение на уровне 43–47 % временного сопротивления стали 32Г2. Полученные данные предполагают безаварийную работу зоны сварного соединения в колонне бурильных труб из стали 32Г2 группы прочности Л с приварными замками из стали 40ХН.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-38-90079.

1. Сароян А. С. Теория и практика работы бурильной колонны. – М. : Недра, 1990. – 263 с.
2. 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.
3. Корчагин А. П., Климов В. В., Баринова Н. В., Мурашов А. О. Повреждения бурильных труб в процессе эксплуатации // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2016. № 6. С. 20–23.
4. ГОСТ Р 51245–99. Трубы бурильные стальные универсальные. Общие технические условия. – М. : Изд-во Стандартов, 1999. – 15 c.
5. ГОСТ Р 50278–92. Трубы бурильные с приваренными замками. Технические условия. – М. : Стандартинформ, 2010. – 28 с.
6. 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.
7. Li W. Y., Vairis A., Preuss M., Ma T. J. Linear and rotary friction welding review // Int. Mater. Rev. 2016. Vol. 61. P. 71–100.
8. Maalekian M. Friction welding — critical assessment of literature // Sci. Technol. Weld Joining. 2007. Vol. 12. P. 738–759.
9. Priymak E., Firsova N., Bashirova E., Sergienko S., Kuzmina E. 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. 01. P. 431–437.
10. 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.
11. Ивашко В. В., Кириленко О. М., Вегера И. И., Семенов Д. А. Исследование влияния режимов термической обработки на структуру и механические свойства горячекатаных труб, изготовленных из стали 32Г2 // Литье и металлургия. 2011. № 4 (63). С. 108–114.
12. ГОСТ 4543–71. Прокат из легированной конструкционной стали. – Введ. 01.01.1973.
13. ГОСТ 10006–80. Трубы металлические. Методы испытания на растяжение. – Введ. 01.07.1980.
14. ГОСТ 25502–82. Объективы. Методы определения фотографической разрушающей способности. – Введ. 01.01.1984.
15. ГОСТ 9450–76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. – Введ. 01.01.1977.
16. Степнов М. Н., Шаврин А. В. Статистические методы обработки результатов механических испытаний : Справочник. 2-е изд., испр. и доп. – М. : Машиностроение, 2005. – 400 с.
17. Priymak E. Y., Yakovlev 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.