某井S135钢级钻杆腐蚀失效原因

某井S135钢级钻杆在钻进约2 395 m时发生腐蚀失效。采用宏观形貌、断口形貌观察,显微组织分析,化学成分、硬度、腐蚀产物成分测试对其失效原因进行了分析。结果表明:该钻杆的失效方式为腐蚀疲劳失效,钻杆内壁的氧含量偏高及内壁加厚过渡带区域存在应力集中,导致加厚过渡带区域发生严重点蚀,点蚀坑底部萌生疲劳裂纹并扩展,最终钻杆失效;建议使用内壁带防腐涂层的钻杆,并在钻井液中添加缓蚀剂,降低溶解氧对内壁的腐蚀作用,同时优化井深结构,减缓内壁加厚过渡带区域的应力集中。     

某定向井φ139.7mm钻杆接头刺漏原因

某定向井在钻井作业时发生钻杆接头刺漏事件,采用显微组织、断口形貌观察,化学成分、力学性能测试等方法分析了刺漏原因。结果表明:钻杆在服役过程中受到较大的弯曲应力,其内螺纹接头18°吊卡台肩根部产生应力集中,同时台肩根部存在周向划痕,导致疲劳裂纹萌生并扩展;钻杆钻进过程中,弯曲应力增大,裂纹扩展速率加快,刺穿整个壁厚导致刺漏。建议优化钻杆结构,并严格控制钻杆加工工艺,避免产生划痕,同时减缓台肩根部的应力集中。     

V150高强度钻杆刺穿的原因

V150高强度钻杆在某直井服役过程中于其加厚过渡带消失处出现刺穿现象,采用宏观形貌观察、磁粉探伤、微观形貌观察、化学成分分析、力学性能测试、有限元分析等方法对钻杆进行了失效分析。结果表明：该钻杆刺穿的原因为腐蚀疲劳。钻井液存在溶解氧和一定含量Cl^-,且pH较低,钻杆加厚过渡带区域因应力集中而产生严重氧腐蚀,并形成周向分布的密集点蚀坑;服役时钻杆跳钻严重,周期性的振动导致钻杆加厚过渡带消失处点蚀坑底部的较大应力集中效应产生周期性变化,并使得钻杆发生共振现象,从而加剧了点蚀坑底部疲劳裂纹的萌生及扩展,并最终导致钻杆刺穿。     

方钻杆内螺纹接头刺漏原因分析

通过宏观观察、显微组织观察、化学成分分析、力学性能试验和断口分析等方法,对方钻杆内螺纹接头的刺漏原因进行了分析.结果表明:方钻杆内螺纹接头发生了疲劳失效,疲劳裂纹不断扩展至穿透壁厚,造成其发生刺漏.钻具振动及水龙头转动过程中发生的甩动引起与之连接的方钻杆上产生的交变弯曲应力,是导致方钻杆内螺纹接头最末几扣螺纹根部应力集中严重处发生疲劳失效的主要原因.     

139.7mm加重钻杆外螺纹接头断裂原因分析

为查明某井139.7 mm加重钻杆外螺纹接头的断裂原因,对断口进行了宏观和微观分析,对材料进行了化学成分分析、力学性能试验和金相分析,并进行了有限元分析等。结果表明:加重钻杆断裂属于腐蚀疲劳断裂;断裂主要原因是加重钻杆接头内径大于标准规定值,降低了加重钻杆外螺纹接头断裂扭矩和抗拉载荷,在疲劳载荷与腐蚀介质作用下,腐蚀疲劳裂纹首先在加重钻杆外螺纹接头危险截面部位螺纹牙底萌生,随后在载荷作用下裂纹不断扩展,进一步降低了接头的强度,最终发生了断裂事故。     

应力比对S135钻杆钢腐蚀疲劳行为的影响

利用疲劳试验机和扫描电镜研究了在弱碱性介质(质量分数为3.0%的KCl溶液)中不同应力比R(0.1,0.3,0.5,0.7)对S135钻杆钢腐蚀疲劳行为的影响,并得到了该钻杆钢腐蚀疲劳裂纹扩展表达式和疲劳裂纹临界撕裂点的应力强度因子幅值ΔK与R的关系式。结果表明:随着R的增大,试样裂纹扩展临界撕裂点和最终撕裂点对应的ΔK逐渐减小(R和临界撕裂点的ΔK值之间呈明显的线性关系),试样的腐蚀疲劳裂纹扩展速率增大,腐蚀疲劳相对寿命减小,裂纹开裂由疲劳条带扩展机制转化为解理扩展机制。     

腐蚀对新型高强度铝合金疲劳裂纹萌生机制及扩展行为的作用

根据编制的某机场环境加速试验谱,通过腐蚀试验模拟飞机服役过程中遭受的潮湿空气、盐雾、二氧化硫、酸雨和干/湿交变等严酷条件的侵蚀作用,采用飞机主承力结构新型高强度铝合金7B04-T74,制备单边缺口拉伸(Single edge notch tension, SENT)试样进行预腐蚀和疲劳试验,分析不同程度腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生、裂纹扩展行为和疲劳寿命的影响,揭示腐蚀对裂纹萌生及扩展行为的作用机理。结果表明,在腐蚀初期,疲劳裂纹萌生源主要为单个蚀孔,裂纹扩展路径较为平直;随着腐蚀程度的加重,在多个蚀孔处同时萌生多条小疲劳裂纹,萌生疲劳裂纹的蚀孔具有隧道效应,扩展路径不规则,形成“之”字形裂纹;疲劳裂纹萌生机制是材料第二相与腐蚀损伤之间相互竞争的结果;腐蚀导致疲劳寿命显著降低,尤其是裂纹萌生寿命,腐蚀12年试验件裂纹萌生寿命仅为未腐蚀试验件裂纹萌生寿命的2.2%。     

LY12CZ铝合金在人工海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

采用腐蚀疲劳试验方法,研究了LY12CZ铝合金在人工海水(3.5%Na Cl溶液)中腐蚀疲劳裂纹的扩展规律,分析了载荷频率、应力比以及人工海水p H对裂纹扩展速率的影响,并借助扫描电镜对其断口形貌进行了观察。结果表明:随载荷频率、人工海水p H的降低,腐蚀疲劳裂纹扩展速率会显著加快,应力比则主要影响腐蚀疲劳近门槛值区的裂纹扩展;在中性人工海水中阳极溶解对裂纹加速扩展起主导作用;随人工海水p H的降低,裂尖氢置换反应加剧,裂尖材料氢损伤对裂纹扩展的加速效应逐渐显现。     

钻杆内加厚过渡段表面裂纹的断裂性能研究

钻井过程中,井口附近的钻杆往往受到最大的拉力和扭矩,受力条件恶劣。钻杆加厚过渡带处应力集中比较严重,其内加厚过渡区消失点是疲劳裂纹萌生乃至刺漏、断裂事故发生的危险部位。以某超深直井井口附近的G105钻杆实际受力为背景,建立外表面含横向半椭圆表面裂纹的内加厚过渡段的有限元模型,数值研究拉力和扭矩组合作用下裂纹体的断裂性能。在不同的拉力扭矩载荷比条件下,得到裂纹扩展至不同深度时的临界形状比,拟合出无因次应力强度因子随裂纹扩展的变化规律,为研究拉扭组合作用下钻杆的疲劳寿命提供依据。     

力学-电化学交互作用下E690钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率理论模型

基于腐蚀疲劳中力学-电化学交互作用过程的能量转换,利用能量守恒、电化学热力学及腐蚀电化学原理,研究在腐蚀疲劳体系中动能、势能以及阳极溶解电化学能的变化,建立E690高强钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率理论模型,并通过腐蚀疲劳裂纹扩展试验验证该理论模型的准确性。结果表明：质量分数3.5%NaCl溶液会加速E690高强钢疲劳裂纹初期的扩展,降低疲劳寿命,应力比的提高会明显加速腐蚀疲劳裂纹扩展,同时降低裂纹扩展门槛值;理论模型计算得到疲劳裂纹扩展速率与试验结果基本吻合,相对误差小于10%,说明该模型可以很好地描述E690高强钢的腐蚀疲劳裂纹扩展行为。     

汽轮机末级叶片断裂原因分析

对某汽轮机的叶片断口进行了描扫电镜形貌观察和元素能谱分析,结果表明该叶片是疲劳腐蚀失效。叶片是由于疲劳腐蚀产生微裂纹,在交变应力和氯离子作用下加速裂纹扩展,造成最终断裂,引起腐蚀的原因主要是蒸汽中存有氯、氧等介质。     

考虑运动状态时全井段钻柱疲劳裂纹扩展寿命计算研究

旋转钻进中钻柱既自转又反转,当其通过弯曲段或大间歇环空段时,偏心反转引起较大的弯曲应力,在复合载荷作用下常造成钻柱疲劳损伤。因此,钻柱疲劳寿命预测对钻柱的合理使用及损伤评估有重要价值。本文以全井段钻柱为研究对象,考虑了其进动与反进动状态,通过摩阻/扭矩分析确定了其轴向载荷及扭矩,并运用动力学观点分析了钻柱在不同井眼环空下的弯曲应力,由此计算出了全井段钻柱的合成应力,并结合Paris公式得出了钻柱疲劳寿命的计算方法。最后,编写了计算全井段钻柱受力和疲劳裂纹扩展寿命的计算机软件。算例表明,该方法能客观地反映井身结构、钻具组合及钻柱运动状态对钻柱疲劳裂纹扩展寿命的影响。     

腐蚀环境对飞机梁结构连接件疲劳寿命和裂纹扩展的影响

借助腐蚀环境谱与疲劳载荷谱交替作用来模拟沿海飞机停放-飞行-停放过程。以飞机梁结构连接件的下壁板为主要研究对象,采用标记载荷法和详细目视检测法监测其裂纹的扩展状况,并采用GE5显微镜观测断口形貌。分析了腐蚀环境对梁结构连接件疲劳寿命与裂纹扩展的影响。试验结果表明:在形成穿透裂纹的初始阶段,试验件受到表面的防护漆以及连接处的密封胶保护,腐蚀环境在该阶段对梁结构连接件的疲劳寿命影响不明显,与非腐蚀试验相比, 该阶段的寿命仅缩短了5.5％;在穿透裂纹的扩展阶段,腐蚀环境加速了穿透裂纹的扩展过程,同时还加剧了穿透裂纹扩展过程的分散性,与非腐蚀试验相比,穿透裂纹的扩展寿命缩短了23.1％。     

导齿盖腐蚀疲劳裂纹分析

导齿盖材料为42CrMo中碳调质钢,零件经过渗锌热处理表面防护。该零件在海洋性气候环境下服役过程中发生腐蚀疲劳开裂,裂纹位于其侧面与上表面相交的棱边处,此处为导齿盖暴露面,裂纹源区存在腐蚀坑等较明显的腐蚀特征。采用宏微观形貌分析、能谱分析、化学成分检测、金相组织分析和力学性能分析等手段对导齿盖裂纹进行了检测分析,得出结论：导齿盖服役环境中存在S、Cl等腐蚀性元素介质,对零件的暴露面造成了腐蚀,导齿盖在使用过程中受到交变载荷作用,发生了腐蚀疲劳,超出了材料腐蚀疲劳极限,导齿盖疲劳裂纹不断扩展进而失效。     

受电弓疲劳裂纹扩展特性及寿命预测研究

通过有限元软件建立受电弓三维有限元模型,结合断裂分析软件Franc3D研究受电弓上框架尾部疲劳裂纹的扩展特性,并对常温、大气环境以及腐蚀环境下疲劳裂纹扩展寿命进行预测.结果 表明:当受电弓上框架尾部已产生2 mm的表面裂纹时,继续扩展至表面长度约为15 mm时将会穿透管壁;对于常温、大气环境,疲劳裂纹从2 mm的表面裂纹扩展为50 mm的穿透裂纹所对应的运行里程约为24万公里;在腐蚀环境下,表面裂纹扩展至相同长度对应的运行里程约为3.19万公里.     

CO_2-Cl~-共存腐蚀介质中油管钢腐蚀疲劳裂纹扩展性能研究

油管服役环境中常存在Cl~-、CO_2等腐蚀性介质,它们会导致油管壁面产生点蚀坑。这些点蚀坑成为受交变载荷油管发生疲劳损伤的疲劳源。以现场用油管钢13Cr为研究对象,选取CO_2-Cl~-腐蚀介质为环境工况,在标准CT试样上进行腐蚀疲劳裂纹扩展实验。分别测量大气环境下、含有Cl~-溶液中及含有CO_2-Cl~-共存环境下的油管钢13Cr的腐蚀疲劳裂纹扩展速率。对比分析这三种腐蚀工况下油管钢13Cr疲劳裂纹扩展速率的变化规律。结合断口形貌分析,探索CO_2-Cl~-共存腐蚀介质中,油管钢13Cr的腐蚀疲劳失效机理。     

发动机排气阀的开裂原因

对开裂的发动机排气阀的宏观形貌、显微组织、晶粒度、化学成分、硬度、断口形貌以及腐蚀产物相组成进行研究,并对其开裂原因进行了分析。结果表明:排气阀的开裂为疲劳断裂;疲劳裂纹源位于堆焊层中,由于堆焊工艺操作不当造成显微孔洞;排气阀的堆焊层中及阀基体的固溶体晶界处存在大量碳化物,导致其性能严重下降,在工作载荷的作用下裂纹很容易自显微孔洞处扩展最终形成开裂;腐蚀产物主要为氧化锌、磷酸盐和硫酸盐类等。     

高产气井油管用13Cr-L80钢的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

用复合磷酸盐完井液对取自13Cr-L80钢油管的紧凑拉伸试样进行预腐蚀处理,再进行疲劳裂纹扩展试验,通过分析疲劳裂纹扩展区形貌,研究了应力比(0.05～0.25)、加载载荷(10～14 kN)和载荷频率(0.6～1.8 Hz)对腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明：随应力比增大,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量增多,13Cr-L80钢的裂纹扩展速率增大;随加载载荷增大,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量减少,裂纹扩展速率减小;载荷频率越高,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量越少,但裂纹尖端应变速率增大,裂尖变形更充分,导致裂纹扩展加快,试验中止时的循环次数减少。     

S135钻杆钢在H_2S环境中的腐蚀疲劳行为

对S135钻杆钢在空气和H_2S环境中进行了不同应力幅下的疲劳试验,得到了不同条件下的疲劳寿命,并应用回归分析方法得到了该钻杆钢在不同环境中的疲劳寿命公式,分析了其疲劳断裂机制。结果表明:在空气环境中,试验钢呈现明显的疲劳极限特征;在H_2S环境中,相同当量应力幅下试验钢的疲劳寿命比在空气环境中的低,且在很低的当量应力幅下仍会发生断裂,不存在疲劳极限;在不同环境和不同当量应力幅下,试验钢的疲劳裂纹均萌生于试样表面或靠近表面处,裂纹源区以解理断裂为主;在空气环境中,裂纹扩展区以疲劳条带为主要特征,在H_2S环境中,裂纹扩展区以解理平面和解理台阶为主要特征,在其解理平面上存在大量的二次裂纹,具有氢脆断裂的特征。     

加载频率对航空铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

提出腐蚀疲劳频率影响因子概念,建立了考虑加载频率影响的LC9铝合金腐蚀疲劳裂纹扩展速率模型,并进行了试验验证。结果表明:腐蚀疲劳频率影响因子随加载频率的变化可以用指数形式表达,能够反映出加载频率对于腐蚀疲劳裂纹扩展的影响;腐蚀损伤会显著降低裂纹扩展门槛值;基于该模型得到处于稳态扩展区的腐蚀疲劳裂纹扩展速率的预测值与试验结果吻合程度良好,对于航空铝合金构件腐蚀疲劳寿命评估具有参考价值。