高强钢泵头体再生组织与性能的研究

摘要

工业的发展加速了对石油和天然气的消耗，为了提高油气产量，目前最有效的措施之一是利用压裂技术扩大和疏通地层空隙来增加油气的渗透能力。压裂设备中，泵头体是压裂泵液力端的重要部件，也是易损件。在恶劣的工作环境下，泵头体容易发生开裂，影响正常运作。另外，机加工时的失误会导致泵头体尺寸超差。为了延长泵头体的使用寿命，须通过焊接对其进行修复。
　　泵头体材质E4330钢是低合金高强度钢，针对高强钢焊接时容易出现冷裂纹和热影响区脆化，本文分析了E4330钢的化学成分，利用碳当量法和小铁研试验研究了E4330钢的焊接性。在焊接性试验的基础上，制定了试验焊接工艺，进行模拟泵头体尺寸超差修复和裂纹修复的堆焊试验和对接焊接试验，探讨焊接工艺对焊接接头组织和性能的影响。采用热模拟技术、金相分析及力学性能测试研究了焊接热循环下E4330钢粗晶区组织和性能的变化规律。
　　研究结果表明：E4330钢焊接热影响区的淬硬倾向和冷裂纹敏感性较高，焊前需要进行预热，防止裂纹产生的最低预热温度为200℃。E4330钢使用CHE857CrNi焊条进行焊接，堆焊及对焊的焊接接头实际强度均达到强度要求。不预热的情况下，E4330钢热影响区的常温冲击韧性恶化严重。预热有利于改善热影响区的韧性，预热200℃的常温及低温冲击功相对母材分别提高了19.2％和121.9%。
　　焊前预热改善粗晶区的组织，从单一的板条马氏体转变为马氏体和下贝氏体的混合组织，但预热温度过高，会导致晶粒严重长大和上贝氏体的出现。E4330钢粗晶区经历峰值温度为800℃的二次热循环后，出现了组织遗传现象，但当层间温度为200℃时，临界粗晶区并没有因组织遗传而表现出韧性恶化，这是因为马氏体转变不完全引起细小的球状奥氏体增多，抑制了粗大晶粒的遗传。调质处理改善粗晶区的韧性，但不能完全消除组织遗传。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及来源

1.2 低合金高强度钢焊接研究

1.3 焊接热模拟参数计算

1.4 本课题研究的内容和意义

2 试验材料及方法

2.1 试验材料

2.2 焊接试验

2.3 红外测温试验

2.4 焊接热模拟试验

2.5 分析测试方法

3 E4330钢焊接性试验结果与分析

3.1 E4330钢焊接性理论分析

3.2 E4330钢小铁研试验结果与分析

3.3 本章小结

4 E4330钢堆焊试验及对接焊接试验结果与分析

4.1 堆焊试验结果与分析

4.2对接焊接试验结果与分析

4.3 本章小结

5 热模拟试验结果与分析

5.1 热模拟试验

5.2 预热温度对粗晶区的影响

5.3 层间温度及焊后热处理对临界粗晶区的影响

5.4 焊接热循环对模拟试样力学性能的影响

5.5 热模拟试样冲击断口形貌

5.6 本章小结

6 总结

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文