抽油杆摩擦焊的失效分析综述

第一篇：抽油杆摩擦焊的失效分析综述

1、论文名称、课题来源、选题依据

1-1论文名称：

抽油杆摩擦焊接头的组织与性能研究

1-2选题依据：

在石油制造行业，摩擦焊技术主要用于抽油杆、光杆、钻杆、高压阀体、蝶阀和地质取芯钻具的制造中。

摩擦焊是在构件加热接近熔化温度下的固相压力焊接。摩擦焊具有很多优点,如强度高、不存在熔化焊缺点、生产率高、节约能源,节约原材料及降低工人劳动强度等,因而得到广泛应用.良好的摩擦焊接头由于焊接时的锻造作用，虽然焊缝及近缝区的强度等于或高于母材。目前，保证焊缝的综合力学性能是当今摩擦焊接技术的研究热点。为了提高焊缝的韧性，近年来的研究主要集中在两个方面：一是控制母材的夹杂物含量；二是优化摩擦焊接过程的工艺参数。

摩擦焊工艺在国内外生产空心抽油杆和实心抽油杆的连接接头中已经得到了广泛应用。采用摩擦焊工艺将两端杆头焊在杆体上，摩擦焊工艺质量直接影响着接头的强韧性能和抽油杆的使用寿命。由于在生产中存在工艺稳定性差和经验不足的问题，不能很好地保证空心抽油杆摩擦焊接头的质量，以致使用中在接头处断裂事故时有发生，直接影响到抽油杆的使用寿命，造成极大的经济损失，也关系到油田生产的安全。

2、本课题国内外研究现状及发展趋势

2-1摩擦焊焊接石油钻杆主要有两种方式：

一种是接头和管体同材质，采用相同或不同的热处理工艺；另一种是接头与管体异种材质，异质摩擦焊接钻杆的接头采用低合金钢，而管体则采用普通碳素钢，或者接头采用高强度合金钢，而管体采用低合金钢。由于受力较大的螺丝接头部位采用比管体好的材料，而接头的质量仅占整根石油钻杆质量的4．5％，大大节省了材料，降低了石油钻杆的制造成本。

2-2国外抽油杆摩擦焊接

目前国外用于石油钻杆焊接的摩擦焊机主要有连续驱动和惯性两种形式，这两种类型的焊机基本实现了标准化和系列化，焊机的监控系统已广泛采用计算机监控。为强化焊接过程质量保证，除了时间控制、变形量控制、能量控制外，还发展了一些特殊过程控制技术，如摩擦扭矩和温度监控技术等。为了便于焊接生产过程的自动化，国外还研究了一系列相关技术及外围设备，如不同类型的去飞边装置或上下料装置、无损检验技术等。

专门用于石油钻杆焊接的连续驱动摩擦焊机最大顶锻力可以达3 500 kN，焊机可配备计算机控制系统，可储存不同规格石油钻杆的全套摩擦焊接工艺参数，焊接的石油钻杆经焊后热处理机械性能指标完全符合美国API(American Petroleum Institute，美国石油学会)标准。同样用于石油钻杆焊接的惯性摩擦焊机的最大顶锻力可达2 660 kN，最大可焊接尺寸为6 5／8″的S135 钢级水平的石油钻杆。与连续驱动摩擦焊机相比，惯性摩擦焊机的优点是控制参数少(只控制转动惯量和压力)，焊接热影响区狭窄。与连续驱动摩擦焊机一样，惯性摩擦焊机同样可以配备计算机控制系统，并可储存不同规格石油钻杆的全套摩擦焊接工艺参数、保存和打印工艺参数，同时可配备内焊缝冲切装置，焊接的石油钻杆经焊后热处理机械性能指标也完全符合美国API标准。

2-3国内抽油杆摩擦焊接

与国外石油钻杆生产的发展趋势一样，我国目前石油钻杆生产制造广泛采用摩擦焊技术，但最初主要是应用于石油钻杆的焊接修复和小批量试生产。所谓修复，即是将在服役中损坏失效的接头切掉，重新焊上新接头修复后重新使用[10]。1972 年，哈尔滨焊接研究所与太原重机厂共同研制了我国第一台120 t 大型石油钻杆专用摩擦焊机，并于1978 年在大港油田用于石油钻杆焊接，这项成果很快在全国各油田钻杆的修复生产中得到了普遍应用，取代了原来的闪光焊修复石油钻杆工艺。自20 世纪80 年代开始，我国的钻杆焊接虽已进入摩擦焊时代，但由于当时摩擦焊机受技术条件的限制，存在着焊接吨位低、自动化水平低以及焊接工艺经验缺乏等问题，从而造成了生产稳定性差，存在焊接裂纹、未熔合、摩擦焊灰斑、流痕断口等焊接缺陷[11－13]。随着自动化技术的发展以及液压元件性能的提高，大吨

位的摩擦焊机不断被开发出来，同时各种高强材料摩擦焊接工艺参数不断试验成功，摩擦焊工艺经验也愈加丰富，摩擦焊作为先进的固态焊接技术在石油钻杆制造中的应用逐渐推广开来。目前，哈尔滨焊接研究所开发的130 t 摩擦焊机在国内大庆油田、胜利油田、辽河油田、大港油田等各大油田石油钻杆生产企业中得到了广泛的应用，经济效益可观。

3、论文预期成果的理论意义和应用价值

论文主要通过抽油杆摩擦焊接头的失效分析，以及不同的摩擦焊焊后热处理对抽油杆组织和性能的影响,分析抽油杆摩擦焊接头产生失效的原因，得出结论，并且提出可行的建议，从而减少油田上由于抽油杆失效而带来的不必要的经济损失。

4、设计的过程

1~4周：查阅与课题相关的科技文献（文献数量要求30篇左右），并撰写文献综述和开题报告，并填写好毕业论文手册中的任务书。

5~6周：查阅大约5篇与课题相关的英文文献，并翻译5000字左右的英文文献资料。7~14周：完成毕业论文的实验工作。

15~17周：撰写毕业论文并准备答辩的PPT。

18周初（6月20号之前）：完成答辩，上交毕业论文全部材料存档。

第二篇：锚杆锚固失效因素分析

锚杆锚固失效因素分析: [论文关键词]锚杆支护锚固锚固力失效

[论文摘要]锚杆主要是通过置入围岩内部发挥其支护作用。随着巷道围岩状态不同，锚杆支护也具有不同的作用基理。文章介绍了锚杆支护基理，并对锚杆锚固失效因素进行了分析。

随着矿井支护技术的发展，锚杆支护已经成为井下最为普遍，效果高，操作过程比较容易的一种支护方式，但是这种支护在实际过程中也面临着一些问题，如，不清楚是悬吊作用还是组合梁作用，锚杆长度和锚固长度不够，导致锚杆失效。一根锚杆失效而影响到周围锚杆，进而发生不良连锁反应，三径的不合理选择引起“手套反应”。锚杆承载过程中预应力损失导致锚杆失效。在作业过程中不合理的操作导致锚固失效。

1.锚杆支护的作用基理

锚杆主要是通过置入围岩内部发挥其支护作用，随着巷道围岩状态不同，锚杆支护也具有不同的作用基理，经典的锚杆基理有悬.吊理论、组合梁(拱)理论。现代的支护理论则强调锚杆与围岩共同作用原理，它们共同变形，由于锚杆的刚度远大于周围围岩，从而在锚杆对围岩施加作用时，一方面改善围岩应力状态，另一方面通过对裂隙岩体施加挤压作用，从而提高围岩抗剪，抗压强度、极大地提高了围岩自身承载能力。

巷道开掘后，巷道围岩中应力状态，由原来的三向应力变成二向应力，顶板下位岩层受水平应力作用，岩层容易失稳破坏，锚杆的作用就是在失去一向应力的方向上，给岩层提供一个约束力，来提高岩石强度，使岩层形成能承载的支护结构，锚杆对岩体的加固作用比较复杂，主要体现在:

(1)锚杆与岩体组合在一起，提高了岩石的抗变形能力，增强了岩体的整体性。提高了岩体承载作用。

(2)由于锚杆的抗拉作用，当锚杆穿破碎岩石，深入稳定层中，对不稳定岩层起悬吊作用。

(3)由于锚杆抗剪作用对岩层离层产生一定阻碍作用，增强了岩层间摩擦力，阻止岩层相对位移，使各岩层形成组合梁作用。

2.锚杆失效因素分析

锚杆支护设计参数选定的不合理性、地质条件的变化、支护材质不合格、施工质量不达设计要求等都是造成锚杆失效的因素。因为支护参数计的合理性直接影响到锚杆支护的效果。所以本文只对锚杆支护设计参数选定的不合理性导致锚杆失效因素进行分析。

2.1锚杆支护参数设计不合理

锚杆支护参数设计包括:锚杆种类选择、锚杆几何参数、锚杆力学参数、锚杆密度(锚杆间、排距)、锚杆安装角度,钻孔直径、孔深、锚固方式和锚固长度、锚杆预紧扭矩等。

锚杆长度根据普通的梁的理论，梁越厚，单层的梁越牢固。那么，通过层与层之间完美粘接的，具有界面的，由多层组成复合梁的结论也是如此。实际中的顶板锚固是处在一个介于有着完善的粘合界面的梁和每一个分层都独立弯曲的梁之间的某个位置。然而，在某种情况下，通过利用较长的锚杆来增加梁的厚度也许不会建立产生任何效果，依据已发现的研究结果，它也许能决定全部的顶板控制。

造成这个状态的两个原因:1.假如梁的厚超出某一限制，它就不再是一个正常的习惯上的梁，而且普通梁的概念也不再适用。2.假如锚杆系统赖于长度的增加来提供载荷于顶板。那么，锚杆越长，锚杆中的伸长量也越大，接下来于顶板。那么，描杆越长，锚杆中的伸长量也越大，接下来，大的顶板的变形或分离便会产生，特别是在纹理发育的顶板中。

在锚杆的支护密度方面，岩层稳定程度、完整程度不同，支护密度也应该有所区别。因为，锚杆在施工时，锚杆的锚固力还是有差别的，形成锚杆单个作用，在不同锚固力的锚杆的作用下，会使顶板受到剪切而损坏，不能形成完整的支护体。在同等岩性的条件下，每根锚杆的支护半径不同，这就要求有合适的支护密度。如果锚杆密度过大，不但不会加强锚杆的支护效果，还会对顶板造成破坏。锚杆密度过小，则达不到应有的支护效果。

锚杆间排距确定的原则主要包括:巷道断面维持原设计不变，保证正常通风、运输;控制支护成本，在现有支护材料不变的前提下仅改变支护参数，确保支护稳定的基础上降低支护成本，提高经济效益;保持现施工方法不变，适当增加间排距，提高单进水平和工效;支护设计必须保证理论成熟、安全可靠、结构合理;先进行方案、设计可行性研究，经研究同意后方可进行试验，分段进行;建立可靠的锚杆监测监控系统，观测锚杆支护体系的稳定性，以便及时修改锚杆支护系统。

锚杆直径的选择要做到“三径匹配”，即锚杆直径、钻孔直径、钻头直径三者匹配。三径不匹配，锚杆的锚固长度、锚杆和围岩的结合程度就会偏离设计值，降低锚杆的承载力，当围岩来压时，锚杆易造成失效。

由此看出，锚杆支护设计不合理，很难保证锚杆的支护效果，同时，煤矿井下的地质条件是随时变化的，所以，在施工过程中要根据实际情况，及时地修定锚杆支护设计参数。

3.锚杆支护预应力导致锚杆失效的因素

（1）锚杆预应力小，预应力扩散效果差，支护刚度低，致使锚杆主动支护作用不能充分发挥，不能有效控制围岩离层与破坏锚杆螺纹加工精度低；

（2）不同程度地出现锚杆被拉断、剪断和弯曲断裂的现象，表明锚杆强度偏低锚杆受力状态不佳；

（3）锚杆虽然实现了加长与全长锚固预应力，不能实现全长预应力锚固，影响锚杆支护；

（4）组合构件强度、刚度被拉断、剪断、压穿等现象.但只有锚杆自由段施加、护表面积不够，出现被拉断、剪断、压穿等现象；

4.锚固失效因素分析

锚固剂又称作胶泥，由不饱和高分子聚脂树脂、固化剂、填充材料等配比组成，可分为油基锚固剂和水基锚固剂2种，有很多因素导致锚固失效。但本文只对油基树脂锚固剂和预应力锚杆在使用过程中造成锚固失效因素做分析。

锚固剂通常包装成圆柱状，内用聚脂薄膜分隔开来的两部分，只有充份搅拌后才能迅速固化，生成锚固力。

4.1 油基树脂锚固剂失效因素

（1）搅拌时间控制。树脂锚固剂充分搅拌均匀后进行化学反应，并通过逐渐固化，体积有微量收缩，伴随着放热现象，当开始固化瞬间，锚固剂不能受外力搅拌，否则会彻底破坏了锚固剂的力学性能，形成碎砾状固化颗粒，没有粘结力，造成锚固失效。

（2）水对锚固剂的影响。树脂锚固剂是一种不溶于水的化学物质，当锚固剂中混入水后，在固化过程中，水由重力作用从胶泥中渗出，固化体中形成很多人小不等的细小气孔，这种气孔减少了锚固剂抗拉强度，抗弯强度、弹性模量和粘结力，氏时间经水浸泡，锚固剂逐步老化，造成失效。因此井下巷适遇含水破碎带时不宜采川树脂锚杆支护。

4.2 预应力锚杆的锚固失效因素

预应力锚杆由杆体、托盘、螺纹圈组成，树脂锚杆用于巷道支护，除具有一般锚杆悬吊、加拱、围岩加固作用，主要作用是通过锚杆给围岩增加预应力。

（1）油脂对锚固剂影响，树脂锚固剂不溶于油脂，锚杆杆体表而由于制造过程中，被油脂污染，降低锚固剂的粘结强度，造成锚固失效。因此，应该严格控制杆体中油脂含量。

（2）合理的安排锚杆间距、排距、材质、直径对锚杆支护效果起着决定性作用。

（3）钻孔直径，钻孔大，搅拌锚固剂时从钻孔中流出，造成锚固剂固化疏松，减少粘结强度，减少锚固力。钻孔小，锚杆对锚固剂搅拌困难，难以推进药卷至钻孔底，甚至途中固化。

（4）“手套效应”锚固剂直径大于杆体直径，杆体插入药卷中，没能搅破外包膜而固化，药膜将孔壁与固化剂完全分开造成失效。

（5）安装后应从杆体尾部螺纹施加不小于100 N?m的预应力，保证顶板有足够承载能力，随着地质变化，螺母松弛，造成预应力损失，导致失效。因此定期紧固螺母保持设计预应力。

结论

由于锚杆支护受多种因素影响，为达到锚杆对周围岩体的有效支护目的，设计时不仅要考虑地质构造还要考虑外在因素影响，锚固设计中基本采用经验、半经验方法，锚杆与围岩体等的相互作用理论等，各种锚杆的应力传递规律，锚杆与其他构件的相互作用等方面依然存在大量的不确定，我们应参照实际成功的经验，综合评价，进一步夯实基础，以使锚杆锚固支护达到完美，实现安全终极目标。

第三篇：搅拌摩擦焊研究现状

搅拌摩擦焊技术在国内外的发展状况

搅拌摩擦焊的技术特点是焊接金属不熔化，焊缝为锻造的细晶组织，并且作业环境不受限，适合于大型结构的焊接，同时工艺参数少、参数裕度大，焊接质量稳定，是一项高效、低成本、环保的固相焊接新技术。

正是由于搅拌摩擦焊所具有的这些技术特色和优点，这项技术被称之为焊接技术的一场革命，也使得这项技术从发明至今的短短十几年内，得到了其它焊接方法从未有过的快速发展，尤其是在国外，搅拌摩擦焊技术发展和工业应用的速度之快令人瞠目结舌。首先表现在搅拌摩擦焊应用的材料上，除了各种铝合金、镁合金和铜合金以外、钛、钢甚至高温合金等高熔点高热强金属材料的搅拌摩擦焊技术研究甚至工业应用也已经开始。当前，搅拌摩擦焊单道一次焊透铝板的能力为最厚100mm、最薄0.5mm，焊接铜板最厚达50mm，焊钛合金最厚达25mm。从焊接方法的发展来看，搅拌摩擦焊已从最初的一体式搅拌头焊接方法发展衍生出了分体搅拌头（可回抽搅拌头，固定轴肩搅拌头）式搅拌摩擦焊、双焊接头（同面共主轴反向旋转，双面双主轴）搅拌摩擦焊、双轴肩搅拌摩擦焊、高转速搅拌摩擦焊以及搅拌摩擦点焊等。由于搅拌摩擦焊是通过搅拌工具施加的运动和作用力使被焊材料形成焊缝的，焊接过程中的作用力很大，因此焊接设备本身刚性一般都很大、很笨重。但国外搅拌摩擦焊设备已从最初的类铣床结构发展出了动龙门动横梁多轴联动搅拌摩擦焊设备、机器人搅拌摩擦焊设备、移动式搅拌摩擦焊设备甚至便携式搅拌摩擦焊设备。焊接设备的发展，也使搅拌摩擦焊的适用对象从简单规则形状焊缝发展到了空间曲线焊缝的焊接和外场的维修补焊。最后，从工业应用来看，搅拌摩擦焊已在先进国家的航空、航天、兵器、电力电子、石油化工、船舶、轨道交通、汽车等制造领域得到了大量应用，应用部位已从非承力、次承力结构发展到关键承力结构上，搅拌摩擦焊在国外铝、镁等轻合金结构制造上正在成为主导甚至必选的制造技术手段。

（相对于国外先进工业国家的工业基础和技术实力，虽然搅拌摩擦焊这项专利技术是英国焊接研究所1991年发明的，但我国早在1996年就已开始这项焊接技术的研究，并且在近十年来取得了飞速的发展和技术进步。）至今我国已有近40家科研院所、高校和生产企业从事搅拌摩擦焊技术研究和工程化应用，取得了显著的技术突破和成果。典型实例包括搅拌摩擦焊制造的东风系列导弹、航天运载火箭、铝合金高速船舶等已成功发射或试航，北京赛福斯特技术有限公司等单位已经采用搅拌摩擦焊批量生产电力电子行业的散热器、船用大型铝合金带筋壁板、铝合金云爆弹等。当前，针对大型飞机、新型军用飞机、大型运载火箭、高速列车的搅拌摩擦焊技术应用研究也已经开始。随着搅拌摩擦焊技术研究和工程应用在我国如火如荼地展开，相信在不远的将来，这项革命性的焊接技术一定会在我国工业制造领域绽放异彩、建造奇勋。

第四篇：《有杆抽油系统》第三阶段在线作业(自测)2

1．第1题单选题下冲程中，沉没压力对悬点载荷的影响是()。

A、增加

B、减小

C、没有影响

D、前半冲程增加，后半冲程减小

标准答案：C 您的答案：题目分数：7 此题得分：0.0 批注：

2．第2题单选题 “刀把”形示功图是()的典型示功图。

A、泵排出阀漏失

B、泵吸入阀漏失

C、柱塞遇卡

D、有气体影响

标准答案：D 您的答案：题目分数：7 此题得分：0.0 批注：

3．第3题单选题对于常规型游梁式抽油机，当驴头处于上、下死点位置时，连杆中心线间的夹角基本为零，这个角被称为抽油机的()。

A、平衡相位角

B、极位夹角

C、游梁摆角

D、曲柄转角

标准答案：B 您的答案：题目分数：7 此题得分：0.0 批注：

4．第4题单选题游梁式抽油机的运动指标定义为死点位置时的实际加速度与按()公式计算出的加速度之比值。

A、简谐运动

B、曲柄滑块机构运动

C、精确计算运动

D、真实运动

标准答案：A 您的答案：题目分数：7 此题得分：0.0 批注：

5．第5题单选题测量抽油机井示功图使用的仪器是()。

A、回声仪

B、水力动力仪

C、传感测试仪

D、记录仪

标准答案：B 您的答案：题目分数：7 此题得分：0.0 批注：

6．第6题判断题抽油设备由抽油机、抽油杆、抽油泵及井下采油附件组成。