焊后热处理对7A04铝合金水下搅拌摩擦焊接接头组织性能的影响郝亚鑫;王文;徐瑞琦;乔柯;李天麒;王快社【摘要】对7A04铝合金板进行水下搅拌摩擦焊接(Submerged Friction Stir Welding,SFSW),并对焊接接头进行焊后热处理(Post Weld Heat Treatments,PWHT),研究焊后热处理对接头组织性能的影响.结果表明:焊后热处理接头呈现出弥散分布的细小析出相形貌,明显优于SFSW接头呈现出的少量析出相分散分布的特征.与SFSW接头相比,焊后热处理明显改善接头的力学性能.接头焊核区的平均硬度值提高了39.7HV,抗拉强度提高了67MPa,达到母材抗拉强度的96.1％,接头的应变硬化能力增强,拉伸断口呈现微孔聚合和解理混合断裂特征.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2016(044)006【总页数】6页(P70-75)【关键词】焊后热处理;水下搅拌摩擦焊接;7A04铝合金;组织性能【作者】郝亚鑫;王文;徐瑞琦;乔柯;李天麒;王快社【作者单位】西安建筑科技大学冶金工程学院,西安710055;西安建筑科技大学冶金工程学院,西安710055;西安建筑科技大学冶金工程学院,西安710055;西安建筑科技大学冶金工程学院,西安710055;西安建筑科技大学冶金工程学院,西安710055;西安建筑科技大学冶金工程学院,西安710055【正文语种】中文【中图分类】TG456.57A04铝合金是一种超高强度铝合金，属Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，具有比强度高、抗腐蚀性能好、韧性好、易成型等优点，已广泛应用于航空航天、船舶、车辆等工业领域。
在7A04铝合金实际应用中，焊接是其加工过程中的关键技术。
采用钨极气体保护焊、熔化气体保护焊、等离子弧焊等传统焊接方法，焊接接头容易产生气孔、裂纹等缺陷，很难进行高效优质连接，焊接接头强度仅为母材的50%～70%[1,2]。
搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding, FSW)是一种新型的固相连接技术[3]。
热处理工艺对摩擦焊接钻杆力学性能的影响乔旺发表时间：2019-01-02T17:23:59.937Z 来源：《电力设备》2018年第23期作者：乔旺[导读] 摘要：钻杆在钻井施工过程中要承受复杂的弯扭压拉组合载荷，并经受强烈的振动和冲击，因此钻杆必须具有较高的强度和良好的塑性、韧性。
（中石化中原石油工程有限公司管具公司钻具制造厂河南濮阳 457331）摘要：钻杆在钻井施工过程中要承受复杂的弯扭压拉组合载荷，并经受强烈的振动和冲击，因此钻杆必须具有较高的强度和良好的塑性、韧性。
根据油田的使用经验，钻杆接头的断裂绝大多数属于低应力脆断，而热处理工艺不当是钻杆接头低应力脆断的主要原因。
目前，国内钻杆生产厂家均是通过采用合理的摩擦焊工艺和正确的焊后热处理工艺保证钻杆力学性能满足行业标准。
因此，研究热处理工艺对焊缝力学性能的影响，确定合理的焊缝热处理参数，对保证和提高钻杆质量有重要意义。
关键词：摩擦焊；石油钻杆；热处理；力学性能引言：摩擦焊接钻杆要求其机械性能达到行业标准要求，钻杆焊后的机械性能是由合理的焊接工艺和正确的热处理工艺保证的。
通过对具体工艺生产的钻杆的检验结果进行分析，探讨了如何郭据焊后钻杆的力学性能和金相检测结果判断摩擦焊接钻杆不符合行业标准要求的原因，分析了热处理工艺对钻杆力学性能的影响。
一、焊缝热处理工艺分析石油钻杆是油田钻井设备上的重要零件。
钻杆在使用过程中承受很大的拉应力和扭矩，并经受强烈的震动和冲击[1]。
因此，钻杆的力学性能必须满足一定要求。
目前钻杆的生产和修复是采用摩擦焊工艺将钻杆接头和钻杆管体焊接而成。
由于摩擦焊后焊缝得到的金相组织是混合组织，造成焊缝区硬度分布不均匀，局部区域硬度偏低，而冲击韧性偏高，满足不了使用要求，因此，焊后必须经过热处理调整焊缝区的金相组织和力学性能。
通过采用合理的摩擦焊工艺和正确的焊后热处理工艺使摩擦焊接钻杆力学性能满足行业标准[2]。
钻杆生产中的力学性能应通过摩擦焊接过程和焊后热处理过程两方面保证。
摩擦焊接钻杆焊缝断裂失效分析运用金相显微镜、扫描电镜对摩擦焊接钻杆焊缝断裂失效进行了分析。
结果表明，碳化物分布不均匀导致调质处理后在钻杆接头中产生“带状组织”。
焊后不正确的热处理使焊缝组织中出现残存的条状分布的马氏体，此条状分布的马氏体使焊缝的强韧性下降，造成焊缝发生疲劳断裂失效。
改进热处理工艺后，消除了残存马氏体，提高了钻杆焊缝的强韧性，从而提高了钻杆的使用寿命。
石油钻杆是油田钻井机械的重要部件。
钻杆由钻杆接头和钻杆管体通过摩擦焊接而成，焊后进行正火或调质处理。
钻杆使用时承受很大的拉应力和扭矩，并经受强烈的震动和冲击。
合理的摩擦焊工艺和正确的焊后热处理可使焊缝力学性能满足行业标准［1］。
如果摩擦焊或焊后热处理工艺不当，钻杆使用时焊缝容易断裂，造成很大的经济损失。
现有现场使用断裂钻杆1根，需要进行失效分析，判定其失效原因，提出解决措施，以提高钻杆质量，避免断杆事故发生。
2 现场调研钻杆生产厂生产的钻杆采用的接头为外购件，材料为40CrMnMo钢，调质处理后硬度为285～319HB（30～35HRC）。
管体采用已使用过的钻杆切除已损坏的接头后的旧管体。
接头与管体采用摩擦压力25～30MPa和顶锻压力50～60MPa的摩擦焊进行焊接。
根据现场了解，摩擦焊工艺较稳定，一般情况下能保证焊接质量。
焊后钻杆经中频加热后冲去焊缝内翻边，然后用车床车去外翻边。
最终热处理工艺为：中频淬火＋中频加热回火。
规定的淬火加热温度为920℃，回火温图2 钻杆接头母材的金相组织×400腐蚀剂：4％硝酸酒精根据化学成分分析结果可知，该接头的材料为40CrMnMo钢。
接头母材的金相显微组织为回火索氏体，晶粒度为7～8级，沿接头轴向呈带状分布，显微组织不均匀。
白色区间显微硬度为183～188HV，黑色区间显微硬度为216～223HV。
黑色区间内含有较多的白色碳化物颗粒，用HR-150型洛氏硬度计测定其洛氏硬度值为31～36HRC，平均值为34HRC。
<127mm G 105级钻杆焊后热处理工艺改进王 鑫1,党峰君1,鞠海潮2,王延文1,刘光磊1(11胜利石油管理局黄河钻井管具公司,山东东营 257009;21北京机电研究所,北京 100083)Improvement of H eat Treatment Process for <127mm G 105G rade Drilling PipeW ANG X in 1,DANG Feng 2jun 1,JU Hai 2chao 2,W ANG Y an 2wen 1,LI U G uang 2lei 1(11Huanghe Drilling Pipe &T ools C om pany Shengli Petroleum Administration Bureau ,Dongyin Shandong 257009,China ;2.Beijing Research Institute of Mechanical &Electrical T echnology ,Beijing 100083,China )中图分类号:TG 162.79 文献标识码:B 文章编号:025426051(2004)0620066203作者简介:王 鑫(1963110—),男,山东汶上人,高级工程师,管具公司副经理兼钻具研究所所长,主要从事科技管理及工具研究。
联系电话:054628777881收稿日期:2004202217 20世纪80年代初,胜利油田便开始以摩擦焊接方法对旧钻杆进行焊接修复,限于工艺水平,以修复E75钢级钻杆为主,对于G 105之类的高钢级钻杆修复后也只能降级使用。
近年来随着石油钻井技术的进步,对钻杆的性能及使用寿命提出了更高的要求,按原有工艺修复的钻杆焊缝区性能已无法满足钻井生产的需要,尤其是外购高钢级钻杆,每年要花费大量资金。
我公司对于<127mm 的G 105高钢级钻杆焊后热处理尚属首次。
