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小编为您介绍油田专用油管断裂失效分析

发布者:wubaiyi2017-07-02

1 分析方法
    先对断裂的油田专用油管进行宏观分析,再用线切割机床在断口附近切割取样。用X2650型扫描电子显微镜及EDAX29100型X射线能量色散谱仪观察分析了油田专用油管断口上的腐蚀产物后,用加佳牌洗洁精加超声波洗去断口油污后用丙酮加超声波清洗断口,再用X2650型扫描电子显微镜观察分析清洁断口。
2 分析结果
2.1宏观分析
    专用油管组件是由一根油田专用油管及两个空心固定螺帽组成。油田专用油管为钢件,钢件外有镀铜层。油田专用油管扩口部分制造良好,未发现缺陷。扩口部分未发现裂纹。油田专用油管断裂位置处于螺帽的下方,离扩口约15mm。在断裂的油田专用油管的外壁上局部有镀铜层脱落。在5倍的放大镜下观察,可以看到贝壳状花样,还可以看到断口上有许多磨亮的小断面,由断口的宏观分析可初步推断油田专用油管的断裂为疲劳断裂[1]。
2.2 断口上的腐蚀产物的分析
    在扫描电子显微镜下观察清洗前的断口,发现断口上多处有腐蚀产物。经X射线能谱分析,腐蚀产物中有Na、Al、Si、S、Cl、K、Ca。
2.3 断口微观分析
    将油田专用油管断口清洗后在扫描电子显微镜下观察。图1为油田专用油管断口的整体形貌,由图可见断口上有贝壳状花样。对断口进一步仔细观察,可以看出油田专用油管断口上有几个疲劳源(图1中a、b、c),为多源疲劳断裂[2]。由循环负载或交变应力作用所引起的断裂现象为疲劳断裂。
 疲劳断裂包括三个阶段:(1)疲劳裂纹的萌生即疲劳裂纹的成核阶段;(2)疲劳裂纹的扩展阶段,即疲劳裂纹的亚稳扩展;(3)最终断裂或瞬断阶段,即疲劳裂纹的失稳扩展。将断口进一步放大可以观察到大面积的疲劳断裂第二阶段最突出的显微特征———大量的相互平行的条纹即疲劳辉纹(见图2)。在扫描电子显微镜下观察到疲劳断裂第三阶段瞬断区域的形貌为韧窝花样。
3 分析讨论
   综合以上宏观分析及微观分析结果可以得到:
   (1)油田专用油管的材质符合技术条件要求,无严重夹杂。油田专用油管的制造工艺正常,无严重缺陷。油田专用油管的断裂不是由于材料的夹杂和制造工艺的缺陷引起的。
   (2)油田专用油管的断口、螺帽表面状况良好,整个油田专用油管看不出受外力冲击或扭转的痕迹,可以排除人为破坏因素。
   (3)油田专用油管断口有些腐蚀痕迹,但油田专用油管的断裂不是由于腐蚀疲劳引起的。因为在油田专用油管断口上未发现有腐蚀坑、泥状花样的显微形貌,即无腐蚀疲劳特征。
   (4)油田专用油管的断裂是由于疲劳引起的。在面包车运行过程中,由于震动,油田专用油管的内壁、外壁上多处产生应力集中,并且由于震动使油田专用油管所承受的应力较大,所以多处产生疲劳源。在面包车的运行过程中路面不平整引起的颠簸及震动使油田专用油管不断承受交变应力,这使得裂纹尖端不断承受拉伸、压缩循环载荷。在这个循环载荷的作用下,裂纹重复着张开、钝化、扩展、锐化的过程[3],在断口裂纹面上留下一条条痕迹,产生疲劳辉纹。由于多处裂纹扩展,使油田专用油管的实际承载面积很小,在较小的载荷作用下就可能失稳扩展,瞬时断裂。

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