CC BY
21
ТРУБЫ
УДК 621.643
Использование метода шумов Баркгаузена для исследования упрочненной резьбы бурильных труб
М.В. Песин
к.т.н., доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения»1,
первый заместитель директора по нефтепромысловому оборудованию2 M.Pesin@mail.ru
1ПНИПУ, Пермь, Россия 2ООО «ПКНМ», Пермь, Россия
Статья посвящена определению возможности контроля методом Баркгаузена упрочненной резьбы бурильных труб. В данной случае, методом для упрочнения конструкционной легированной высококачественной стали является поверхностное пластическое деформирование обкатыванием. Особенно важно, что исследование выполнено неразрушающим методом, позволяющим получить данные об упрочненном поверхностном слое.
Материалы и методы
Основные положения теории механики деформирования сплошных сред, основы технологии машиностроения, методики моделирования напряженно-деформированного состояния, теория поверхностно-пластической деформации.
Ключевые слова
упрочнение, обкатывание резьбы, остаточные напряжения, поверхностное пластическое деформирование, метод Баркгаузена
а б
Рис. 2 — Схема контроля величины смещения профиля резьбы на образцах бурильных труб (а) и слепках (б) после обкатывания роликом Fig. 2 — Deflection control scheme of thread on samples of drill pipe (a) and (b) prints after deep
rolling
б
Рис. 1 — Общий вид цифрового анализатора шумов Баркгаузена Rollscan 300 (а) и обработки данных на ПК (б) Fig. 1 — General view of Barkhausen noise Analyzer Rollscan digital 300 (a) and data processing on PC (b)
К машиностроительной продукции постоянно предъявляются повышенные требования в связи с изменяющимися условиями эксплуатации, поэтому от технологов производственных предприятий требуется учитывать данное обстоятельство. В нефтегазовой отрасти к резьбе бурильных труб предъявляются повышенные требования. В процессе бурения эти трубы испытывают значительные знакопеременные нагрузки от действия растягивающих сил, изгибающих моментов, химического и абразивного воздействий, что приводит к нередким случаям разрушения резьбовых соединений и обрыву колонны в скважинах. В результате анализа характера разрушения бурильных труб в эксплуатации установлено, что 60% отказов связаны с недостаточной прочностью и циклической долговечностью ее соединительных резьбовых элементов. Разрушение резьб носит преимущественно усталостный характер, в основном в зоне впадины резьбы. Поэтому выполнено исследование возможности применения метода шумов Баркгаузена для контроля упрочненной резьбы.
Комплексный контроль дефектов (трещин, налипов и задиров) резьбы после обкатывания выполнен с использованием цифрового анализатора шумов Баркгау-зена Rollscan 300 (рис. 1а) в комплекте со специальным программным обеспечением ViewScan. Прибор совмещен со специальным измерительным стендом CamScan-100 LD. Система предупреждает оператора о принятия положительного или отрицательного решения, в соответствии с заданными пределами измерений. Контроль точности геометрических параметров обкатанной резьбы выполняется гладкими резьбовыми калибрами.
Дополнительно для определения степени деформации резьбы, в частности, для определения максимально допустимой величины остаточных сжимающих напряжений установлен критерий обкатывания резьбы (Д) в виде величины смещения профиля (натяг). Для измерения величины искажения профиля резьбы разработан специальный микроглубинометр (рис. 2а). Более точное измерение выполнено на слепках профиля резьбы на профильном проекторе Mitutoyo Profile Projector PJ-A3000 с точностью до 1 мкм (рис. 2б). По критерию смещения Д,
устанавливалась максимальная величина допустимой нагрузки на ролик и определялись максимально допустимые величины сжимающих остаточных напряжений в резьбовой поверхности.
Таким образом, полученные экспериментальные исследования качества поверхностного слоя упрочненной резьбы подтверждают результаты теоретических исследований.
Данное исследование способствуют повышению сопротивления усталости и долговечности резьбовых соединений бурильных труб.
Показана возможность использования метода шумов Баркгаузена в комплексной методике контроля упрочненной резьбы.
Метод шумов Баркгаузена в сочетании с контролем профиля резьбы дает представление об изменениях, наблюдаемых в микроструктуре материала резьбы.
Так в результате упрочнения поверхностной пластической деформацией и прогнозирования изменения допустимой величины глубины впадины резьбы можно повысить долговечность бурильных труб.
Итоги
Данное исследование способствуют повышению сопротивления усталости и долговечности резьбовых соединений бурильных труб. Показана возможность использования метода шумов Баркгаузена в методике контроля упрочненной резьбы.
Выводы
Использование метода шумов Баркгаузена для контроля упрочненной резьбы бурильных труб позволило определить качество поверхностного слоя после обкатывания.
Литература
1. Сорса А., Лейвиска К. Одновременное предсказание величины остаточных напряжений и твердости по шумам Баркгаузена // В мире неразрушающего контроля. 2011. №4. С. 78-82.
2. Соуминен Л. Обнаружение дефектов шлифования деталей из ферро-магнитных материалов с использованием эффекта Баркгаузена // В мире неразрушающего контроля. 2011. №2. С. 74-78.
66
ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ ОКТЯБРЬ 6 (66) 2018
ENGLISH
PIPES
Research Barkhausen noise method for study of hardened drill pipe thread
UDC 621.643
Author:
Mikhail V. Pesin — Ph.D., assistant professor of department "Innovative manufacturing engineering"1, deputy director2; M.Pesin@mail.ru
'Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation 2PKNM LLC, Perm, Russian Federation
Abstract
The article is devoted to the definition of control method of Barkhausen hardened drill pipe thread. In this case, the method for hardening of constructional alloy steel is high quality surface plastic deformation deep rolling. It is particularly important that the study done non-destructive method to get data about a toughened surface layer.
Materials and methods
The main provisions of the theory of deformation of solid mechanics,
mechanical engineering technology basics Wednesday, modeling techniques of stressed-strained state of the theory of surface plastic deformation.
Keywords
hardening, deep roll thread, residual stresses, surface plastic deformation, method of Barkhausen
Results
This study helped to improve the fatigue resistance and durability of screw connections of drill pipe. The possibility
of using Barkhausen noise method in monitoring methodology hardened thread. The combination of Barkhausen noise method and control of thread method gives an idea about the distortion of the thread profile and prediction of maximum permissible values of the deformation of hollow carving.
Conclusions
Using Barkhausen noise method for controlling hardened drill pipe thread has allowed to determine the quality of the surface layer after folding.
References magnitude of the residual stress and hardness materialov s ispol'zovaniem effekta
1. Sorsa A., Leyviska K. Odnovremennoe of Barkhausen noise]. Non-destructive testing Barkgauzena [Defect detection grinding
predskazanie velichiny ostatochnykh in the world, 2011, issue 4, pp. 78-82. parts of Ferro-magnetic materials using
napryazheniy i tverdosti po shumam 2. Souminen L. Obnaruzhenie defektov Barkhausen effect]. Non-destructive testing
Barkgauzena [Simultaneous prediction of the shlifovaniya detaley iz ferro-magnitnykh in the world, 2011, issue 2. pp. 74-78.
БУНКЕРОВОЗЫ WERNOX 6x6 и 4x4
IJ
■tm glff* №
WERNOX
ЗАВОД СПЕЦТЕХНИКИ
Основные потребительские преимущества полноприводных бункеровозов
«ЕРМОХ:
1. Использование автомобиля высокой проходимости для работы в условиях бездорожья.
2. Возможность использования в технологической цепи компаний работающих в сфере нефте-газодобычи (ВЫВОЗ БУРОВОГО ШЛАМА "ШЛАМОВОЗ"), а так же в сфере энергетики (ПЕРЕВОЗКА КАБЕЛЬНЫХ КАТУШЕК).
3. Развитая дилерская сеть фирменных сервисных центров КАМАЗ и УРАЛ позволяет вовремя обеспечивать послепродажное
8 (800) 250-86-60 BUNKEROVOZ.RU
