D级空心抽油杆疲劳性能试验研究屏蔽泵
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D级空心抽油杆疲劳性能试验研究
D级空心抽油杆疲劳性能试验研究 2011年12月09日 来源： 使用空心抽油杆能进行电加热或注蒸汽加热，有效地降低井液的粘稠性，并具有熔蜡和防止结蜡的效果,从而大大提高抽油杆在稠油生产中的疲劳寿命。在空心抽油杆的研制中，接头位置摩擦焊缝的工艺可靠性是控制空心抽油杆质量的关键技术。为考查空心抽油杆的制造工艺水平，对由35CrMo钢制造的D级摩擦焊接空心抽油杆，经过优化筛选确定出A、B、C三种工艺参数，加工成短杆试件。试件分A、B、C三类,分别代表三种优选出的不同摩擦焊接工艺。抽油杆规格为35mm×5.5mm，按照有关标准进行疲劳试验，并测试摩擦焊接接头的应力集中系数，对焊接工艺的可靠性进行研究。应力集中系数测试与P-S-N曲线 1.抽油杆焊接接头的应力集中系数β测试 为考查抽油杆不同摩擦焊接的工艺性能,测试了焊接接头的应力集中系数β。分别在焊缝位置与杆体上沿轴向粘贴1mm×1mm电阻应变片,采用YD—80应变仪，在静拉伸条件下进行应变测试,焊接接头的应力集中系数β如表1所示。测得这批抽油杆焊接接头平均应力集中系数为1.0915,且各试件的应力集中系数分散性较小,说明焊接工艺稳定可靠。表1 抽油杆焊接接头应力集中系数β试件号接头应力集中系数平均值A11.09451.0954A21.0963B11.09931.1038B21.1083C11.0746C21.08781.0807C31.0796总平均 1.0915 2.空心抽油杆的P-S-N曲线 (1)疲劳试验 常规机械性能检验说明3种焊接工艺均满足要求。由于抽油杆在工作时承受交变载荷作用，为了检验空心抽油杆的抗疲劳性能，对其进行了疲劳试验。本次试验在MTS—810材料试验机上进行。共有16根短杆试件，试件包括焊缝、接头和接箍，试件总长度800mm，加载水平分为三级，试验频率为16Hz,最大试验应力分别取371、391和411MPa，取应力比r=0.3。疲劳试验数据见表2。 表2 35CrMo钢空心抽油杆疲劳试验数据试件编号最大应力(MPa)最小应力(MPa)循环寿命Ni(×106)断裂位置A1371123.7＞1.1 A20.701焊缝B10.892焊缝B20.318焊缝C1＞1.1 C20.782母材C30.548焊缝A-3391130.30.285焊缝A-40.185焊缝B-30.362焊缝B-40.301焊缝C-40.470焊缝A-5411137.00.140焊缝B-50.103焊缝C-50.147焊缝C-60.095焊缝 (2)参数估计 分布参数是根据样本的试验数据进行估计的，假设空心抽油杆在各级应力水平下的疲劳寿命按对数正态分布［1，2］。首先把各级应力水平下的疲劳寿命Ni取对数Xi,并依大小顺序排列，即 由0＜N1≤N2≤…≤Nn取 Xi=lgNi得 -∞＜X1≤X2≤…≤Xn 对数疲劳寿命的均值和标准差S分别按式（1）和式（2）计算对数平均寿命 (1) 标准差 (2) (3)指定存活率P下的疲劳寿命 式(1)求得的对数疲劳寿命均值是指在存活率P=50%的对数疲劳寿命。采用最小二乘法，对存活率P=50%时的疲劳寿命进行直线拟合，设直线方程为lgN=a+blgS (3)式中 (4)