专利名称：试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构及方法
技术领域：
本发明涉及一种试验用石油套管异种低合金焊接结构。特别是涉及一种适用于高强度的试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构及方法。
背景技术：
钢管生产出来后首先要进行力学性能试验，即，模拟实际应用的环境，对钢管进行试验，评价出钢管的实际技术数据，做出技术检验报告，并提供给用户。
通常，对钢管进行模拟实际应用环境的实验时，所采用的试验结构和方法，如图1所示，将实验样管3套在端塞1前端的端头4上，再将其焊接在端塞1上，其焊缝是采用V型坡口焊缝6，其坡口的角度为60°，试验样管3的另一端通过连接两节钢管的接箍9与另一节相同的实验样管连接，而另一节实验样管的一端采用与试验样管3相同的方式，焊接在另一个端塞上。焊接好后，且整体都安置好后，则开始对试验样管做实际环境的模拟试验。
上述的试验用焊接结构，对于普通用钢管的试验是行之有效的，但是对石油套管的交变大载荷的实验是无法进行的。因为石油套管是用于井下3000～4000米深的采油，对其钢级性能的要求越来越高。对高性能的石油套管在按API 5C5做气密封评价试验时，试样需承受交变大载荷，保证端塞与试验样管焊接焊缝的有效性是开展试验的先决条件。而目前我们可选用的焊材及如上所述的焊接工艺和结构，无法满足试验要求，实验进行中发生爆裂，使实验无法进行。这主要是焊口不过关，母材与端塞焊材不相“匹配”，而且端塞是公用的，与试验样管也不匹配。即焊材、端塞、实验样管三者不相匹配，承受不了交变大载荷的实验，从而造成爆裂，导致实验无法进行。
如果采用高强度的焊材，使焊材的强度高于母材，则会导致脆硬性大，也承受不了交变大载荷的试验，从而造成爆裂，导致实验无法进行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种适用于高强度的试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构及方法。
本发明所采用的技术方案是一种试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构及方法，其结构包括有端塞和试验样管，其中，试验样管套在端塞的端头上，并与端塞的坡口焊接在一起，在试验样管位于端塞的一端还加有背箍，背箍的一端采用V型坡口焊接的形式与端塞的坡口焊接在一起，背箍的另一端采用角焊接的形式与试验样管焊接在一起，背箍的材质选用等于或低于试验样管的材质中的一种。
其方法是由下述步骤构成a将试验样管套在试验用端塞的端头上，并使试验样管与端塞之间留有间隙；b在试验样管的外侧套上背箍，并使背箍位于端塞的一端，并与端塞的坡口之间形成有V型坡口焊缝；c焊接，先对试验样管与端塞的坡口之间的焊缝进行焊接，然后对背箍与端塞的坡口之间的V型坡口焊缝进行焊接；再将套管的另一端角焊接在试验样管上，最后通过焊孔再牢固地将背箍焊接在试验样管上。
本发明的实验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构及方法，具有如下特点1、焊材选择遵循“低强匹配”原则，解决了高强度焊材价格昂贵、残余应力大、不易操作、热影响区内样管力学性能下降等问题，有效地提高了性能值(K1C值)，保证了试验样管不会从焊口处爆裂。2、采取焊接工艺结构设计措施焊缝V型坡口≥60°，试验样管管径两头上加同等壁厚，长度L＝100mm的背箍，之后端塞与实验样管焊接，端塞再与背箍一端V型坡口焊接，背箍另一端与试验样管角焊接。此结构有效地将焊缝抗拉强度提高一倍以上，保证了焊缝不会因强度不足而失效。3、解决了TP110NC-3Cr、TP110NC-13Cr和更高级别的TP140V套管API5C5密封评价(美国石油协会有关石油套管的实验标准)试验中的难题，为新产品第一时间的推广打下了坚实的基础。
图1是现有技术试验用的石油套管焊接结构示意；图2是本发明的试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构；图3是图2的整试实验结构示意图；
其中1端塞 2背箍3实验样管 4端头5焊孔 6V型坡口7角焊接 8坡端9接箍 10传感器11进气口具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细说明本发明的试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构及方法。
如图2所示，实验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构，包括有端塞1和试验样管3，其中，试验样管3套在端塞1的端头4上，并与端塞1的坡端8焊接在一起，并且，试验样管3与端塞1的坡端8之间的装配间隙为3～4mm，本实施例采用4mm。在试验样管3位于端塞1的一端还套有背箍2，背箍2的一端采用V型坡口6焊接的形式与端塞1的坡端8焊接在一起，V型坡口6的夹角大于等于60°，本实施例采用70°的夹角。背箍2的另一端采用角焊接7的形式与实验样管3焊接在一起。
在背箍2的管壁上每相隔180°还开有1个焊孔5，用于将背箍2焊接在实验样管3的管壁上。而且，背箍2的壁厚与实验样管3的壁厚相等，背箍2的长度为80～120mm，本实施例采用100mm。背箍2的材质选用等于或低于试验样管3的材质中的一种。
一种试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接的方法，是由下述步骤构成a将实验样管3套在实验用端塞1的端头4上，并使实验样管3与端塞1的坡端8之间留有装配间隙；b在实验样管3的外侧套上背箍2，并使背箍2位于端塞1的一端与端塞1的坡端8之间形成有V型坡口6；c焊接，先对实验样管3与端塞1之间的焊缝进行焊接，然后对背箍2与端塞1之间的V型坡口6进行焊接；再将背箍2的另一端角焊接在实验样管3上，最后通过焊孔再牢固地将背箍2焊接在实验样管3上；
d对焊缝进行局部回火热处理，也可根据焊材而定不进行此步。
在上述方法中，所采用的背箍2的壁厚与实验样管3的壁厚相等，背箍2的长度为80～120mm，本实施例采用100mm。V型坡口6的夹角大于等于60°，本实施例采用70°的夹角。试验样管3与端塞1的坡端8之间的焊距为3～4mm，本实施例采用4mm。
下面结合图3说明本发明的安装过程。先将两节试验样管3和3′分别套在端塞1和1′的端头上，并使其与端塞的坡端8相距4mm，再在试验样管3和3′的外侧套上背箍管2，并使背箍2与端塞1和1′的坡端8形成有V型坡口6，其V型坡口6形成的角度为70°的角度。整体安装好后，开始焊接，即，对实验样管3和3′与端塞1和1之间的焊缝，以及背箍2与端塞1和1′的坡端8之间的V型坡口6焊缝进行焊接，再对背箍2与验样管3和3′进行角焊接，及通过背箍2上形成的焊孔5将背箍2牢固的焊接在验样管3的管壁上。并对焊点进行局部回火热处理。最后，通过接箍9将两节实验样管3和3′的另一端连接在一起。
权利要求
1.一种试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构，包括有端塞(1)和试验样管(3)，其特征在于，试验样管(3)套在端塞(1)的端头(4)上，并与端塞(1)的坡端(8)焊接在一起，在试验样管(3)位于端塞(1)的一端还套有背箍(2)，背箍(2)的一端采用V型坡口(6)焊接的形式与端塞(1)的坡端(8)焊接在一起，背箍(2)的另一端采用角焊接(7)的形式与试验样管(3)焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构，其特征在于，所述的背箍(2)的管壁上开有一圈焊孔(5)，用于将背箍(2)焊接在试验样管(3)的管壁上。
3.根据权利要求1所述的试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构，其特征在于，所述的V型坡口(6)的夹角大于等于60°。
4.根据权利要求1所述的试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构，其特征在于，所述的背箍(2)的壁厚与实验样管(3)的壁厚相等，背箍(2)的材质选用等于或低于试验样管(3)的材质中的一种。
5.根据权利要求1所述的试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构，其特征在于，所述的背箍(2)的长度为80～120mm。
6.根据权利要求1所述的试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构，其特征在于，所述的试验样管(3)与端塞(1)的坡端根部(8)之间的焊距为3～4mm。
7.一种试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接的方法，其特征在于，是由下述步骤构成a将试验样管(3)套在试验用端塞(1)的端头(4)上，并使试验样管(3)与端塞(1)的坡端(8)之间留装配间隙；b在试验样管(3)的外侧套上背箍(2)，并使背箍(2)位于端塞(1)的一端，并与端塞(1)的坡端(8)之间形成有V型坡口焊缝(6)；c焊接，先对试验样管(3)与端塞(1)之间的焊缝进行焊接，然后对背箍(2)与端塞(1)之间的V型坡口(6)进行焊接；再将背箍(2)的另一端角焊接在试验样管(3)上，最后通过焊孔再牢固地将背箍(2)焊接在试验样管(3)上。
8.根据权利要求7所述的试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接的方法，其特征在于，所述的背箍(2)的壁厚与试实验样管(3)的壁厚相等；背箍(2)的长度为80～120mm。
9.根据权利要求7所述的试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接的方法，其特征在于，所述的V型坡口6的夹角大于等于60°。
10.根据权利要求7所述的试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接的方法，其特征在于，所述的试验样管(3)与端塞(1)的坡端(8)装配间隙的焊距为3～4mm。
全文摘要
一种试验用交变大载荷下石油套管异种低合金焊接结构及方法，其结构包括有端塞和试验样管，试验样管套在端塞的端头上，并与端塞的坡口焊接在一起，在试验样管位于端塞的一端还加有背箍，背箍的一端采用V型坡口焊接的形式与端塞的坡口焊接在一起，背箍的另一端采用角焊接的形式与试验样管焊接在一起。其方法将试验样管套在试验用端塞的端头上留有间隙；在试验样管的外侧套上背箍，并与端塞的坡口之间形成有V型坡口焊缝；对各焊缝进行焊接；最后通过焊孔再牢固地将背箍焊接在试验样管上。本发明有效地提高了性能值，保证了试验样管不会从焊口处爆裂。焊缝V型坡口≥60°，试验样管管径加同等壁厚的背箍。有效地将焊缝抗拉强度提高一倍以上。
文档编号B23K31/02GK1806996SQ20051001311
公开日2006年7月26日 申请日期2005年1月20日 优先权日2005年1月20日
发明者王继宝, 孙宇, 张冬敏 申请人:天津钢管集团有限公司