我们曾对某油田G105高强度钻杆断裂事故进行了失效分析,发现是典型的应力腐蚀破裂(图6和图7)。进一步用电子探针对断口面和裂纹内进行了微区成分分析,发现富集氯元素,并判定是盐酸浸入所致。经在井队调查,了解到该井队在解除卡钻事故时向钻杆注入过盐酸。因此,导致该钻杆应力腐蚀破裂的主要原因是使用过程较长时间接触了盐酸。作为这项失效分析的反馈信息,是严禁高强度钻杆注盐酸解卡。井队采用这一反馈信息,未再发生类似事故。
上面几个例子,都是从失效分析的结论中获得反馈信息,据以确定提高失效抗力指标的途径(形成反馈试验方案),并通过试验选择出最佳改进措施。反馈的结果,可能是改进设计结构(如公锥)、改变材料(如刹车鼓)、改革工艺(如抽油杆)、改进现场操作规程(如高强度钻杆),也可能是综合改革(如公锥系同时改进结构和材料)。在一般情况下,失效分析的反馈可按图8所示的基本思路进行。
图6 钻杆宏观断口(17×)
对于机械产品的设计制造单位,应着重于失效分析在结构设计、材料设计和制造工艺上的反馈,特别是结构、材料、工艺上的综合反馈,因为这三者往往很难截然分开。比如在考虑结构因素对零件强度的影响时,一般尚要联系到材料因素和工艺因素;同样,在考虑材料强度的影响时,也必须考虑零件的结构设计,主要是应力集中对材料强度的影响。在某些情况下,通过改变零件的形状、尺寸来提高其失效抗力较之改变材料和工艺更为有效。而当设计结构的改进受到限制时,零件的应力水平、应力分布和应力状态又要求制造零件的材料和工艺与之相适应。例如几何形状复杂、应力状态较“硬”的零件,要求材料有足够的塑性、韧性;带有尖锐缺口的零件,要求材料有较低的缺口敏感度等。由此可见,在提高零件的失效抗力时,零件的结构设计与材料、工艺是互相渗透、互相依赖的。(www.xing528.com)
图7 钻杆电镜断口形貌(5000×)
图8 失效分析反馈的思路
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