Исследование прочности резьбы бурильных труб, упрочненной методом обкатки



ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ РЕЗЬБЫ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ, УПРОЧНЕННОЙ МЕТОДОМ ОБКАТКИ

М.В. Песин

Пермская компания нефтяного машиностроения Пермский НИПУ, г. Пермь, Россия

В настоящее время в машиностроении особое внимание уделяется нефтяному машиностроению. Так для бурения скважин используются следующие виды труб: бурильные трубы, утяжеленные бурильные трубы (УБТ), ведущие бурильные трубы (ВБТ), толсто- стенные бурильные трубы (ТБТ), наиболее частой причиной выхода их из строя является разрушение резьбового соединения «ниппель-муфта», ликвидация же аварии требует значительных средств, поэтому проведение усталостных испытаний значительно сократит расходы на исследование существующих и внедрение новых изделий соединений [1]. С целью уменьшения срока и материальных затрат на исследование резьбовых соединений разработана методика усталостных испытаний, состоящая из поэтапных испытаний образцов, представляющих собой свинченные между собой элементы бурильных труб с ниппельной и муфтовыми частями, исследования прочности проводилось согласно методики испытаний на усталостную выносливость резьбового соединения разработанную автором [2]. Во время испытания образцов к ним прикладывалась знакопеременная нагрузка от изгибающего момента при каждом этапе нагружения. После проведения испытания образец снимался со стенда и резьбовое соединение развинчивалось. Анализ проведенных испытаний показал, что упрочняющая обработка оказывает существенное влияние на усталостную прочность резьбовой поверхности, сравнение результатов показало увеличение наработки обкатанного резьбового соединения над неупрочненным в 2,7...3,7 раза.

Для повышения долговечности резьбовых соединений в машиностроении разработаны следующие методы упрочнения резьбы: упрочнение пластическим деформированием, комбинированные методы упрочнения, термические и химико-термические методы упрочнения, упрочнение методами химического осаждения, электролитические методы упрочнения. Вышеуказанные методы упрочнения выполняются с целью повышения сопротивления усталости, твердости поверхностного слоя металла, а также формирования регламентированного микрорельефа. Рассматривая эти методы можно отметить поверхностное пластическое деформирование резьбовых соединений как один из наиболее простых и эффективных технологических путей повышения работоспособности и надежности изделий машиностроения. Так, в результате ППД повышаются твердость и прочность поверхностного слоя, формируются благоприятные остаточные напряжения, уменьшается параметр шероховатости Rа , увеличиваются радиусы закругления вершин, относительная опорная длина профиля и т.п. Формирование поверхностного слоя с заданными свойствами должно обеспечиваться технологией упрочнения. Наиболее широко применяют способы обкатке и раскатывания шариковыми и роликовыми обкатки наружных и внутренних резьб [3, 4].

На сегодняшний день в машиностроении широкое применение получили такие способы поверхностного пластического деформирования как: обкатка роликами, обкатка шариками, калибрующее накатывание шариками, алмазное выглаживание, центробежная обработка, поверхностное раскатывание, деформирующее протягивание, прошивание, калибрование шариками, вибрационное обкатки, обработка дробью [5, 6]. Методологические основы технологического процесса упрочнения резьбовых соединений роликом в совокупности с методикой проведения усталостных испытаний, направленны на повышение эффективности эксплуатации резьбового соединения. Постановка математической модели процесса деформации впадины резьбы и численное решения этой задачи, позволило определить взаимосвязь режимов упрочняющей обработки и основных параметров качества поверхностного упрочненного слоя, а, именно, шероховатости, микротвердости, наклепа и усталостной прочности [7].