Quais são os principais requisitos para usinagem de precisão de peças de liga de titânio de grau de petróleo e gás?

As ferramentas de perfuração de aço apresentam baixa resistência à fadiga e à corrosão, trazendo altos riscos sob condições de serviço corrosivas e altos custos anticorrosivos.Ligas de titâniosão adequados para poços de raio curto e alcance estendido, desenvolvimento de petróleo e gás em alto mar, ultraprofundos e não convencionais.

 

 

1. Cinco Requisitos Básicos para Materiais de Petróleo e Gás de Fundo de Poço

Alta resistência, tenacidade e resistência à fadiga, resistência à corrosão multimídia, estabilidade da microestrutura em alta temperatura, boa usinabilidade e conformidade com os padrões de produtos tubulares API.

 

2. Seleção de material de liga de titânio

Gr5:Propriedades abrangentes e balanceadas, aplicadas em tubos convencionais de perfuração de poços profundos, carcaças e juntas em geral.

Grupo 5 ELI:Resistência aprimorada, adequada para componentes dinâmicos de alta confiabilidade.

TC11:Boa resistência ao calor, usada para ferramentas de poço profundo de média-alta temperatura, mandris e juntas que suportam pressão.

TC18:Liga de titânio de alta resistência com forte resistência à torção, adequada para juntas viradas para serviços pesados, mas difícil de usinar.

Gr7/Gr11:Resistente à corrosão em frestas, para tubulações estáticas em águas profundas e juntas de vedação.

Gr2:Boa ductilidade, mas baixa resistência, usada para peças anticorrosivas de baixa pressão e sem carga.

Princípios de seleção de materiais:Adote ligas de titânio resistentes à corrosão para condições corrosivas severas; Gr5 ELI para serviços sujeitos a fadiga; TC11 para ambientes de alta temperatura; ligas de titânio de alta resistência para aplicações de carga pesada e resistentes à torção.

 

3. Esquemas de boleto

Tubos de titânio extrudados sem costura são adotados para corpos de tubos de perfuração. Tarugos forjados são usados ​​para posições críticas de suporte de carga, como seções de ressalto rosqueadas e seções viradas. A soldagem por fricção é priorizada para formar integralmente corpos e juntas de tubos para reduzir defeitos de solda e melhorar a vida útil em fadiga.

 

 

• A baixa condutividade térmica concentra o calor nas arestas de corte, causando rápido desgaste da ferramenta. Oxidação e fragilização ocorrem facilmente nas camadas superficiais da peça, degradando a resistência à fadiga.
• A alta atividade química em temperaturas elevadas leva à aresta postiça e à adesão da ferramenta, resultando em instabilidade dimensional, arranhões superficiais e perfis de rosca danificados.
• O baixo módulo de elasticidade traz grande efeito de retorno elástico, causando deflexão da ferramenta durante a usinagem. As dimensões das roscas e dos furos são difíceis de controlar.
• Suscetível ao endurecimento pelo trabalho. Camadas endurecidas aceleram o consumo de ferramentas. O corte inadequado pode induzir microfissuras subterrâneas.
• A geometria complexa de roscas trapezoidais parciais para produção de brocas, como BHDX, depende da vedação do ombro. Requisitos rigorosos são impostos ao perfil do dente, conicidade, passo e qualidade da superfície. O desgaste da rosca pode causar falha na conexão.

 

 

1. Usinagem Desbaste de Tarugos

O recozimento de homogeneização é realizado em peças forjadas e peças brutas de tubos para aliviar a tensão residual. A margem de usinagem uniforme é reservada para usinagem de desbaste. Resfriamento de alta pressão e corte em baixa velocidade são aplicados para evitar queimaduras térmicas. O recozimento secundário com alívio de tensão é realizado após a usinagem de desbaste.

 

2. Acabamento de torneamento de círculos externos e superfícies de vedação

Adote ferramentas de corte de metal duro revestidas com TiAlN. Aplique baixa velocidade de corte com avanço moderado e resfriamento do compósito. Use apoios centrais para peças de trabalho de tamanho longo e paredes finas para suprimir a vibração e controlar a força de fixação. A rugosidade superficial das superfícies de vedação não deve ser superior a Ra 0,8 μm; somente polimento leve é ​​permitido.

 

3. Usinagem de rosca de precisão

Máquina -ligas de titânio após tratamento de envelhecimento em solução; máquina de acabamento + ligas de titânio em estado recozido. Use ferramentas de conformação para torneamento em camadas com resfriamento de alta pressão. Realize nitretação ou lubrificação de filme sólido após a usinagem para desempenho anti-gripagem.

 

4. Usinagem de pequenos diâmetros e furos profundos

Utilize furação canhão e fresamento helicoidal com resfriamento interno de alta pressão para evacuação de cavacos. Mandrilamento e alargamento são usados ​​para ajustar as dimensões. Rebarbe suavemente e proíba a retificação em alta temperatura.

 

5. Tratamento térmico

Recozimento convencional para ligas de titânio grau 5. O tratamento de envelhecimento por solução é implementado após usinagem em desbaste para condições de serviço de alta resistência. Para titânio de alta resistência TC18: tratamento em solução seguido de têmpera em água → acabamento de torneamento de roscas e superfícies de vedação → envelhecimento em baixa temperatura. É necessária proteção a vácuo ou argônio de alta pureza para evitar oxidação e absorção de hidrogênio.

 

6. Tratamento anti-gripagem de superfície

Processos opcionais: nitretação em baixa temperatura, revestimento DLC e lubrificação por filme seco. Controle a temperatura de processamento para evitar a fragilização da matriz.

 

7. Testes Não Destrutivos

Os padrões para tubos de perfuração de aço não devem ser aplicados diretamente. Testes ultrassônicos (UT) para corpos de tubos; teste de penetração (PT) ou teste de correntes parasitas para raízes de rosca e filetes de ombro; Inspeção ultrassônica phased array para juntas soldadas por fricção.

 

 

1. Desvio dimensional na usinagem de acabamento

Causada pela liberação de tensão residual. Soluções: adicionar procedimentos de alívio de tensões, reduzir a profundidade de corte em usinagem de desbaste e implementar tratamento de homogeneização para tarugos forjados.

 

2. Escoriações na rosca e arranhões na superfície do dente

Originado de bordas postiças de alta temperatura e proteção de superfície insuficiente. Soluções: otimizar as condições de resfriamento, adotar torneamento em camadas e aplicar revestimentos anti-gripagem.

 

3. Camadas de óxido quebradiças em fase superficial

Induzido por temperatura de corte excessiva e proteção inadequada durante o tratamento térmico. Soluções: controlar rigorosamente a temperatura de ponta, evitar corte a seco e adotar tratamento térmico a vácuo.

 

4. Alto custo da ferramenta e baixa eficiência de usinagem

As ligas de titânio não podem ser processadas em altas velocidades de corte. Soluções: otimizar geometria de ferramentas e sistemas de refrigeração; adote corte híbrido criogênico ou assistido por ultrassom para equilibrar a qualidade da superfície e a estabilidade do processamento.

 

 

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