Xu Xiaodong, Huang Zhiguo, Collège pétrolier de Chengde, Chengde
Résumé : Grâce à une analyse technique des conditions de service et des causes de défaillance du corps Raccord pivotant, les facteurs internes derrière la courte durée de vie de ce produit sont examinés. Sans affecter la performance de service de la pièce, la structure et le processus d’usinage sont améliorés, et une voie importante pour l’augmentation de la durée de vie est identifiée.
1. Introduction
Le Raccord pivotant est un accessoire important utilisé sur les camions de cimentation des champs pétrolifères, les camions de fracturation, divers Manifolds haute pression, les pipelines et autres équipements haute pression. Il peut être utilisé pour transporter de l’huile, de l’eau, des fluides de fracturation et des fluides mélangés. Comme la pression de travail maximale est élevée, la pièce doit posséder de bonnes propriétés mécaniques. Raccords pivotants actuellement utilisés dans les champs pétrolifères incluent les types importés et domestiques. Les Raccords pivotants importés ont une longue durée de vie mais sont chers. La plupart des Raccords pivotants domestiques sont fabriquées à partir de pièces forgées, trempées et trempées, puis usinées à la finition. Leur coût est moindre, mais leur durée de vie est plus courte. Actuellement, de nombreux fabricants nationaux augmentent l’épaisseur des parois pour améliorer la durée de vie. Cependant, l’augmentation de l’épaisseur des parois augmente non seulement le coût des matériaux, mais rend aussi la manipulation gênante en raison du poids accru. Par conséquent, pour prolonger Raccord pivotant durée de vie, des mesures efficaces de procédé doivent être prises pour améliorer les propriétés mécaniques complètes de la pièce.
2. Structure de la pièce et causes de défaillance
Le corps Raccord pivotant est fabriqué en 35 CrMo. Sa structure est illustrée à la Figure 1.
Figure 1. Structure de la pièce
D’après la conception structurelle du corps Raccord pivotant, on peut constater que le corps adopte une forme d’arc pour réduire l’impact des fluides à haute pression. Les deux extrémités du corps sont reliées à deux subs coudes par des billes en acier. Les billes en acier limitent à la fois le mouvement axial entre les pièces et permettent une rotation relative. L’épaule d’étanchéité sert à placer un anneau d’étanchéité en forme de U, et la méthode d’étanchéité entre le corps et le sous-scellement du coude est l’étanchéité à l’extrémité. Pendant l’utilisation, la rotation du sous-marin du coude permet d’ajuster la position relative entre les canalisations de livraison pour répondre aux exigences du terrain. Le procédé de formage actuel pour le corps comprend le forgeage, la normalisation, le perçage, le pliage à chaud, le trempe et le trempé, ainsi que l’usinage. Comme le procédé de traitement thermique consiste globalement en trempe et en trempage, les propriétés mécaniques complètes sont bonnes, la dureté est HRC 38-42, et la usinabilité est acceptable. Les dommages corporels se produisent généralement de deux façons. L’une d’elles est la fracture d’usure à l’arc interne du R165. L’analyse technique de terrain montre que lorsque le fluide mélangé est transporté pendant le fonctionnement, les particules du mélange brûlent la paroi interne de la pièce sous haute pression. Parce que la dureté de la paroi intérieure est faible et que la résistance à l’usure est faible, l’arc intérieur R165 devient le point faible. L’autre est que la dureté de la surface intérieure de la rainure du canal est faible et que sa précision ne répond pas aux exigences de service, provoquant une usure importante des rainures et rendant la rotation du corps inflexible, voire bloquée.
3. Mesures de processus
Compte tenu de la situation ci-dessus, améliorer le procédé existant, augmenter la dureté et la résistance à l’usure à l’intérieur des surfaces, ainsi qu’améliorer la précision de l’usinage sont des voies importantes pour augmenter la durée de vie des pièces.
3.1 Amélioration du processus de formage
La conception originale du procédé est globalement raisonnable tant dans le choix des matériaux que dans la voie du procédé. Cependant, il ne peut pas répondre à l’exigence élevée de résistance à l’usure de la pièce, ce qui explique principalement sa durée de vie relativement courte. Si le traitement thermique est modifié pour une trempe globale, la résistance à l’usure sera nettement améliorée, mais les propriétés mécaniques complètes, en particulier la résistance aux chocs, diminueront. Le mode de défaillance de la pièce changera, et la durée de vie ne s’améliorera toujours pas. Le durcissement par induction à haute fréquence est une méthode de traitement thermique visant à augmenter la dureté de surface. Si la surface interne du corps est durcie par induction après trempe et trempe globale, les propriétés mécaniques complètes peuvent être maintenues tandis que la dureté de la surface intérieure est significativement augmentée. Par conséquent, le procédé d’origine est amélioré comme suit : forge, normalisation, perçage, courbure à chaud, trempe et trempe globale, tournage, durcissement par induction haute fréquence à la surface intérieure, et meulage de la rainure du canal de course.
Le procédé amélioré conserve la caractéristique originale du procédé, à savoir les propriétés mécaniques complètes de la pièce, tout en ajoutant un durcissement par induction à haute fréquence à la surface intérieure. Après durcissement par induction, la dureté de la surface intérieure atteint HRC 50-55. La couche durcie a environ 3 mm de profondeur, et la dureté ainsi que la résistance à l’usure sont nettement améliorées. Cependant, la dureté accrue de la rainure du canal rend le virage difficile, si bien que la rainure après le durcissement par induction est terminée par meulage. Cela répond non seulement aux exigences de performance de service de la pièce, mais réduit aussi la rugosité de surface de la rainure de la rainure par rapport à la valeur Ra d’origine et améliore significativement la précision de la pièce.
En raison de la structure particulière de la pièce, le choix du datum de positionnement lors du meulage est crucial. Si l’axe et la face finale du cercle extérieur phi 110 sont utilisés comme datums de positionnement, le serrage pendant l’usinage devient contraignant et l’erreur cumulative augmente car le datum de positionnement et celui d’usinage ne coïncident pas. Ainsi, lors de la conception du dispositif de la meuleuse, et en tenant compte de la commodité de serrage, un procédé de localisation de l’épaule est conçu sur la face finale du corps. L’axe de ce procédé de localisation de l’épaule et l’axe de la rainure de la piste sont conçus comme le même datum d’usinage, comme montré à la Figure 2. La taille du processus de localisation de l’épaule n’affecte pas la connexion entre le corps et le subhume du coude et n’affecte pas la force corporelle. En utilisant la face extérieure et l’axe du procédé, la localisation de l’épaule comme datums de positionnement peut répondre aux exigences de meulage de la rainure du canal de course.
Figure 2. Schéma de conception du procédé
3.2 Sélection du matériau de meulage
Après un durcissement par induction à haute fréquence, la dureté et la résistance à l’usure de la rainure du canal de Raccord pivotant du corps sont nettement améliorées. Cependant, si le matériau de meulage est mal sélectionné lors du meulage, des brûlures et des fissures par meulage peuvent survenir, donc le choix du matériau de meulage est crucial.
Le nitrure de bore cubique (CBN) est l’un des matériaux les plus durs à couper. Comparé au diamant, CBN présente les avantages suivants.
Premièrement, il a une excellente dureté rouge et peut toujours maintenir une bonne dureté à haute température (1200 °C). Deuxièmement, le diamant a tendance à se graphitiser en contact avec l’acier, tandis que le CBN a une résistance mécanique deux fois supérieure à celle du diamant. Plus important encore, les cristaux de CBN ont des bords de coupe exceptionnellement bons et génèrent moins de chaleur pendant le fonctionnement, ce qui aide à réduire les brûlures de surface et les fissures dans la rainure de la piste. Pour assurer une longue durée de vie à la meule, les paramètres de coupe doivent être raisonnablement choisis. La vitesse normale de coupe d’une meule CBN est de 40 m/s, la vitesse d’avance est de 500 à 1200 mm/min, et la profondeur de coupe peut être choisie selon la situation. En général, les facteurs déterminant les paramètres de meulage sont principalement la déformation thermique et la précision finale de la pièce.
4. Résumé
En résumé, les principaux facteurs déterminant Raccord pivotant durée de vie de la carrosserie sont le matériau de la carrosserie et les propriétés mécaniques après traitement thermique. La trempe et le trempe peuvent répondre à des exigences mécaniques complètes telles que la résistance aux chocs, tandis qu’un durcissement par induction à haute fréquence de la surface intérieure peut répondre à des exigences de dureté élevée et de résistance à l’usure. Le principal facteur déterminant la précision des pièces est la rigidité globale du système composé de la meule, de la pièce et du dispositif de la machine-outil. Répondre à ces exigences peut considérablement améliorer la durée de vie de la pièce.
