一种套管钻井用钢疲劳裂纹扩展行为的表征方法

摘要

一种套管钻井用钢疲劳裂纹扩展行为的表征方法，其步骤包括：第一，对套管钻井钢进行取样，制样并清洗；第二，对样品进行疲劳前的低频噪声测试；第三，对样品进行疲劳试验；第四，对疲劳后的样品进行低频噪声测试；第五，根据疲劳前后低频1/f噪声信息，对疲劳试验前后的低频噪声数据进行分析，提取和处理，对样品疲劳裂纹扩展情况进行表征，通过疲劳扩展前后两次低频1/f噪声测试，消除了样品本身背景噪声的影响，避免了一般表征方法中较为复杂的公式推导和数学计算，对样品的形状没有严格的要求，有助于减少疲劳试验数量，降低试验成本，可方便对各种样品的疲劳裂纹扩展行为进行抽样和疲劳寿命的评估，具有使用方便，成本低廉，便于推广的特点。

主权项

1.一种套管钻井用钢疲劳裂纹扩展行为的表征方法，其特征在于，包括如下步骤：第一，对套管钻井钢进行取样，制样并清洗；在接箍处（应力较为集中）按照长宽高依次为的尺寸在N80钻井套管钢的进行截取，然后按照ASTM E647标准制作成CT试样，试样的长宽高尺寸依次为，试验进行之前，首先对CT试样进行预裂，预裂长度为2毫米，在摩尔浓度为1.0%～5.0%的盐酸（HCl）溶液除锈,浸泡时间为1～3分钟；然后分别用乙醇和去离子水进行清洗，浸泡时间为1～3分钟，切面磨制抛光后，采用200毫升摩尔浓度为2%～5%的HNO₃溶液，所述的HNO₃溶液采用纯乙醇作溶剂，进行清洗，取出挂起，吹干；第二，对样品进行疲劳前的低频噪声测试；对样品进行低频噪声测试，需要在一定的偏置下进行，本发明参照常规疲劳试验中的电位参照点，分别在样品的预制裂纹两侧，焊接两根引线，并连接到噪声测试平台上，调节电压范围为2.0～3.0V，等达到所需要的偏置时，将样品连同偏置装置一起放进屏蔽室，并进行疲劳前的低频噪声测试，整个低频1/f噪声测试是在Cu网屏蔽室中进行的，测试前需要进行背景噪声的测试，并采用物理手段尽可能的降低背景噪声；第三，对样品进行疲劳试验；将样品从低频噪声测试系统中取出，放置在型号为PLD-100的微机控制电液伺服疲劳试验机上，当指令信号进入放大器，控制来自液压源的高压油伺服阀，使液压缸的活塞运动，拉伸或压缩试样，力传感器测出负载力（或变形）将信号反馈给放大器和指令信号比较，形成闭环回路，实现系统控制，在加载过程中连续记录载荷P与相应的裂纹尖端张开位移V，裂纹尖端张开位移V的变化表示了裂纹尚未起裂、已经起裂、稳定扩展和失稳扩展的情况，设定应力比为0.1～0.7，直到疲劳循环1×10⁶次裂纹不发生0.1mm扩展为止，对应的△K即为对应的裂纹扩展门槛值，当裂纹扩展至5～20mm时，停止疲劳试验；第四，对疲劳后的样品进行低频噪声测试，对样品继续进行疲劳试验后的低频噪声测试，实验方法和所加的偏置与步骤2中的相同，以保证实验数据的可对比性；第五，根据疲劳前后低频1/f噪声信息，对疲劳试验前后的低频噪声数据进行分析，提取和处理，对样品疲劳裂纹扩展情况进行表征，根据低频噪声理论，在其他噪声参数接近的情况下，值的大小直接与噪声的起源和样品内部的裂纹、缺陷有关。