Fracture of drilling head pipe connection due to quenching of heat affected zone (HAZ)

Fractura de la conexión de la tubería de perforación debido al enfriamiento de la zona afectada por el calor (HAZ)

La conexión del tubo del cabezal de perforación es de acero templado y revenido 34CrNiMo6. El acero se caracteriza por su alta templabilidad. Debido a una tecnología de soldadura inadecuada y no probada, la velocidad de enfriamiento de la zona afectada por el calor (ZAC) tras la soldadura superó la velocidad de enfriamiento crítica superior. Durante la perforación horizontal de la roca, la martensita frágil resultante no pudo soportar las cargas dinámicas, lo que provocó una fractura frágil de la conexión de la tubería.

INTRODUCCIÓN

En la ingeniería de la construcción, las tecnologías de perforación de rocas se utilizan en la construcción de túneles y tuberías. Los carburos sinterizados y los compuestos de diamante se utilizan como materiales abrasivos de corte [1]. Debido a las grandes fuerzas, el agrietamiento de las herramientas de corte es un fenómeno común que también se conoce en otras ramas de la industria [2, 3].

Una empresa dedicada a la perforación vertical y horizontal se enfrentaba al fenómeno ocasional de que los cabezales cónicos de perforación horizontal se quedaban en las paredes rocosas. Constataron el agrietamiento ocasional de las conexiones de los tubos de alimentación de agua (diámetro 34 mm, espesor de pared 13 mm, longitud 150 mm) soldadas con material de relleno inoxidable a la punta del cabezal de perforación (figura 1). El comprador de los cabezales de perforación decidió investigar las razones del agrietamiento de las conexiones de los tubos.

INVESTIGACIONES

Se realizaron varias pruebas, como el examen visual, el análisis químico del material de la unión de tubos (cuantificador Thermoelectron corporation ARL 3460), el examen macroscópico y microscópico del material de la unión de tubos y de la zona afectada por el calor (ZAC) de la soldadura perpendicular a la superficie de fractura (metalografía ligera, esmerilado con papel de lija hasta #4 000, pulido con pasta de diamante 1 μm, grabado con nital al 2 %), así como mediciones de dureza HV10 (dispositivoGNEHM Härteprüfer Swiss Max 300).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Examen visual

La fractura de la conexión del tubo existe junto a una soldadura de superficie metálica brillante, obviamente realizada con material de aportación de acero inoxidable. En algunos lugares se observan socavaduras (figura 1). El resultado es un efecto de entalladura en estos lugares. La conexión de la tubería y ambas superficies de fractura están muy corroídas. En las superficies de fractura no se aprecia ninguna superficie metálica brillante, lo que indicaría que no existe ninguna rotura parcial a través de una soldadura inoxidable (esto se confirmó también mediante un examen metalográfico). Debido a las superficies de fractura altamente corroídas, no se buscó el lugar de inicio de la grieta.