摘 要 壓力表失效事故給油田安全生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)極大的損失。對某油田的一起普通壓力表密封失效事故進(jìn)行了調查，通過(guò)壓力表失效形貌宏觀(guān)研究、微觀(guān)觀(guān)察及化學(xué)成分分析等方法對失效原因進(jìn)行了分析。結果表明，壓力表失效事故是因彈簧管與封口塞、連桿焊接部位存在焊接缺陷。建議該油田對在用及庫存的同型號壓力表進(jìn)行仔細檢查，對存在有焊接缺陷的壓力表進(jìn)行補焊處理，以免再次發(fā)生失效事故；對焊接后的結構進(jìn)行疲勞測試試驗，以保證壓力表滿(mǎn)足使用要求。

 

        彈簧管式壓力表是以彈簧管為敏感元件的壓力測量?jì)x。彈簧管在壓力和真空的作用下，產(chǎn)生彈性形變，引起管端位移，其位移通過(guò)扇形齒輪傳動(dòng)機構進(jìn)行放大，傳遞給指示裝置，顯示被測壓力。油田采油樹(shù)上的油壓壓力表用來(lái)監測油井中油管的壓力，給操作人員和技術(shù)人員提供重要的參數信息。某油田巡井人員在巡檢時(shí)發(fā)現井場(chǎng)大面積污染，經(jīng)檢查確認油污是由采油樹(shù)上型號為Y-100壓力表密封失效導致，表內全部是油污，表盤(pán)破裂。該壓力表失效形貌如圖1所示。油田后來(lái)又發(fā)生幾起壓力表失效事故均為同期購入的型號Y-100壓力表，這給該油田安全生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)極大的損失。為找出該類(lèi)壓力表失效原因，避免此類(lèi)事故再次發(fā)生，對該起壓力表失效事故進(jìn)行了調查分析。通過(guò)對失效壓力表宏觀(guān)、微觀(guān)形貌的研究以及化學(xué)成分分析，闡明了該壓力表失效原因，提出了相應的預防措施。

1 試驗分析

1.1 宏觀(guān)形貌分析

        該失效壓力表彈簧管完全脫落，分解彈簧管后看到彈簧管與封口塞連接端約1 cm段內有油污，更深的部位沒(méi)有油污。用酒精清洗彈簧管與封口塞連接端部�？煽吹綇椈晒苌襄a焊面料填充不均勻。焊接處可目測到焊接氣孔缺陷，如圖2（a）所示。將與之對應的封口塞焊接處用線(xiàn)切割對剖，觀(guān)測到焊錫鋪展面不均勻，有效連接區域不到連接面的50%，如圖2（b）所示。

1.2 微觀(guān)形貌與化學(xué)元素分析

        對彈簧管的金相進(jìn)行分析，采用三氯化鐵鹽酸溶液腐蝕劑，利用型號為AX10的金相顯微鏡對彈簧管顯微組織進(jìn)行觀(guān)察，如圖3所示。

        由圖3可以看出，彈簧管顯微組織為單相α黃銅，顯微組織未檢查到明顯夾雜。依據GB/T 6394—2002標準對彈簧管晶粒度進(jìn)行評定，結果為11級。

 

        將該壓力表彈簧管脫落端在掃描電子顯微鏡下進(jìn)行微觀(guān)形貌與元素分析，觀(guān)察到焊接區域焊料鋪展不均勻，彈簧管焊接部分靠近端面處有大片區域沒(méi)有焊錫，如圖4（a）和（b）所示。切取彈簧管焊接截面，觀(guān)察到彈簧管表面有部分虛焊段及焊接脫落段，如圖4（c）和（d）所示。焊接接頭存在裂紋、夾渣、氣孔等缺陷，對接頭的靜力學(xué)性能的影響一般不明顯，但是對焊接結構的疲勞性能影響卻十分顯著(zhù)。壓力表彈簧管在工作時(shí)受到波動(dòng)壓力的作用，焊接缺陷就會(huì )引發(fā)彈簧管的疲勞失效。

 

        對焊接處進(jìn)行微區能譜分析，如圖5所示。其中彈簧管為純銅制造，焊料主要成分為Pb和Sn，有微量的Al、Co雜質(zhì)元素。雜質(zhì)元素明顯會(huì )影響焊料的潤濕性和流動(dòng)性，加之封口塞的幾何外形容易有氣隙和裂紋，使焊接點(diǎn)的強度下降。

2 綜合討論

        分析上述試驗結果可以看出，焊接質(zhì)量差是引起此次壓力表失效事故的主要原因。該壓力表彈簧管與封口塞之間采用錫焊連接，即利用低熔點(diǎn)的錫焊料加熱溶化后，滲入并填充金屬件連接處間隙。良好的錫焊焊點(diǎn)應該具有牢固的機械固定性，焊錫應完全浸潤，焊件的輪廓清楚，錫焊面光亮潤澤。從彈簧管與封口塞的對剖面可以看出，有效的焊接連接面積不到50%，焊接處有目測可見(jiàn)的氣孔缺陷;從彈簧管與封口塞焊接處微觀(guān)形貌可以看出，焊接處錫焊面不均勻，渣而不實(shí)，錫焊面并未填充到整個(gè)區域；焊接點(diǎn)的EDS元素分布圖中可看出有微量的Al元素雜質(zhì)。錫焊質(zhì)量與焊接件表面潔凈程度、焊接溫度、焊接時(shí)間、焊接手法等多方面因素有關(guān)，焊接缺陷對彈簧管與封口塞焊接連接處的疲勞性能有很大的影響。另外，焊接后的冷卻過(guò)程中，焊縫金屬體積變化使得焊接連接處產(chǎn)生組織應力，也會(huì )影響彈簧管的疲勞性能。

 

        彈簧管工作時(shí)處于懸臂狀態(tài)，受疲勞應力作用，在持續工作過(guò)程中有可能導致彈簧管產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂。彈簧管焊接位置屬于應力集中部位，裂紋會(huì )優(yōu)先在該位置產(chǎn)生，加之該壓力表彈簧管焊接處存在缺陷，因此加速了失效。對有焊接缺陷的壓力表可以進(jìn)行補焊處理，以免再次發(fā)生失效事故。

 

3 結論和建議

        1）造成壓力表密封失效事故的主要原因是彈簧管與封口塞、連桿焊接部位存在焊接質(zhì)量缺陷。

        2）建議對該油田庫存以及正在使用的同型號壓力表仔細檢查，對有焊接缺陷的壓力表進(jìn)行補焊處理，以免再次發(fā)生失效事故。

        3）建議壓力表制作過(guò)程中對焊接后的結構進(jìn)行疲勞測試試驗，以保證壓力表滿(mǎn)足使用要求。