石油机械配件-抽油杆接箍的表面激光熔覆方法

抽油杆适用于油田的采油，在矿场上遇到难题——腐蚀和磨损，井液中往往含有CO2、H2S、盐水等腐蚀介质，引起抽油杆腐蚀、疲劳断裂，严重影响了原油生产，根据矿场应用经验，抽油杆的损坏中由于腐蚀和磨损度引起的损坏占80％以上。

到目前为止，采油机械的研究人员针对腐蚀和磨损问题开展了许多研究，在抽油杆材料上采用含Ni、Cr、Mo等价格昂贵的耐腐蚀合金材料，在表面处理技术上采用喷涂、化学镀、电镀等表面处理工艺，这些处理方法取得了一定的防腐效果，但也存在处理层与基体间大多为机械结合，结合强度低，在长时间摩擦、磨损及交变压力工作状态下，出现了处理层易破碎、剥落的现象，严重影响了防腐效果，而且上述表面处理方法都存在环境污染的问题；此外，抽油杆的结构通常包括杆头、杆体两个部分，杆头、杆体的表面存在一定差异，杆头的表面与连接两个抽油杆的接箍的表面性质差不多，而上述表面处理方法均采用同样的方式对杆头、杆体、接箍这3个部分进行处理，导致防腐效果不理想。

公开号为CN106676516A、公开日为2017.05.17、申请人为无锡明盛纺织机械有限公司的中国发明公开了“一种耐磨蚀抽油杆的制备方法”，包括：(1)将抽油杆进行表面处理，去除氧化皮、油脂及污垢；(2)对表面处理后的抽油杆进行喷砂粗化，粗糙度大于Ra25；(3)NiCrBSi粉末与Ce2O3粉末按照重量比4-10:1混合，加入硅酸钠研磨，研磨均匀，加入水形成料浆；(4)将料浆涂覆于粗化后的抽油杆表面，150-200℃下烘干；(5)涂覆自保护材料，150-200℃下烘干；(6)在高频加热设备中熔覆，涂层厚度为700-800μm，得到所述耐腐蚀抽油杆。该发明存在防腐效果不理想的问题，对接箍没有做防腐处理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种抽油杆、抽油杆接箍的表面激光熔覆方法，能大大提高抽油杆、抽油杆接箍的耐腐蚀性能和耐磨性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种抽油杆、抽油杆接箍的表面激光熔覆方法，抽油杆由抽油杆杆头和抽油杆杆体组成，所述表面激光熔覆方法包括以下步骤：

A.对抽油杆杆头、抽油杆杆体、抽油杆接箍进行预处理；

B.对抽油杆杆头、抽油杆接箍表面激光熔覆:

B1.对抽油杆杆头、抽油杆接箍进行镍包铝粉末激光熔覆，采用3000W光纤激光器扫描，通过同步送粉器将镍包铝粉末送入激光熔池，扫描功率为1800～2200W，光斑直径为2～3mm，扫描速度为80～110mm/min，搭接量为30％，扫描过程中通氩气保护熔池，氩气流量为15～20L/min；

B2.对B1步骤中已完成镍包铝粉末熔覆的抽油杆杆头、抽油杆接箍进行镍基粉末熔覆，采用3000W光纤激光器扫描，通过同步送粉器将镍基粉末送入激光熔池，扫描功率为2000～2500W，光斑直径为2～3mm，扫描速度为100～120mm/min，搭接量为30％，扫描过程中通氩气保护熔池，氩气流量为12～16L/min；

C.对抽油杆杆体表面激光熔覆：

C1.对抽油杆杆体进行镍包铝粉末激光熔覆，采用4000W光纤激光器扫描，通过同步送粉器将镍包铝粉末送入激光熔池，扫描功率为3000～3500W，光斑直径为1.5～2mm，扫描速度为300～350mm/min，接搭量为20％，扫描过程中通氩气保护熔池，氩气流量为20～30L/min；

C2.对C1步骤中已完成镍包铝粉末熔覆的抽油杆杆体进行镍基粉末熔覆，采用6000W光纤激光器扫描，通过同步送粉器将镍基粉末送入激光熔池，扫描功率为4000～5000W，光斑直径为2～3mm，扫描速度为400～450mm/min，搭接量为30％，扫描过程中通氩气保护熔池，氩气流量为20～30L/min；

D.对完成步骤B2的抽油杆杆头、抽油杆接箍和完成步骤C2的抽油杆杆体进行检测。

优选地，本发明所述步骤A中，预处理过程为：将抽油杆杆头、抽油杆接箍、抽油杆杆体进行喷砂处理，用去离子水超声清洗5分钟，气枪吹干后置于喷出式低温等离子体发生器中距离喷嘴下方10mm处，以5L/min的流速通入氦气，设置激发电压为540V，电流为30mA，激发产生低温等离子体处理20秒后取出，激光除锈除油后用乙醇或丙酮超声清洗5分钟，气枪吹干。

优选地，本发明所述步骤B1和步骤B2中的镍包铝粉末的重量百分比组成为：镍82～87％，铝10～15％，二硅化钼2％，碳化硅1％。

优选地，本发明所述步骤C1和步骤C2中的镍基粉末为Ni45。

优选地，本发明所述步骤D中的检测包括金相检测、表面熔覆层硬度检测以及表面熔覆层着色裂纹检测。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明通过激光在抽油杆及抽油杆接箍表面先预处理，然后用镍包铝粉末进行底层熔覆，再用镍基粉末熔覆生成一层结合强度较高的复合合金层，大大提高了抽油杆、抽油杆接箍的耐腐蚀性能和耐磨性能，由于激光具有良好的聚焦性且易于控制，在熔覆过程中能够良好的控制熔池范围及熔覆厚度，热影响区小，零件产生的变形小，对抽油杆及抽油杆接箍的原有力学性能影响很小。

2)本发明针对抽油杆杆头、抽油杆接箍与抽油杆杆体的不同表面进行了调整，除了预处理步骤一样之外，在熔覆步骤方面对很多参数进行了针对性的调整，从而进一步提高了抽油杆、抽油杆接箍的耐腐蚀性能和耐磨性能。

3)在预处理步骤中，本发明对抽油杆、抽油杆接箍进行了低温等离子体处理，能进一步提高熔覆生成的复合合金层与抽油杆、抽油杆接箍表面之间的结合强度。

4)本发明在镍包铝粉末中添加了二硅化钼和碳化硅，前者能有效提高抽油杆的冲击强度和旋转弯曲疲劳极限，后者则能进一步提高耐磨性能。

具体实施方式

下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

抽油杆、抽油杆接箍的表面激光熔覆方法：

A.将抽油杆杆头、抽油杆接箍、抽油杆杆体进行喷砂处理，用去离子水超声清洗5分钟，气枪吹干后置于喷出式低温等离子体发生器中距离喷嘴下方10mm处，以5L/min的流速通入氦气，设置激发电压为540V，电流为30mA，激发产生低温等离子体处理20秒后取出，激光除锈除油后用乙醇(抽油杆杆头、抽油杆接箍)或丙酮(抽油杆杆体)超声清洗5分钟，气枪吹干；

B.对抽油杆杆头、抽油杆接箍表面激光熔覆:

B1.对抽油杆杆头、抽油杆接箍进行镍包铝粉末激光熔覆，镍包铝粉末的重量百分比组成为：镍87％，铝10％，二硅化钼2％，碳化硅1％，采用3000W光纤激光器扫描，通过同步送粉器将镍包铝粉末送入激光熔池，扫描功率为2000W，光斑直径为2.5mm，扫描速度为90mm/min，搭接量为30％，扫描过程中通氩气保护熔池，氩气流量为20L/min；

B2.对B1步骤中已完成镍包铝粉末熔覆的抽油杆杆头、抽油杆接箍进行镍基粉末Ni45熔覆，采用3000W光纤激光器扫描，通过同步送粉器将镍基粉末送入激光熔池，扫描功率为2200W，光斑直径为2.5mm，扫描速度为100mm/min，搭接量为30％，扫描过程中通氩气保护熔池，氩气流量为14L/min；

C.对抽油杆杆体表面激光熔覆：

C1.对抽油杆杆体进行镍包铝粉末激光熔覆，镍包铝粉末的重量百分比组成为：镍83％，铝14％，二硅化钼2％，碳化硅1％，采用4000W光纤激光器扫描，通过同步送粉器将镍包铝粉末送入激光熔池，扫描功率为3500W，光斑直径为2mm，扫描速度为300mm/min，接搭量为20％，扫描过程中通氩气保护熔池，氩气流量为30L/min；

C2.对C1步骤中已完成镍包铝粉末熔覆的抽油杆杆体进行镍基粉末熔覆，采用6000W光纤激光器扫描，通过同步送粉器将镍基粉末送入激光熔池，扫描功率为4500W，光斑直径为2.5mm，扫描速度为450mm/min，搭接量为30％，扫描过程中通氩气保护熔池，氩气流量为25L/min；

D.对完成步骤B2的抽油杆杆头、抽油杆接箍进行金相检测、表面熔覆层硬度检测以及表面熔覆层着色裂纹检测，对完成步骤C2的抽油杆杆体进行金相检测、力学性检测、无损探伤检测及硬度检测。

抽油杆、抽油杆接箍的表面激光熔覆方法：

A.将抽油杆杆头、抽油杆接箍、抽油杆杆体进行喷砂处理，用去离子水超声清洗5分钟，气枪吹干后置于喷出式低温等离子体发生器中距离喷嘴下方10mm处，以5L/min的流速通入氦气，设置激发电压为540V，电流为30mA，激发产生低温等离子体处理20秒后取出，激光除锈除油后用乙醇(抽油杆杆头、抽油杆接箍)或丙酮(抽油杆杆体)超声清洗5分钟，气枪吹干；

B.对抽油杆杆头、抽油杆接箍表面激光熔覆: