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石油机械配件-抽油杆接箍的表面激光熔覆方法

2019-12-10 10:43:26 嘉兴市胜禾石油机械有限公司 浏览次数 613

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: