石油機(jī)械配件-抽油桿接箍的表面激光熔覆方法

抽油桿適用于油田的采油，在礦場(chǎng)上遇到難題——腐蝕和磨損，井液中往往含有CO2、H2S、鹽水等腐蝕介質(zhì)，引起抽油桿腐蝕、疲勞斷裂，嚴(yán)重影響了原油生產(chǎn)，根據(jù)礦場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，抽油桿的損壞中由于腐蝕和磨損度引起的損壞占80％以上。

到目前為止，采油機(jī)械的研究人員針對(duì)腐蝕和磨損問(wèn)題開(kāi)展了許多研究，在抽油桿材料上采用含Ni、Cr、Mo等價(jià)格昂貴的耐腐蝕合金材料，在表面處理技術(shù)上采用噴涂、化學(xué)鍍、電鍍等表面處理工藝，這些處理方法取得了一定的防腐效果，但也存在處理層與基體間大多為機(jī)械結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度低，在長(zhǎng)時(shí)間摩擦、磨損及交變壓力工作狀態(tài)下，出現(xiàn)了處理層易破碎、剝落的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了防腐效果，而且上述表面處理方法都存在環(huán)境污染的問(wèn)題；此外，抽油桿的結(jié)構(gòu)通常包括桿頭、桿體兩個(gè)部分，桿頭、桿體的表面存在一定差異，桿頭的表面與連接兩個(gè)抽油桿的接箍的表面性質(zhì)差不多，而上述表面處理方法均采用同樣的方式對(duì)桿頭、桿體、接箍這3個(gè)部分進(jìn)行處理，導(dǎo)致防腐效果不理想。

公開(kāi)號(hào)為CN106676516A、公開(kāi)日為2017.05.17、申請(qǐng)人為無(wú)錫明盛紡織機(jī)械有限公司的中國(guó)發(fā)明公開(kāi)了“一種耐磨蝕抽油桿的制備方法”，包括：(1)將抽油桿進(jìn)行表面處理，去除氧化皮、油脂及污垢；(2)對(duì)表面處理后的抽油桿進(jìn)行噴砂粗化，粗糙度大于Ra25；(3)NiCrBSi粉末與Ce2O3粉末按照重量比4-10:1混合，加入硅酸鈉研磨，研磨均勻，加入水形成料漿；(4)將料漿涂覆于粗化后的抽油桿表面，150-200℃下烘干；(5)涂覆自保護(hù)材料，150-200℃下烘干；(6)在高頻加熱設(shè)備中熔覆，涂層厚度為700-800μm，得到所述耐腐蝕抽油桿。該發(fā)明存在防腐效果不理想的問(wèn)題，對(duì)接箍沒(méi)有做防腐處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種抽油桿、抽油桿接箍的表面激光熔覆方法，能大大提高抽油桿、抽油桿接箍的耐腐蝕性能和耐磨性能。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種抽油桿、抽油桿接箍的表面激光熔覆方法，抽油桿由抽油桿桿頭和抽油桿桿體組成，所述表面激光熔覆方法包括以下步驟：

A.對(duì)抽油桿桿頭、抽油桿桿體、抽油桿接箍進(jìn)行預(yù)處理；

B.對(duì)抽油桿桿頭、抽油桿接箍表面激光熔覆:

B1.對(duì)抽油桿桿頭、抽油桿接箍進(jìn)行鎳包鋁粉末激光熔覆，采用3000W光纖激光器掃描，通過(guò)同步送粉器將鎳包鋁粉末送入激光熔池，掃描功率為1800～2200W，光斑直徑為2～3mm，掃描速度為80～110mm/min，搭接量為30％，掃描過(guò)程中通氬氣保護(hù)熔池，氬氣流量為15～20L/min；

B2.對(duì)B1步驟中已完成鎳包鋁粉末熔覆的抽油桿桿頭、抽油桿接箍進(jìn)行鎳基粉末熔覆，采用3000W光纖激光器掃描，通過(guò)同步送粉器將鎳基粉末送入激光熔池，掃描功率為2000～2500W，光斑直徑為2～3mm，掃描速度為100～120mm/min，搭接量為30％，掃描過(guò)程中通氬氣保護(hù)熔池，氬氣流量為12～16L/min；

C.對(duì)抽油桿桿體表面激光熔覆：

C1.對(duì)抽油桿桿體進(jìn)行鎳包鋁粉末激光熔覆，采用4000W光纖激光器掃描，通過(guò)同步送粉器將鎳包鋁粉末送入激光熔池，掃描功率為3000～3500W，光斑直徑為1.5～2mm，掃描速度為300～350mm/min，接搭量為20％，掃描過(guò)程中通氬氣保護(hù)熔池，氬氣流量為20～30L/min；

C2.對(duì)C1步驟中已完成鎳包鋁粉末熔覆的抽油桿桿體進(jìn)行鎳基粉末熔覆，采用6000W光纖激光器掃描，通過(guò)同步送粉器將鎳基粉末送入激光熔池，掃描功率為4000～5000W，光斑直徑為2～3mm，掃描速度為400～450mm/min，搭接量為30％，掃描過(guò)程中通氬氣保護(hù)熔池，氬氣流量為20～30L/min；

D.對(duì)完成步驟B2的抽油桿桿頭、抽油桿接箍和完成步驟C2的抽油桿桿體進(jìn)行檢測(cè)。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述步驟A中，預(yù)處理過(guò)程為：將抽油桿桿頭、抽油桿接箍、抽油桿桿體進(jìn)行噴砂處理，用去離子水超聲清洗5分鐘，氣槍吹干后置于噴出式低溫等離子體發(fā)生器中距離噴嘴下方10mm處，以5L/min的流速通入氦氣，設(shè)置激發(fā)電壓為540V，電流為30mA，激發(fā)產(chǎn)生低溫等離子體處理20秒后取出，激光除銹除油后用乙醇或丙酮超聲清洗5分鐘，氣槍吹干。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述步驟B1和步驟B2中的鎳包鋁粉末的重量百分比組成為：鎳82～87％，鋁10～15％，二硅化鉬2％，碳化硅1％。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述步驟C1和步驟C2中的鎳基粉末為Ni45。

優(yōu)選地，本發(fā)明所述步驟D中的檢測(cè)包括金相檢測(cè)、表面熔覆層硬度檢測(cè)以及表面熔覆層著色裂紋檢測(cè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1)本發(fā)明通過(guò)激光在抽油桿及抽油桿接箍表面先預(yù)處理，然后用鎳包鋁粉末進(jìn)行底層熔覆，再用鎳基粉末熔覆生成一層結(jié)合強(qiáng)度較高的復(fù)合合金層，大大提高了抽油桿、抽油桿接箍的耐腐蝕性能和耐磨性能，由于激光具有良好的聚焦性且易于控制，在熔覆過(guò)程中能夠良好的控制熔池范圍及熔覆厚度，熱影響區(qū)小，零件產(chǎn)生的變形小，對(duì)抽油桿及抽油桿接箍的原有力學(xué)性能影響很小。

2)本發(fā)明針對(duì)抽油桿桿頭、抽油桿接箍與抽油桿桿體的不同表面進(jìn)行了調(diào)整，除了預(yù)處理步驟一樣之外，在熔覆步驟方面對(duì)很多參數(shù)進(jìn)行了針對(duì)性的調(diào)整，從而進(jìn)一步提高了抽油桿、抽油桿接箍的耐腐蝕性能和耐磨性能。

3)在預(yù)處理步驟中，本發(fā)明對(duì)抽油桿、抽油桿接箍進(jìn)行了低溫等離子體處理，能進(jìn)一步提高熔覆生成的復(fù)合合金層與抽油桿、抽油桿接箍表面之間的結(jié)合強(qiáng)度。

4)本發(fā)明在鎳包鋁粉末中添加了二硅化鉬和碳化硅，前者能有效提高抽油桿的沖擊強(qiáng)度和旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限，后者則能進(jìn)一步提高耐磨性能。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

抽油桿、抽油桿接箍的表面激光熔覆方法：

A.將抽油桿桿頭、抽油桿接箍、抽油桿桿體進(jìn)行噴砂處理，用去離子水超聲清洗5分鐘，氣槍吹干后置于噴出式低溫等離子體發(fā)生器中距離噴嘴下方10mm處，以5L/min的流速通入氦氣，設(shè)置激發(fā)電壓為540V，電流為30mA，激發(fā)產(chǎn)生低溫等離子體處理20秒后取出，激光除銹除油后用乙醇(抽油桿桿頭、抽油桿接箍)或丙酮(抽油桿桿體)超聲清洗5分鐘，氣槍吹干；

B.對(duì)抽油桿桿頭、抽油桿接箍表面激光熔覆:

B1.對(duì)抽油桿桿頭、抽油桿接箍進(jìn)行鎳包鋁粉末激光熔覆，鎳包鋁粉末的重量百分比組成為：鎳87％，鋁10％，二硅化鉬2％，碳化硅1％，采用3000W光纖激光器掃描，通過(guò)同步送粉器將鎳包鋁粉末送入激光熔池，掃描功率為2000W，光斑直徑為2.5mm，掃描速度為90mm/min，搭接量為30％，掃描過(guò)程中通氬氣保護(hù)熔池，氬氣流量為20L/min；

B2.對(duì)B1步驟中已完成鎳包鋁粉末熔覆的抽油桿桿頭、抽油桿接箍進(jìn)行鎳基粉末Ni45熔覆，采用3000W光纖激光器掃描，通過(guò)同步送粉器將鎳基粉末送入激光熔池，掃描功率為2200W，光斑直徑為2.5mm，掃描速度為100mm/min，搭接量為30％，掃描過(guò)程中通氬氣保護(hù)熔池，氬氣流量為14L/min；

C.對(duì)抽油桿桿體表面激光熔覆：

C1.對(duì)抽油桿桿體進(jìn)行鎳包鋁粉末激光熔覆，鎳包鋁粉末的重量百分比組成為：鎳83％，鋁14％，二硅化鉬2％，碳化硅1％，采用4000W光纖激光器掃描，通過(guò)同步送粉器將鎳包鋁粉末送入激光熔池，掃描功率為3500W，光斑直徑為2mm，掃描速度為300mm/min，接搭量為20％，掃描過(guò)程中通氬氣保護(hù)熔池，氬氣流量為30L/min；

C2.對(duì)C1步驟中已完成鎳包鋁粉末熔覆的抽油桿桿體進(jìn)行鎳基粉末熔覆，采用6000W光纖激光器掃描，通過(guò)同步送粉器將鎳基粉末送入激光熔池，掃描功率為4500W，光斑直徑為2.5mm，掃描速度為450mm/min，搭接量為30％，掃描過(guò)程中通氬氣保護(hù)熔池，氬氣流量為25L/min；

D.對(duì)完成步驟B2的抽油桿桿頭、抽油桿接箍進(jìn)行金相檢測(cè)、表面熔覆層硬度檢測(cè)以及表面熔覆層著色裂紋檢測(cè)，對(duì)完成步驟C2的抽油桿桿體進(jìn)行金相檢測(cè)、力學(xué)性檢測(cè)、無(wú)損探傷檢測(cè)及硬度檢測(cè)。

抽油桿、抽油桿接箍的表面激光熔覆方法：

A.將抽油桿桿頭、抽油桿接箍、抽油桿桿體進(jìn)行噴砂處理，用去離子水超聲清洗5分鐘，氣槍吹干后置于噴出式低溫等離子體發(fā)生器中距離噴嘴下方10mm處，以5L/min的流速通入氦氣，設(shè)置激發(fā)電壓為540V，電流為30mA，激發(fā)產(chǎn)生低溫等離子體處理20秒后取出，激光除銹除油后用乙醇(抽油桿桿頭、抽油桿接箍)或丙酮(抽油桿桿體)超聲清洗5分鐘，氣槍吹干；

B.對(duì)抽油桿桿頭、抽油桿接箍表面激光熔覆: