CN102453894B - 在随钻震击器轴颈处制备耐磨覆层的方法 - Google Patents

Abstract

一种在随钻震击器轴颈处制备耐磨覆层的方法，其特点是工艺过程：1）根据图纸要求进行坯料加工，在需要进行镀铬的轴颈处再进行机加处理，为后续的激光熔覆做准备；2）激光熔覆：采用自动控制激光熔覆，选用耐磨并适合工况的合金材料进行激光熔覆；3）机加复型：用磨床恢复其尺寸及表面光洁度；4）检测，不允许有裂纹、气孔、夹杂缺陷。本发明激光熔覆形成的耐磨覆层与基体形成冶金结合，具有耐磨性强、操作简单、热影响区小、规范性强的特点，具有激光耐磨覆层的随钻震击器性能远远超过进口同类型产品。

Description

在随钻震击器轴颈处制备耐磨覆层的方法

技术领域

本发明涉及一种钻井设备部件表面制备耐磨覆层的方法,特别是涉及一种采用激光熔覆技术在随钻震击器轴颈处制备耐磨覆层的方法，属于激光熔覆技术领域。

背景技术

在钻井作业中，由于地质构造复杂（如井壁坍塌、裸眼中地层的塑性流动和挤压）、技术措施不当（如停泵时间过长、钻头泥包等），常常发生钻具遇阻卡钻，震击器是解除卡钻事故的有效工具之一。

目前国内应用的震击器，主要来自Weatherford、Baker、Bowen、NationalOilwell、Rocan、Cougar、贵州高峰机械厂、北京石油机械厂等厂家的产品，但各油田均采用进口震击器，震击器的使用类型主要有随钻震击器、打捞震击器和地面震击器，其中随钻震击器比较常用，而且使用也比较方便。随钻震击器是设计在钻柱组合中，如果钻进或者起下钻过程中遇卡，可以随时震击解卡。

现有的随钻震击器都会根据工况的需要在轴颈处进行镀铬处理，但镀铬层由于与基体的结合强度较低，在腐蚀介质与疲劳应力的交互作用下镀层破裂，在破裂部位镀铬层界面发生电偶腐蚀，从而导致镀铬层局部或大面积剥落，导致随钻震击器报废。

因此，选择适当的在随钻震击器轴颈处制备耐磨覆层的工艺，使随钻震击器轴颈处耐磨覆层与基体结合强度高、耐磨性能好、合金覆层的厚度均匀，是所属领域当前亟待解决的课题。

激光熔覆技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。

激光熔覆技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。

目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件耐磨合金覆层的专利和报道很多：例如，公开号为CN1932082的中国发明专利申请给出的《在结晶器表面激光快速熔覆制备耐磨抗热复合涂层工艺》，其特点在于利用高功率激光器,通过激光快速扫描在结晶器铜板表面熔覆与基体成冶金结合的良好的韧性打底过渡层,并通过激光宽带熔覆在打底合金表面制备耐磨及抗热性能优良的钴基合金。

公开号为CN1786272的中国发明专利申请给出的《激光熔覆镍基纳米WC/Co预涂层的制备方法》，该制备方法包括下列步骤：①按每克重的虫胶与10～20克重的无水乙醇称量虫胶和无水乙醇，然后将所述的虫胶加入无水乙醇中制成粘结剂；②根据需要按每克镍基纳米WC/Co粉末与0.1毫升～0.25毫升的粘结剂的比例，称量镍基纳米WC/Co粉末和所述的粘结剂并混合，充分搅拌均匀制成预涂胶；③将上述预涂胶均匀地涂在待激光熔覆处理的工件表面，制成预涂层；④烘干。采用自制的粘结剂制备镍基纳米WC/Co预涂层，然后再采用激光熔覆工艺，制备出了表面较平整，较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的镍基纳米WC/Co复合涂层。

公开号为CN101338427的中国发明专利申请给出的《液压支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先立柱缸筒、活塞杆表面预处理：室温下对立柱缸筒、活塞杆表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净；然后合金粉末的选择和自动送粉装置的调节：选用具有优良耐磨抗蚀性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的成份中主要含有Fe、C、Cr、Ni、Mo、Si、N、Nb、Ta、B；最后自动送粉装置的调节：调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.6-1.2mm。

公开号为CN101338425的中国发明专利申请给出的《铁路道岔滑床板表面耐磨抗蚀合金涂层激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先滑床板表面预处理，即在室温下对滑床板表面进行除油除锈，并用酒精清洗干净；然后是合金粉末的预置，即把待熔覆的铁基、镍基或钴基合金粉末预置于上述处理后的滑床板表面，并用带有导轨的刮尺来调整预制合金粉末，使之均匀分布在滑床板表面并具有适当的厚度，以满足熔覆后涂层厚度的要求；最后是光熔覆强化滑床板，选用气体CO ₂ 激光器，工作台为数控机床，在滑床板表面进行激光熔覆强化。

公开号为CN101338428的中国发明专利申请给出的《镐形截齿齿体头部激光熔覆耐磨涂层强化工艺》，包括以下工艺过程：首先是截齿齿体头部表面预处理；然后是合金粉末的选择和自动送粉装置的调整；最后是截齿头部激光熔覆耐磨合金涂层。

现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光熔覆工艺对部分设备部件进行耐磨覆层处理，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，例如像随钻震击器轴颈处这样的特定结构，现有激光熔覆工艺所提供的工艺参数已明显不能适应。

经本申请人检索查证：采用激光熔覆工艺在随钻震击器轴颈处制备耐磨覆层，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，寻找出适当的采用激光熔覆在随钻震击器轴颈处制备耐磨覆层的工艺参数，仍需所属领域的技术人员进一步作出创造性的研究工作。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术对在随钻震击器轴颈处制备耐磨覆层处理难的课题，通过反复研究改进，给出了一种新的在随钻震击器轴颈处制备耐磨覆层的方法。该方法是采用激光熔覆技术通过同步送粉，在随钻震击器轴颈处熔覆形成的耐磨覆层，激光熔覆形成的耐磨覆层与基体形成冶金结合，而且激光熔覆形成的耐磨覆层的耐磨性强、操作简单、热影响区小、规范性强，具有激光熔覆形成耐磨覆层的随钻震击器性能远远超过进口同类型产品, 激光熔覆的随钻震击器使用寿命是进口同类型产品的3倍以上。

本发明给出的技术方案是：这种在随钻震击器轴颈处制备耐磨覆层的方法，其特点是工艺过程如下：1）根据随钻震击器的图纸要求进行坯料加工，在需要进行镀铬的轴颈处再进行机加处理，为后续的激光熔覆做准备；2）激光熔覆：采用自动控制激光熔覆，选用耐磨并适合工况的合金材料进行激光熔覆，操作过程的参数是：熔池直径为2～5mm，热影响区深度0.05～0.5mm，加热时间0.005～0.5s，激光功率为800～4000w，激光扫描速度为4～20mm/s，所述的耐磨并适合工况的合金材料的组成以质量百分数计为： C:0.6-1.6、Si:0.5-1.5、Cr:24.5-32.5、Ni:1-2、Fe:1-2、W:3.4-6.4、Co:余量；3）机加复型：用磨床恢复其尺寸及表面光洁度；4）检测，包括尺寸检测、着色探伤检测、X光检测、超声波检测，不允许有裂纹、气孔、夹杂缺陷。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：激光熔覆形成的耐磨覆层与基体形成冶金结合，而且激光熔覆形成的耐磨覆层的耐磨性强、操作简单、热影响区小、规范性强，具有激光熔覆形成耐磨覆层的随钻震击器性能远远超过进口同类型产品。

具体实施方式

实施例1：某油田使用的随钻震击器。

在随钻震击器轴颈处制备耐磨覆层的工艺步骤如下：1）根据随钻震击器的力学性能要求选定耐磨并适合工况的合金材料，根据图纸要求进行坯料加工，在轴颈处预留出激光熔覆区域，并进行无损探伤检测，其中随钻震击器的基体材料为35CrMo钢；耐磨并适合工况的合金材料的化学组成以质量百分数计为：C:1.3、Si:0.9、Cr:29.5、Ni:1.8、Fe:1.3、W:5.1、Co:60.1。

  2）激光熔覆：熔覆工艺参数为：熔池直径约为4mm，热影响区深度0.1mm，加热时间0.01s，激光功率为2500w，激光扫描速度为8mm/s。

 3）机加复型：用磨床恢复其尺寸及表面光洁度。

 4）检测，包括尺寸检测、着色探伤检测、X光检测、超声波检测，不允许有裂纹、气孔、夹杂等缺陷。

Claims (1)

1.一种在随钻震击器轴颈处制备耐磨覆层的方法，工艺过程如下：

1）根据随钻震击器的图纸要求进行坯料加工，在需要进行镀铬的轴颈处再进行机加处理，为后续的激光熔覆做准备；

2）激光熔覆：采用自动控制激光熔覆，选用耐磨并适合工况的合金材料进行激光熔覆，操作过程的参数是：熔池直径为2～5mm，热影响区深度0.05～0.5mm，加热时间0.005～0.5s，激光功率为800～4000w，激光扫描速度为4～20mm/s，；3）机加复型：用磨床恢复其尺寸及表面光洁度；

4）检测，包括尺寸检测、着色探伤检测、X光检测、超声波检测，不允许有裂纹、气孔、夹杂缺陷；

其特征在于所述的耐磨并适合工况的合金材料的组成以质量百分数计为：C:1.3、Si:0.9、Cr:29.5、Ni:1.8、Fe:1.3、W:5.1、Co:60.1。