CN104032301B - 一种防腐防硫耐磨油管接箍激光熔覆涂层制备工艺 - Google Patents
一种防腐防硫耐磨油管接箍激光熔覆涂层制备工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种防腐防硫耐磨油管接箍激光熔覆涂层制备工艺，使用5000W横流CO2激光器，工作平台为数控激光加工机；采用同轴或旁轴送粉装置将镍基合金粉末自动送入激光熔池，在加工面形成均匀致密的防腐防硫耐磨的激光熔覆涂层，厚度在3-6mm。采用激光表面熔覆工艺，熔覆过程中，热影响区小，对接箍强度无影响，采用耐腐蚀性好强度高的镍基合金，在保证接箍强度同时，接箍获得优异的耐腐蚀磨损性能。本发明强化了油管接箍的防腐防硫耐磨性能，提高其使用寿命，解决了我国在石油开采，油、气、水井生产作业施工、维修中油管与油管接箍防腐蚀应用领域一个长期未能解决的难题。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔覆领域，具体是一种防腐防硫耐磨油管接箍激光熔覆涂层制备工艺。
背景技术
在油气田开发的过程中，由于使用的各种油管处于含氧、硫化氢、二氧化碳中。金属管材在动态环境下，受机械力和水力的相互作用易发生电化学腐蚀或多种类型的腐蚀。在油井腐蚀中，油管接箍的内腐蚀尤为严重，特别是国内大部分油田进入原油开采中、后期，油井、油气混合井、注水井中都含有C02、H2S等多种成份腐蚀介质、气体，高温、高矿化度，井况环境比较恶劣，腐蚀程度不断加剧产生。
我国油管过去采用美国技术，腐蚀问题一直没能很好解决。现在油田中的腐蚀现象不仅非常普遍，而且作为油田三大公害之一，业界研究人士针对该问题，进行了不断的研究并取得一些成果，根据井深、油气压力等条件选择不同强度级别的管具材料：如内衬复合管、Pc300内涂层管、镍磷镀管、真空氮化防腐蚀油管等，同时依据井下地质资料选择表面防腐处理：如投放缓蚀剂等。这些技术不同程度上减少了油管的内壁腐蚀。
但总的来说，还不能从根本上解决油管的腐蚀问题，尤其是管子端部螺纹的腐蚀。在国内，对井下油管的防腐主要是针对产液的酸碱度控制以及管子本体的防护，而对连接管子的接箍的研究仅限于新材料、工艺(磷化、镀铜)方面。因管子的端部螺纹在连接后依然能够和管柱内的液体接触，镀层由于结合力不强，在接箍旋拧过程中被破坏，长期生产必然会造成螺纹腐蚀失效，所以防治效果欠佳、防治成功率也不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防腐防硫耐磨油管接箍激光熔覆涂层制备工艺，使用激光熔覆方法在油管上进行制备防腐防硫耐磨激光熔覆涂层，其获得的接箍与工件结合良好、使用高强度耐腐耐磨损合金粉末体系，其所获熔覆层显微组织细密，这种显微组织形态使得接箍具有更加优异的防腐防硫耐磨性能。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种防腐防硫耐磨油管接箍激光熔覆涂层制备工艺，包括以下工艺步骤：
（1）对接箍进行机械加工，将油管接箍按螺纹深度+0.5-1.5mm的尺寸加工；
（2）室温下用清洗剂对油管接箍进行除油、除锈处理，并用酒精清洗干净；用着色探伤法对待加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂缺陷；
（3）使用强度高、耐腐蚀且与基体冶金相容性良好的镍基合金粉末，所述镍基合金粉末按照重量百分比的组分为：C：0.02-0.04%、Cr：20-23%、Fe：1.2-1.6%、Mo：8-10%、Si：0.2-0.4%、Nb：3.6-4.0%，余量为Ni；
（4）使用5000W横流CO2激光器，工作平台为数控激光加工机；采用同轴或旁轴送粉装置将步骤（3）中的镍基合金粉末自动送入激光熔池，在加工面形成均匀致密的防腐防硫耐磨的激光熔覆涂层，厚度在3-6mm；其工艺参数如下：
聚焦镜F=300-400mm
熔覆功率P=2000-5000W
光斑尺寸D=3-10mm
扫描速度V=200-1000mm/min
搭接率40%-60%；
（5）对步骤（4）中制备的激光熔覆涂层进行裂纹探伤检测并判断有无裂纹缺陷产生；
（6）在激光熔覆涂层上按油管接箍的要求进行机械加工。
作为本发明进一步的方案：步骤（1）中将油管接箍按螺纹深度+1mm的尺寸加工。
作为本发明进一步的方案：步骤（3）中所述镍基合金粉末按照重量百分比的组分为：C：0.03%、Cr：21.5%、Fe：1.4%、Mo：9%、Si：0.4%、Nb：3.8%，余量为Ni。
作为本发明进一步的方案：步骤（4）中的工艺参数如下：
聚焦镜F=350mm
熔覆功率P=3500W
光斑尺寸D=6.5mm
扫描速度V=600mm/min
搭接率50%。
本发明采用激光表面熔覆工艺，熔覆过程中，热影响区小，对接箍强度无影响，采用耐腐蚀性好强度高的镍基合金，在保证接箍强度同时，接箍获得优异的耐腐蚀磨损性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明强化了油管接箍的防腐防硫耐磨性能，提高其使用寿命，解决了我国在石油开采，油、气、水井生产作业施工、维修中油管与油管接箍防腐蚀应用领域一个长期未能解决的难题。延长了油管接箍使用寿命，降低了生产成本，大幅度提高了油、气井的采收率，并且有生产工艺符合现场的要求、日常维护方便和推广价值较高等特点。节约了更换调试时间和维护时间，提高了油管的使用效率，大大降低了石油开采的过程成本。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种防腐防硫耐磨油管接箍激光熔覆涂层制备工艺，包括以下工艺步骤：
（1）对接箍进行机械加工，将油管接箍按螺纹深度+0.5mm的尺寸加工；
（2）室温下用清洗剂对油管接箍进行除油、除锈处理，并用酒精清洗干净；用着色探伤法对待加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂缺陷；
（3）使用强度高、耐腐蚀且与基体冶金相容性良好的镍基合金粉末，所述镍基合金粉末按照重量百分比的组分为：C：0.02%、Cr：20%、Fe：1.2%、Mo：8%、Si：0.2%、Nb：3.6%，余量为Ni；
（4）使用5000W横流CO2激光器，工作平台为SIMENS数控激光加工机；采用同轴或旁轴送粉装置将步骤（3）中的镍基合金粉末自动送入激光熔池，在加工面形成均匀致密的防腐防硫耐磨的激光熔覆涂层，厚度在3mm；其工艺参数如下：
聚焦镜F=300mm
熔覆功率P=2000W
光斑尺寸D=3mm
扫描速度V=200mm/min
搭接率40%；
（5）对步骤（4）中制备的激光熔覆涂层进行裂纹探伤检测并判断有无裂纹缺陷产生；
（6）在激光熔覆涂层上按油管接箍的要求进行机械加工。
实施例2
一种防腐防硫耐磨油管接箍激光熔覆涂层制备工艺，包括以下工艺步骤：
（1）对接箍进行机械加工，将油管接箍按螺纹深度+1mm的尺寸加工；
（2）室温下用清洗剂对油管接箍进行除油、除锈处理，并用酒精清洗干净；用着色探伤法对待加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂缺陷；
（3）使用强度高、耐腐蚀且与基体冶金相容性良好的镍基合金粉末，所述镍基合金粉末按照重量百分比的组分为：C：0.03%、Cr：21.5%、Fe：1.4%、Mo：9%、Si：0.4%、Nb：3.8%，余量为Ni；
（4）使用5000W横流CO2激光器，工作平台为SIMENS数控激光加工机；采用同轴或旁轴送粉装置将步骤（3）中的镍基合金粉末自动送入激光熔池，在加工面形成均匀致密的防腐防硫耐磨的激光熔覆涂层，厚度在4.5mm；其工艺参数如下：
聚焦镜F=350mm
熔覆功率P=3500W
光斑尺寸D=6.5mm
扫描速度V=600mm/min
搭接率50%；
（5）对步骤（4）中制备的激光熔覆涂层进行裂纹探伤检测并判断有无裂纹缺陷产生；
（6）在激光熔覆涂层上按油管接箍的要求进行机械加工。
实施例3
一种防腐防硫耐磨油管接箍激光熔覆涂层制备工艺，包括以下工艺步骤：
（1）对接箍进行机械加工，将油管接箍按螺纹深度+0.5-1.5mm的尺寸加工；
（2）室温下用清洗剂对油管接箍进行除油、除锈处理，并用酒精清洗干净；用着色探伤法对待加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂缺陷；
（3）使用强度高、耐腐蚀且与基体冶金相容性良好的镍基合金粉末，所述镍基合金粉末按照重量百分比的组分为：C：0.04%、Cr：23%、Fe：1.6%、Mo：10%、Si：0.4%、Nb：4.0%，余量为Ni；
（4）使用5000W横流CO2激光器，工作平台为SIMENS数控激光加工机；采用同轴或旁轴送粉装置将步骤（3）中的镍基合金粉末自动送入激光熔池，在加工面形成均匀致密的防腐防硫耐磨的激光熔覆涂层，厚度在6mm；其工艺参数如下：
聚焦镜F=400mm
熔覆功率P=5000W
光斑尺寸D=10mm
扫描速度V=1000mm/min
搭接率60%；
（5）对步骤（4）中制备的激光熔覆涂层进行裂纹探伤检测并判断有无裂纹缺陷产生；
（6）在激光熔覆涂层上按油管接箍的要求进行机械加工。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种防腐防硫耐磨油管接箍激光熔覆涂层制备工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：
(1)对接箍进行机械加工，将油管接箍按螺纹深度+0.5-1.5mm的尺寸加工；
(2)室温下用清洗剂对油管接箍进行除油、除锈处理，并用酒精清洗干净；用着色探伤法对待加工部位进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂缺陷；
(3)使用强度高、耐腐蚀且与基体冶金相容性良好的镍基合金粉末，所述镍基合金粉末按照重量百分比的组分为：C：0.02-0.04％、Cr：20-23％、Fe：1.2-1.6％、Mo：8-10％、Si：0.2-0.4％、Nb：3.6-4.0％，余量为Ni；
(4)使用5000W横流CO2激光器，工作平台为数控激光加工机；采用同轴或旁轴送粉装置将步骤(3)中的镍基合金粉末自动送入激光熔池，在加工面形成均匀致密的防腐防硫耐磨的激光熔覆涂层，厚度在3-6mm；其工艺参数如下：
聚焦镜F＝300-400mm
熔覆功率P＝2000-5000W
光斑尺寸D＝3-10mm
扫描速度V＝200-1000mm/min
搭接率40％-60％；
(5)对步骤(4)中制备的激光熔覆涂层进行裂纹探伤检测并判断有无裂纹缺陷产生；
(6)在激光熔覆涂层上按油管接箍的要求进行机械加工。
2.根据权利要求1所述的防腐防硫耐磨油管接箍激光熔覆涂层制备工艺，其特征在于，步骤(1)中将油管接箍按螺纹深度+1mm的尺寸加工。
3.根据权利要求1所述的防腐防硫耐磨油管接箍激光熔覆涂层制备工艺，其特征在于，步骤(3)中所述镍基合金粉末按照重量百分比的组分为：C：0.03％、Cr：21.5％、Fe：1.4％、Mo：9％、Si：0.4％、Nb：3.8％，余量为Ni。
4.根据权利要求1所述的防腐防硫耐磨油管接箍激光熔覆涂层制备工艺，其特征在于，步骤(4)中的工艺参数如下：
聚焦镜F＝350mm
熔覆功率P＝3500W
光斑尺寸D＝6.5mm
扫描速度V＝600mm/min
搭接率50％。
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