CN108380470A - 一种钻井隔水套管电弧喷涂涂层及其封孔涂层的喷涂方法 - Google Patents
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Abstract
一种钻井隔水套管电弧喷涂涂层及其封孔涂层的喷涂方法，通过电弧喷涂工艺在隔水套管基体表面制备防护涂层，同时喷涂封孔涂层，获得具有高硬度、耐磨损、抗孔蚀的隔水套管表面防护涂层，有效延长其使用寿命，降低使用维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻井隔水套管电弧喷涂涂层及其封孔涂层的喷涂方法，属于工程与材料科学技术领域。
背景技术
深水钻井隔水套管通常采用高强管线钢加工而成，被喻为深水钻井开发的“咽喉”，维修及保养不便、费用昂贵，极易造成大量人力物力的浪费。海水的腐蚀性极强，隔水套管在深海中承受各种交变载荷的作用，极易发生腐蚀和腐蚀疲劳。目前普遍采用的防腐油漆涂层并不能满足深水钻井隔水管设计寿命的要求，因此迫切需要研究更为长效的腐蚀防护涂层。
孔蚀是一种从金属表面向内部扩展形成的空穴或蚀坑状的局部腐蚀形态，一般直径小而深。虽然孔蚀的质量损失很小，却能导致设备腐蚀穿孔泄漏，发生灾害，是一种破坏性和隐患较大的腐蚀形态之一，是海洋工程设施中经常遇到的问题。
大量实践表明，热喷涂涂层是提高材料耐磨防腐性能中最有效、最常用的一种方法。钻井隔水套管体积大，每节套管长度在15-30米，采用超音速电弧设备喷涂防护涂层效率高，涂层性能良好，寿命长，且热效率高、经济安全。在海洋结构物腐蚀防护领域电弧喷涂铝涂层已经有了许多工程应用实例，但铝涂层在海水中会发生点蚀、鼓包等失效现象，严重削弱了涂层对钢基体的保护作用。一般地，在隔水套管防护涂层作业之后会对涂层进行封孔处理，进一步增强涂层的防腐性能。
申请日为2008年12月31日、公开日为2009年6月10日、公开号为CN 101451243 A的中国专利文件公开了一种钢结构电弧喷涂复合防腐蚀涂层体系的方法及工艺（以下简称专利文件1），该发明先将钢结构表面除锈、粗化，然后采用电弧喷涂阳极性金属涂层，再在金属涂层上依次涂覆纳米改性环氧封闭涂料作底漆涂层，环氧云铁涂料或纳米改性环氧云铁涂料作中间漆涂层，最后采用纳米改性含氟聚氨酯涂料或含氟聚硅氧烷涂料或硅氧烷改性丙烯酸聚氨酯涂料作面漆涂层。
申请日为2014年07月16日、公开日为2014年10月01日、公开号为CN 104073757 A的中国专利文件发明了增强海洋结构钢耐腐蚀疲劳性能的方法（以下简称专利文件2），在结构钢表面喷涂铝锌合金涂层，将喷涂完毕的结构钢工件暴露在喷涂车间24小时，然后采用高压无气喷涂设备进行喷涂封闭底漆，喷涂前保证电弧喷涂层表面无污物及水汽，封闭底漆喷涂完毕后再进行面漆喷涂。
申请日为2005年07月28日、公开日为2007年1月31日、公开号为CN 1904123 A的中国专利文件提供了一种钢结构超音速电弧喷铝重防腐涂层工艺（以下简称专利文件3），先将钢结构表面除锈、粗化,然后采用电弧喷涂机中两根铝丝为涂层材料,以短路电弧为热源,高压空气将熔解的铝液滴雾化,电弧喷涂机的喷枪口设有拉瓦尔风帽,形成二次雾化并产生超音速粒子射流直接喷涂到钢基体表面形成铝金属涂层,并在此涂层上喷涂或涂刷封闭涂层形成所述重防腐涂层。
发明内容
本发明的目的是针对现有方法加工工艺复杂、生产效率低、涂层质量不理想以及环境污染严重等问题，以及现有技术中封孔剂喷涂复杂，工时较长，提供一种强化隔水套管表面的电弧喷涂防护涂层以及封孔涂层的喷涂方法。本发明通过电弧喷涂工艺在隔水套管基体表面制备防护涂层，同时喷涂封孔涂层，获得具有高硬度、耐磨损、抗孔蚀的隔水套管表面防护涂层，有效延长其使用寿命，降低使用维护成本。
为了实现上述目标，本发明采用的技术方案是：
一种钻井隔水套管电弧喷涂涂层及其封孔涂层的喷涂方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）将封孔喷涂枪与电弧喷涂枪间隔一定距离安装，该距离根据需要设置，保证封孔喷涂枪、电弧喷涂枪位于隔水套管的同侧，封孔喷涂枪、电弧喷涂枪可同步移动；
（2）对隔水套管表面用丙酮或者酒精进行擦洗，去除杂质（如油污、锈渍等），然后进行干燥；
（3）对待需要强化的隔水套管表面，用棕刚玉进行喷砂粗化处理，用于激活表面，提高涂层与基体的结合强度，得到预处理好的隔水套管；
（4）喷砂步骤后两小时内进行喷涂，采用粉芯丝材，利用电弧喷涂工艺在预处理好的隔水套管基体表面喷涂，使电弧喷涂枪沿隔水套管长度方向进行喷涂，制备出具有高硬度的耐蚀涂层；根据所需的耐蚀涂层厚度，分多遍实施喷涂获得耐蚀涂层；
（5）在最后一遍喷涂耐蚀涂层时，打开封孔喷涂枪，同步采用涂层封孔剂对涂层进行封孔处理。
进一步地，所述封孔喷涂枪、电弧喷涂枪平行设置，且封孔喷涂枪、电弧喷涂枪的喷头齐平。
进一步地，所述步骤（5）中的涂层封孔剂种类可根据应用需求进行选择。
进一步地，所述耐蚀涂层的厚度为500-800 mm。
进一步地，所述步骤（5）中涂层封孔剂采用高压无气喷涂。
进一步地，在喷涂过程中，隔水套管另一侧不断通有压缩空气。
进一步地，所述步骤（1）中采用固定架将封孔喷涂枪、电弧喷涂枪安装在一起，该固定架包括导轨、与导轨配合使用的导轨滑块、喷枪支架；所述导轨平行置于隔水套管一侧，导轨的长度方向与隔水套管长度方向一致，所述喷枪支架与导轨滑块相连，所述封孔喷涂枪、电弧喷涂枪安装于喷枪支架。
进一步地，所述喷枪支架为T字形结构，T字形结构的竖段与导轨滑块相连，封孔喷涂枪、电弧喷涂枪安装于T字形结构的横段；T字形结构的横段为可调节长度的伸缩型结构或者滚珠丝杠结构，可便于调节封孔喷涂枪、电弧喷涂枪之间的距离。
进一步地，在喷涂过程中，隔水套管处于自转状态。
进一步地，所述步骤（5）中，在封孔喷涂枪、电弧喷涂枪同步喷涂时，保证电弧喷涂枪先喷涂在隔水套管上，封孔喷涂枪后喷涂在隔水套管上，即保证电弧喷涂枪始终保持在运动方向的前面，封孔喷涂枪位于运动方向的后面。
本发明的有益效果如下：
第一，本发明是防护涂层的新方法，应用该方法可显著延长隔水套管的使用周期，粉芯丝材扩大了喷涂选材范围，同时，利用该方法可以修复因磨损失效的隔水套管，实现工件多次循环使用，符合可持续发展战略。因此具有很好的经济效益，降低使用成本。
第二，本发明所述喷涂方法为在移动导轨上同时安装两把喷枪，即电弧喷枪和封孔喷枪，两把喷枪在涂层最后一道喷涂时同时作业，可大大节约喷涂作业时间和喷涂场地，减少搬运过程中对涂层的破坏。
第三，本发明所述封孔剂喷涂方式能够调节封孔剂喷枪与电弧喷枪之间的距离，满足喷涂封孔剂时对涂层温度的要求，使封孔剂喷涂更加均匀。一般喷涂封孔剂需要对涂层进行加热，本发明利用涂层喷涂余温使封孔剂与涂层更好的结合，并能避免再次加热的能源消耗。此外利用喷涂余热可以加快封孔剂干燥速度。
第四，本发明所示固定架装置设计简单，对于大型钢结构件的喷涂作业具有易安装操作，可调节，成本低的优势。
相比于专利文件1采用火焰喷涂与电弧喷涂结合，喷涂工艺复杂，工时较长。本发明所涉及的喷涂工艺更为简单可靠，喷涂效率高，成本低，且喷涂过程对隔水套管基体热影响小，不会改变基体本身的组织与形状。
相比于专利文件2中涉及的封闭步骤，将喷涂完毕的结构钢工件暴露在喷涂车间24 小时后再喷涂或刷涂密封涂层，封孔剂喷涂复杂，工时较长。本发明利用喷涂金属涂层产生的余热使封孔剂与涂层充分融合，加快封孔剂凝固，能有效节约加工时间。
相比于专利文件3发明了一种钢结构超音速电弧喷铝重防腐涂层工艺，喷涂工艺复杂，工时较长。本发明采用粉芯丝材作为喷涂材料，使喷涂材料更易雾化，提高涂层沉积质量；另外粉芯丝材很大程度上解决了Zn-Al 合金丝材拉拔难的问题。
本发明中利用电弧喷涂工艺，丝材熔化温度高，雾化充分，喷涂层均匀致密，涂层质量稳定，对工件的热应力没有影响，初期制备成本要高于有机涂层，但对于要求长使用寿命的结构，电弧喷涂层的维护成本更低，在这方面可能会弥补较高的初期制备成本。利用该方法可以修复因磨损失效的隔水套管，利用喷涂余热进行封孔剂喷涂，节约工时，减少能源消耗，实现工件多次循环使用，符合可持续发展战略。因此具有强大的市场经济效益。
本发明所涉及的喷涂和封孔方法可以有效解决大型钢结构装置运输困难带来的喷涂作业不便，几乎可以同时完成喷涂和封孔工作，减少搬运过程中对涂层的破坏，大大节约作业时间，提高生产效率。本发明所涉及的喷涂工艺更为简单可靠，喷涂效率高，成本低，且喷涂过程对隔水套管基体热影响小，不会改变基体本身的组织与形状，大大节省加工时间，减少能耗。实现工件多次循环使用，符合可持续发展战略。
附图说明
图1为本发明中固定架的结构示意图；
图2为本发明中固定架应用于喷涂作业中的使用状态示意图；
图中：1电弧喷枪，2封孔喷涂枪，3喷枪支架，4导轨滑块，5导轨，6专用夹具，7导轨移动方向，8隔水套管旋转方向，9压缩空气，10隔水套管。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，所描述的实施例仅例示性说明本发明的原理与方法，而非用于限制本发明。基于本发明的实施例，本技术领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下对本发明的一些技术特征做出的替换和变形，都属于本发明保护的范围。
本发明所涉及的丝材原料、仪器、设备等均可从市场购得，或通过常规方法制备得到。
下面由实施例来具体说明本发明所有过程步骤和细节。
将钻井隔水套管10被专用夹具横向固定，以一定速度沿钻井隔水套管旋转方向8旋转（即隔水套管自转），电弧喷涂枪1和封孔喷涂枪2分别用专用夹具6（该夹具为Ω型，两侧用于与喷枪支架固定连接，中间用于限定喷涂枪）用螺栓固定在喷枪支架3上，喷枪支架3可以调节电弧喷涂枪1和封孔喷涂枪2之间的距离，通过导轨滑块4固定在导轨5上，电弧喷涂枪1沿隔水套管长度方向7横向移动，喷涂过程中隔水套管背部不断通有压缩空气9。
实施例1
1.电弧喷涂枪与封孔喷涂枪间隔1 m安装。
2.采用电弧喷涂技术在经过预处理的隔水套管上喷涂直径3.0 mm的Al2O3/Al-Zn粉芯丝材。
3.进行最后一遍金属涂层喷涂时，同时将封孔喷涂枪打开涂装一道密封剂，密封涂层干膜厚度为30-80微米。
将此试件在3.5% NaCl溶液中进行腐蚀试验，取出试件，发现试件的复合涂层表面形貌没有变化，所有涂层表面均没有出现起泡、生锈、脱落等现象。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤1中根据封孔剂调整喷枪间距；步骤2中选用直径为3.0 mm的Al-Mg-Ti-RE粉芯丝材；步骤3中封孔剂喷涂两遍，密封涂层干膜厚度为50-100微米。
将此试件在3.5% NaCl溶液中进行腐蚀试验，取出试件，发现试件的复合涂层表面形貌没有变化，所有涂层表面均没有出现起泡、生锈、脱落等现象。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤1中根据封孔剂调整喷枪间距；步骤2中选用直径3.0 mm的Fe-Cr-Ni粉芯丝材；步骤3中封孔剂喷涂两遍，密封涂层干膜厚度为50-100微米。
将此试件在3.5%NaCl溶液中进行腐蚀试验，取出试件，发现试件的复合涂层表面形貌没有变化，所有涂层表面均没有出现起泡、生锈、脱落等现象。
Claims (8)
1.一种钻井隔水套管电弧喷涂涂层及其封孔涂层的喷涂方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）将封孔喷涂枪与电弧喷涂枪间隔一定距离安装，该距离根据需要设置，保证封孔喷涂枪、电弧喷涂枪位于隔水套管的同侧，封孔喷涂枪、电弧喷涂枪可同步移动；
（2）对隔水套管表面用丙酮或者酒精进行擦洗，去除杂质，然后进行干燥；
（3）对待需要强化的隔水套管表面，用棕刚玉进行喷砂粗化处理，用于激活表面，提高涂层与基体的结合强度，得到预处理好的隔水套管；
（4）喷砂步骤后两小时内进行喷涂，采用粉芯丝材，利用电弧喷涂工艺在预处理好的隔水套管基体表面喷涂，使电弧喷涂枪沿隔水套管长度方向进行喷涂，制备出具有高硬度的耐蚀涂层；根据所需的耐蚀涂层厚度，分多遍实施喷涂获得耐蚀涂层；
（5）在最后一遍喷涂耐蚀涂层时，打开封孔喷涂枪，同步采用涂层封孔剂对涂层进行封孔处理。
2.根据权利要求1所述的一种钻井隔水套管电弧喷涂涂层及其封孔涂层的喷涂方法，其特征是，所述封孔喷涂枪、电弧喷涂枪平行设置，且封孔喷涂枪、电弧喷涂枪的喷头齐平。
3.根据权利要求1所述的一种钻井隔水套管电弧喷涂涂层及其封孔涂层的喷涂方法，其特征是，所述耐蚀涂层的厚度为500-800 mm。
4.根据权利要求1所述的一种钻井隔水套管电弧喷涂涂层及其封孔涂层的喷涂方法，其特征是，所述步骤（5）中涂层封孔剂采用高压无气喷涂。
5.根据权利要求1所述的一种钻井隔水套管电弧喷涂涂层及其封孔涂层的喷涂方法，其特征是，在喷涂过程中，隔水套管另一侧不断通有压缩空气。
6.根据权利要求1所述的一种钻井隔水套管电弧喷涂涂层及其封孔涂层的喷涂方法，其特征是，所述步骤（1）中采用固定架将封孔喷涂枪、电弧喷涂枪安装在一起，该固定架包括导轨、与导轨配合使用的导轨滑块、喷枪支架；所述导轨平行置于隔水套管一侧，导轨的长度方向与隔水套管长度方向一致，所述喷枪支架与导轨滑块相连，所述封孔喷涂枪、电弧喷涂枪安装于喷枪支架。
7.根据权利要求6所述的一种钻井隔水套管电弧喷涂涂层及其封孔涂层的喷涂方法，其特征是，所述喷枪支架为T字形结构，T字形结构的竖段与导轨滑块相连，封孔喷涂枪、电弧喷涂枪安装于T字形结构的横段；T字形结构的横段为可调节长度的伸缩型结构或者滚珠丝杠结构，可便于调节封孔喷涂枪、电弧喷涂枪之间的距离。
8.根据权利要求1所述的一种钻井隔水套管电弧喷涂涂层及其封孔涂层的喷涂方法，其特征是，在喷涂过程中，隔水套管处于自转状态。
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| CN201810446162.6A CN108380470A (zh) | 2018-05-11 | 2018-05-11 | 一种钻井隔水套管电弧喷涂涂层及其封孔涂层的喷涂方法 |
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Cited By (1)
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| CN101725268A (zh) * | 2009-11-19 | 2010-06-09 | 辽宁万事达电力制造安装有限公司 | 一种输电杆塔的长寿命防腐层及其制作方法 |
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| CN107201491A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-09-26 | 扬州大学 | 一种钻井隔水套管电弧喷涂防护涂层的制备方法 |
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- 2018-05-11 CN CN201810446162.6A patent/CN108380470A/zh active Pending
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