CN110592576A - 一种缸套生产方法、缸套及该缸套生产方法的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油钻井装备行业，具体涉及一种缸套生产方法、缸套及该缸套生产方法的应用，该方法包括：钢管预热，对钢管套进行预热，使得其表面温度达到第一预设值或者第一预设范围；粉末喷覆，采用喷枪对钢管套内表面进行粉末喷覆，使得钢管套内表面形成一层涂层；加热重铸，将喷覆后的钢管套通过感应加热线圈，对钢管套内表面上喷覆的涂层进行重熔；应力消除，控制重熔后的钢管套以第二预设温度冷却，使得钢管套内部的应力降低的预设范围。采用本申请的方法，钢管套热熔时间短、变形量少，且粉末用量可以减少30%，机器加工耗能与电能消耗至少减少20%，而且制备的成品率高、加工周期短，减少了后期人工处理的成本，综合生产成本至少降低50%。

Description

一种缸套生产方法、缸套及该缸套生产方法的应用

技术领域

本发明涉及石油钻井装备行业，具体涉及一种缸套生产方法、缸套及该缸套生产方法的应用。

背景技术

石油钻井行业中，泥浆泵是油田钻井系统的“心脏”，而泥浆泵缸套是泥浆泵液力端的重要易磨损部件，因此泥浆泵缸套的寿命直接影响泥浆泵的寿命。 缸套工作表面由于与高温、高压的燃气相接触，有活塞环在其表面作高速往复运动，这就决定缸套不仅要有足够的强度和刚性，而且还必须耐高温、耐腐蚀、耐磨损。

常见的泥浆泵缸套下面几种类型：单金属缸套、双金属缸套、陶瓷缸套。

单金属缸套是经过渗碳和高频处理，属于早期的产品，使用寿命较低（200小时左右），因其生产工艺简单、成本低廉，因此市场仍在使用。

双金属缸套是目前应用最为广泛，也是用量最大的泥浆泵液力端配件之一。双金属缸套结合了热锻高磨损外套和高铬耐磨抗腐蚀内套的优点，外套采用优质碳素钢热压一次成型，内套采用高铬铸铁离心浇铸而成，正常使用寿命可达800小时以上。因其生产工艺的限制，不能承受过高的泥浆压力，所以使用受到一定的限制。

陶瓷缸套是采用氧化锆、氧化锆增韧氧化铝（ZTA）、高性能A-99氧化铝陶瓷三大材料体系。其原材料采用高纯纳米氧化锆和氧化铝微粉，经先进的冷压工艺一次成型、高温烧结、装配，最后经高精度研磨抛光而成，具有很高的抗折、抗张强度，很高的断裂韧性及耐酸碱腐蚀性能。因陶瓷材料的机械特性，缸套的使用寿命可高达2000小时以上，甚至可以达到4000小时，但其生产工艺复杂，加工难度大，因此生产成本高昂，目前主要用于高压、高磨损的特殊环境。

以上几种缸套均采用传统的烧结工艺制成，由于缸套与防护内衬（例如陶瓷）需要共同进行高温烧结，才能达到致密结合，在高温烧结过程中会产生热变形，后续加工预留大，因此，原料成本、加工成本、能源成本都非常大，并且传统的烧结工艺废品率很高，这些是造成陶瓷套缸生产成本居高不下的主要原因。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是现有的采用传统的烧结工艺制备缸套时，缸套在烧结时会产生变形，导致制备的成品率低以及后续加工成本高。

一种缸套生产方法,所述方法包括：

钢管预热，对钢管套进行预热，使得其表面温度达到第一预设值或者第一预设范围；

粉末喷覆，采用喷枪对所述钢管套内表面进行粉末喷覆，使得所述钢管套内表面形成一层涂层；

加热重铸，将喷覆后的钢管套通过感应加热线圈，对所述钢管套内表面上喷覆的涂层进行重熔；

应力消除，控制重熔后的钢管套在保温箱内保温冷却至第二预设值，再取出所述钢管套冷却至室温，使得所述钢管套内部的应力消除。

其中，所述第一预设范围为480~530℃；所述第二预设值为100℃。

其中，在对所述钢管套进行预热之前还包括：

预处理，对钢管套进行去脂和喷砂处理，以除去钢管套内外表面的油污和铁锈。

进一步的，所述对钢管套进行应力消除之后还包括：

检验，采用超声波检测和/或内视镜检测对所述钢管套内部的涂层进行检测，确认所述涂层与钢管套之间是否建立冶金结合，若所述涂层与钢管套结合紧密、无脱落且无龟裂，则确定所述钢管套合格。

其中，所述采用喷枪对所述钢管套内表面进行粉末喷覆包括：

采用喷枪以载粉气体及燃烧气体将球状粉末均匀喷覆在预热后的钢管套内表面，形成所述涂层。

优选地，所述球状粉末为镍基合金粉末。

所述镍基合金粉末包括：30%W-C、10%Fe、20%Ni、20%Cr、6%Cu、3%B、3%Co等元素组成。

其中，所述将喷覆后的钢管套通过感应加热线圈包括：

将喷覆后的钢管套以恒定速度通过感应加热线圈加热至1050℃；

所述恒定速度包括：所述钢管套的移动速度为1m/min，转动速度30r/min。

一种用于泥浆泵的缸套，所述缸套通过如上所述的方法制得。

一种如上所述的缸套生产方法用于制备泥浆泵缸套的应用。

依据上述实施例的缸套生产方法，采用粉末喷覆的方法在钢管套内表面进行粉末喷覆，形成一层涂层；然后再采用加热重铸的方法，将喷覆后的钢管套通过感应加热线圈，对钢管套内表面上喷覆的涂层进行重熔，使得喷覆的涂层与钢管内表面紧密贴合，采用本申请的粉末喷覆和加热重铸方法时钢管套热熔时间短、变形量少，且粉末用量可以减少30%，机器加工耗能与电能消耗至少减少20%，而且制备的成品率高、加工周期短，减少了后期人工处理的成本，综合生产成本至少降低50%。

附图说明

图1为本申请实施例的缸套生产方法流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

在本发明实施例中，摒弃了传统的烧结工艺，采用粉末喷覆和加热重铸方法制备缸套，利用高能烧熔法的热熔时间短、变形量少特点，冶金粉末用量可以减少30%，机加耗能与电能消耗至少减少20%，考虑废品率及加工周期，综合生产成本至少降低50%。

实施例一：

请参考图1，本实施例提供一种缸套生产方法，该方法包括：

步骤101：预处理，对钢管套进行去脂和喷砂处理，以除去钢管套内外表面的油污和铁锈。经过预处理后钢管套内表面清洁、均匀，有利于后续粉末喷覆时粉末与钢管套的结合。

步骤102：钢管预热，对钢管套进行预热，使得其表面温度达到第一预设范围；本实施例的第一预设范围为480~530℃，在喷焊之前对钢管套进行预热，将其加热到480~530℃，可以提高焊接效果，使得粉末喷覆形成的涂层与钢管套结合更加紧密。

步骤103：粉末喷覆，采用喷枪对所述钢管套内表面进行粉末喷覆，使得所述钢管套内表面形成一层涂层。

具体的，采用喷枪以载粉气体及燃烧气体将球状粉末均匀喷覆在预热后的钢管套内表面，形成一层均匀的涂层。本实施例采用的球状粉末为镍基合金粉末，在钢管套内壁上形成一层镍基合金层，采用高性能稀土镍基合金粉材添加一种微米级的硬质合金材料（30%W-C、10%Fe、20%Ni、20%Cr、6%Cu、3%B、3%Co等元素），使烧结层中均匀的分布着微米级的高耐磨硬质点，有效地提高了烧结层整体的抗磨损性能，同时由于合金组织及其微小，不会发生组织剥落等现象。高耐磨性的合金材料也使涂层的使用寿命达到2000小时以上，最高达到4000小时左右，是普通金属缸套5-10倍，可以和陶瓷缸套相媲美。耐磨损、耐高温、高强度、高硬度、不易破损，价格远远低于陶瓷缸套。

步骤104：加热重铸，将喷覆后的钢管套通过感应加热线圈，对所述钢管套内表面上喷覆的涂层进行重熔。具体的，将喷覆后的钢管套以移动速度为1m/min、转动速度30r/min通过感应加热线圈，加热线圈将其加热至1050℃，使得钢管套内表面上喷覆的涂层进行重熔，进而使得镍基合金层与钢管套内壁结合更加紧密，不易脱落。

步骤105：应力消除，控制重熔后的钢管套在保温箱内保温冷却至第二预设值，再取出钢管套冷却至室温，使得钢管套内部的应力消除。本实施中的第二预设值为100℃。缸套在使用时会出现金属疲劳现象，如果存在内应力会导致本体加速开裂，同时内应力存在降低合金图层与本体的结合力，导致合金层脱落，影响缸套的使用寿命，通过该方法可以消除内应力。

步骤106：检验，采用超声波检测/或内视镜检测对钢管套内部的涂层进行检测，确认涂层与钢管套之间是否建立冶金结合；若涂层与钢管套结合紧密、无脱落且无龟裂，则确定所述钢管套合格。

依据本实施例的缸套生产方法，采用粉末喷覆的方法在钢管套内表面进行粉末喷覆，形成一层涂层；然后再采用加热重铸的方法，将喷覆后的钢管套通过感应加热线圈，对钢管套内表面上喷覆的涂层进行重熔，使得喷覆的涂层与钢管内表面紧密贴合，采用本申请的粉末喷覆和加热重铸方法时钢管套热熔时间短、变形量少，且粉末用量可以减少30%，机器加工耗能与电能消耗至少减少20%，而且制备的成品率高、加工周期短，减少了后期人工处理的成本，综合生产成本至少降低50%。生产出来的缸套硬度大、抗磨损性强且不易破损。

实施例二

本实施例提供一种用于泥浆泵的缸套，该缸套通过如实施例一提供的方法制得，该缸套耐高温、硬度大、抗磨损性强且不易破损，使用寿命达到2000小时以上，最高达到4000小时左右，是普通金属缸套5-10倍，可以和陶瓷缸套相媲美，价格远远低于陶瓷缸套。

实施例三

本实施例提供一种如实施例1提供的缸套生产方法用于制备泥浆泵缸套的应用，通过该缸套生产方法制备的泥浆泵缸套，其耐高温、硬度大、抗磨损性强且不易破损，使用寿命达到2000小时以上，最高达到4000小时左右，是普通金属缸套5-10倍，可以和陶瓷缸套相媲美。同时制备钢管套时热熔时间短、变形量少，且粉末用量可以减少30%，机器加工耗能与电能消耗至少减少20%，而且制备的成品率高、加工周期短，减少了后期人工处理的成本，综合生产成本至少降低50%。

以180缸套生产为例：传统的烧结工艺装料15Kg才可以保证内孔的加工尺寸，内孔的粗磨时间需要一天时间（20小时），而本发明工艺由于热变形小，相同缸套合金粉末装料仅需11.5Kg（减少30%），加工时间可以缩短至16小时（减少20%）。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种缸套生产方法, 其特征在于，所述方法包括：

钢管预热，对钢管套进行预热，使得其表面温度达到第一预设值或者第一预设范围；

粉末喷覆，采用喷枪对所述钢管套内表面进行粉末喷覆，使得所述钢管套内表面形成一层涂层；

加热重铸，将喷覆后的钢管套通过感应加热线圈，对所述钢管套内表面上喷覆的涂层进行重熔；

应力消除，控制重熔后的钢管套在保温箱内保温冷却至第二预设值，再取出所述钢管套冷却至室温，使得所述钢管套内部的应力消除。

2.如权利要求1所述的缸套生产方法，其特征在于，在对所述钢管套进行预热之前还包括：

预处理，对钢管套进行去脂和喷砂处理，以除去钢管套内外表面的油污和铁锈。

3.如权利要求1所述的缸套生产方法，其特征在于，所述对钢管套进行应力消除之后还包括：

检验，采用超声波检测和/或内视镜检测对所述钢管套内部的涂层进行检测，确认所述涂层与钢管套之间是否建立冶金结合，若所述涂层与钢管套结合紧密、无脱落且无龟裂，则确定所述钢管套合格。

4.如权利要求1所述的缸套生产方法，其特征在于，所述采用喷枪对所述钢管套内表面进行粉末喷覆包括：

采用喷枪以载粉气体及燃烧气体将球状粉末均匀喷覆在预热后的钢管套内表面，形成所述涂层。

5.如权利要求4所述的缸套生产方法，其特征在于，所述球状粉末为镍基合金粉末。

6.如权利要求5所述的缸套生产方法，其特征在于，所述镍基合金粉末包括：30%W-C、10%Fe、20%Ni、20%Cr、6%Cu、3%B、3%Co。

7.如权利要求1所述的缸套生产方法，其特征在于，所述第一预设范围为480~530℃；所述第二预设值为100℃。

8.如权利要求1所述的缸套生产方法，其特征在于，所述将喷覆后的钢管套通过感应加热线圈包括：

将喷覆后的钢管套以恒定速度通过感应加热线圈加热至1050℃；

所述恒定速度包括：所述钢管套的移动速度为1m/min，转动速度30r/min。

9.一种用于泥浆泵的缸套，其特征在于，所述缸套通过如权利要求1-8任一方法制得。

10.一种如权利要求1-8任一项所述的缸套生产方法用于制备泥浆泵缸套的应用。