CN111826699A - 金属管内表面电沉积装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属管内表面电沉积装置，涉及金属管内表面处理技术领域，包括底座、阳极、碳刷、复合接头、往复驱动部件和多个储液箱。底座上设有多个用于水平支撑金属管并驱动其周向转动的支撑辊，底座的两端还分别设有第一滑座和第二滑座；底座的中部还设有摆动架；金属管两端分别设置有复合接头；除油清洗液储液箱、去离子水储液箱、表面活化液储液箱分别通过不同的输送管与设置在金属管前端和后端的复合接头的液体输送口连接，并通过液流开关阀控制，自动完成金属管内壁的除油、水洗、酸化、活化、电沉积等工序，期间不需要复合接头的换装和重新密封等工作，提高了工作效率，减少了作业场地和处理液的散落现象发生。

Description

金属管内表面电沉积装置及方法

技术领域

本发明涉及金属管内表面处理技术领域，具体涉及一种金属管内表面电沉积装置及方法。

背景技术

在采油过程中，抽油泵筒、油管等金属管作为井液由井下输送至地面的设备，长期在腐蚀性、高温和抽油杆摩擦的情况下工作，容易出现腐蚀、磨损问题，造成设备的损坏。现在，行业内采用表面电镀铬、化学镀镍磷等工艺，提高金属管的耐腐蚀性和耐磨损性，但是，其前处理工艺复杂、产生的废水污染环境，属于限制性推广工艺，逐渐被淘汰。

电沉积技术作为一种新型的表面处理工艺，该技术要求能够形成厚度较大、结合力较强的技术，在金属管表面处理中具有广阔的应用前景。但是，现有的工艺设备的操作连贯性较差，各种表面清洗、活化和电沉积设备分散布置而占地面积大；并且，在金属管的前期内表面清洗、表面活化、电沉积等多个工艺操作过程需要进行金属管的多次移动运输、工装设备的安装和拆卸，不仅影响了操作的效率，而且在在工装设备的安装和拆卸过程中，处理液容易散落至地面，造成环境污染。因此，现有技术缺少一种专用于抽油泵筒、油管等井下用金属管的电沉积设备。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种能提高金属管内表面电沉积工艺的自动化程度，降低劳动强度，提高处理效率的金属管内表面电沉积装置及使用该装置的方法。

本发明的技术方案是：金属管内表面电沉积装置，包括：

底座，所述底座上设有多个用于水平支撑金属管并驱动其周向转动的支撑辊，所述底座的两端还分别设有第一滑座和第二滑座，所述金属管位于第一滑座和第二滑座之间；所述底座的中部还设有摆动架；

阳极，所述阳极活动贯穿第二滑座并居中设置在金属管内，所述阳极一端与电源正极电连接；

碳刷，所述碳刷安装在摆动架上并位于支撑辊的上方，且碳刷底部设有与金属管外表面相配合的圆弧槽，所述碳刷与电源负极连接；

复合接头，所述复合接头包括两个并分别设置在第一滑座和第二滑座上，两个复合接头的相对端分别与金属管的两端密封连接并形成密封腔，且每个复合接头上均设置有液体输送口；

往复驱动部件，所述往复驱动部件设置在位于第二滑座的复合接头上，所述往复驱动部件的活动端贯穿复合接头与阳极另一端连接并驱动阳极沿轴向往复移动；

多个储液箱，多个储液箱分别通过输送管与设置在金属管两端的复合接头的液体输送口连接，各输送管分别设置有用于控制液流通断的液流开关阀和输液泵。

优选的，所述摆动架包括设置在底座一侧的支撑杆和转动设置在支撑杆顶部的活动板，所述活动板的一端连接有摆动气缸，另一端与碳刷连接。

优选的，所述复合接头包括前复合接头和后复合接头，所述前复合接头和后复合接头均包括前管段、后管段和旋转密封件，所述旋转密封件设置在前管段和后管段之间，所述前管段与金属管的端部密封连接，所述液体输送口设置在后管段并与后管段的内腔连通。

优选的，所述电沉积装置还包括用于清除金属管内残留液体的空气吹扫部件，所述空气吹扫部件包括氮气储罐，所述氮气储罐出气口通过输气管与前复合接头的液体输送口连接，所述后复合接头的液体输送口通过输送管分别与各储液箱连接，所述输气管设置有用于控制输气管气流通断的气流开关阀。

优选的，所述摆动架与碳刷之间设有用于将碳刷的圆弧槽压紧到金属管表面的弹性部件。

优选的，所述弹性部件为复位弹簧。

优选的，每个储液箱均包括前储液箱和后储液箱，所述前储液箱与前复合接头的液体输送口连接，所述后储液箱与后复合接头的液体输送口连接，所述储液箱内的前后端分别设有用于去除杂质的过滤部件。

同时，提供了一种金属管内表面电沉积方法，应用上述金属管内表面电沉积装置进行处理，包括以下步骤：

（1）将阳极居中装入到金属管内，其中一个复合接头向内移动使两个复合接头均与金属管两端连接，并使阳极位于金属管与复合接头之间形成的环形密封腔内；

（2）通过控制不同储液箱两端连接的液流开关阀，依次向环形密封空间泵入各种清洗液，进行金属管内表面清洗工艺；

（3）通过控制不同储液箱两端连接的液流开关阀，依次向环形密封腔内泵入各种电沉积液，同时阳极连接直流电正极，通过摆动架使碳刷与金属管表面接触并连接直流电负极，保持金属管旋转状态，驱动阳极沿着轴向往复运动，进行金属管内表面电沉积工艺；

（4）泵入去离子清洗液，进行电沉积后的金属管表面清洗；

（5）从复合接头拆除金属管，拆除阳极即可完成。

本发明与现有技术相比较，具有以下优点：通过液流开关阀控制各种处理液进入金属管与复合接头之间形成的环形密封腔，先后完成除油、水洗、酸化、活化、电沉积等工序，中间不需要复合接头的换装和重新密封，提高了复合镀层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，并且省去换接头的操作，提高了生产效率，提高了电沉积的速度；设备占地面积小，减少了作业场地，并且避免了因环状复合接头和重新密封而引起的处理液的散落现象发生，减少了处理液的用量浪费，并减少了环境污染的发生。

附图说明

图1 为本发明的三维结构示意图。

图2 为图1去除金属管后的三维结构示意图。

图3为本发明的平面结构示意图。

图4为图3的A-A处的剖视图。

图5 为图3的C-C处的剖视图。

图6为本发明的系统原理图。

图7为本发明设置有过滤部件的系统原理图。

图8为本发明具有空气吹扫部件的系统原理图。

图中，1—金属管，21—支撑辊，22—摆动架，3—阳极，41—前复合接头，42—后复合接头，401—前管段，402—后管段，403—液体输送口，404—第一滑座，405—第二滑座，5—往复驱动部件，6—电源正极，7—电源负极，8—储液箱，81—前储液箱，82—后储液箱，9—过滤部件，10—输液泵，11—液流开关阀，12—氮气储罐，13—夹紧推进部件，14—导轨，15—碳刷，16—弹性部件，17—气流开关阀，18—底座。

具体实施方式

下面是结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例一

参照图1～图5所示，本发明提供的金属管内表面电沉积装置，包括底座18、阳极3、碳刷15、复合接头、往复驱动部件5和多个储液箱8。

在底座18上设有多个用于水平支撑金属管1并驱动其周向转动的支撑辊21，底座18上还设有驱动支撑辊21转动的电机。通过支撑辊21对金属管1的水平支撑和驱动周向转动。底座18的两端还分别设有第一滑座404和第二滑座405，金属管1位于第一滑座404和第二滑座405之间；底座18的中部还设有摆动架22，摆动架22与碳刷15之间设有用于将碳刷15的圆弧槽压紧到金属管1表面的弹性部件16，弹性部件16为复位弹簧。

阳极3活动贯穿第二滑座404并居中设置在金属管1内，在电沉积过程中，阳极3一端与电源正极6电连接。

碳刷15安装在摆动架22上并位于支撑辊21的上方，且碳刷15底部设有与金属管1外表面相配合的圆弧槽，碳刷15与电源负极7连接，在电沉积过程中，摆动架22向下摆动，将碳刷15的圆弧槽与金属管1外表面靠近在一起并形成滑动连接，在金属管安装、拆卸过程中，摆动架22向上摆动，碳刷15离开金属管1外表面。

复合接头包括前复合接头41和后复合接头42，前复合接头41和后复合接头42分别设置在第一滑座404和第二滑座405上，第一滑座404和第二滑座405设置在导轨14上，通过夹紧推进部件13带动他们在导轨14上移动，从而根据金属管1的尺寸调节位置。其中，夹紧推进部件13为推进气缸。

前复合接头41和后复合接头42的相对端分别与金属管1的两端密封连接并形成密封腔，且每个复合接头上均设置有液体输送口403；将金属管1的前端与前复合接头41的接口固定连接并密封，将金属管的后端与后复合接头42的接口固定连接并密封，从而建立进行金属管内壁清洗、电沉积作业需要的密封空间，为金属管内壁清洗、电沉积作业提供必要的条件。

往复驱动部件5设置在在前复合接头41的后端外侧，往复驱动部件5的活动端贯穿前复合接头41与阳极3另一端连接并驱动阳极3沿轴向小幅度往复移动。其中，往复驱动部件5为设置在前复合接头41后端的气缸。

多个储液箱8分别通过输送管1与设置在金属管1两端的复合接头的液体输送口403连接，各输送管分别设置有用于控制液流通断的液流开关阀11和输液泵10。

实施例二

作为优选的实施例，与实施例一基本相同，不同之处在于：前复合接头41、后复合接头42分别包括前管段401、后管段402和旋转密封件，旋转密封件设置在前管段401和后管段402之间，液体输送口403设置在后管段402并与后管段402的内部空腔连通，前管段401前端设置有与金属管1的端部连接的接口，后管段402能够上下滑动的设置在第一滑座404上，同理后复合接头42的后管段402能够上下滑动的设置在第二滑座405上。将金属管1的前端与前管段401的接口固定连接并密封，将金属管的后端与后管段402的接口固定连接并密封，从而建立进行金属管内壁清洗、电沉积作业需要的密封空间，为金属管内壁清洗、电沉积作业提供必要的条件。

其中，前管段401、旋转密封件和后管段402均为非导电体，例如尼龙或者塑胶制成。

图6 提供的为金属管内表面电沉积装置的系统原理图。

提供的金属管内表面电沉积装置设置有多个储液箱8，各储液箱8分别盛放有用于金属管内表面清洗工艺、电沉积工艺所需要液体，且各储液箱8分别通过不同的输送管与设置在金属管两端的前复合接头41、后复合接头42的液体输送口403连接，各输送管分别设置有用于控制液流通断的液流开关阀11和输液泵10。

用于金属管内表面清洗工艺的液体包括多种，各种电沉积液分别盛放在不同储液箱内，各储液箱分别通过不同的输送管与设置在金属管两端的复合接头的液体输送口连接，各输送管分别设置有用于控制液流通断的液流开关阀11和输液泵10。

具体的，用于金属管内表面清洗工艺的液体包括除油清洗液、去离子水、表面活化液，各种除油清洗液、去离子水、表面活化液分别盛放在不同储液箱8内，例如除油清洗液储液箱、去离子水储液箱、表面活化液储液箱；除油清洗液储液箱、去离子水储液箱、表面活化液储液箱前端分别通过不同的输送管与设置在金属管前端的前复合接头41的液体输送口连接，各输送管分别设置有液流开关阀11，除油清洗液储液箱、去离子水储液箱、表面活化液储液箱；除油清洗液储液箱、去离子水储液箱、表面活化液储液箱后端分别通过不同的输送管与设置在金属管后端的后复合接头42的液体输送口连接，各输送管分别设置有液流开关阀11。各储液箱8分别通过不同的输送管与设置在金属管两端的前复合接头41、后复合接头42的液体输送口403连接，各输送管分别设置有用于控制液流通断的液流开关阀11。以便于选择性的控制各储液箱8的通断，先后完成各种清洗液的更替，完成各工艺流程，为了液体输送，设置了在前复合接头41的液体输送口403附近设置了输液泵10。

在金属管内壁清洗过程中，通过顺次控制各液流开关阀的开关实现不同的除油、去离子、表面火花、电沉积等工艺过程。例如，进行除油清洗工艺时，关闭其他储液箱两端的液流开关阀，打开清洗液储液箱两端的液流开关阀11，在输液泵10的泵送作用下，清洗液由清洗液储液箱前端的输送管输出，由前复合接头41流入金属管1与阳极之间的间隙内，然后由后复合接头42、储液箱后端的输送管流回清洗液储液箱。这一过程中，清洗液流对金属管内壁产生清洗除油作用。

去离子水、表面活化液、除油清洗液所完成的去离子、表面活化、除油清洗过程与上述过程相同，不再赘述。

各电沉积液储液箱相互独立并分别盛放有不同种类的电沉积液，各电沉积液储液箱的一端分别通过不同的输送管与设置在金属管前端的复合接头的液体输送口连接而另一端分别通过不同的输送管与设置在金属管后端的复合接头的液体输送口连接，各输送管分别设置有输液泵10和液流开关阀11，各输送管分别设置有液流开关阀11。

在金属管内壁电沉积过程中，通过顺次控制各液流开关阀11的开关实现电沉积液流通。具体操作为，关闭其他储液箱两端的液流开关阀11，打开电沉积液储液箱两端的液流开关阀，在输液泵的泵送作用下，电沉积液由储液箱前端的输送管输出，由前复合接头流入金属管1与阳极3之间的间隙，然后由复合接头、储液箱8后端的输送管流回清洗液出现。同时，电源正极与阳极电连接，电源负极与阴极电连接，形成电流回路，进行金属管内壁的电沉积过程。在电沉积过程中，通过往复驱动部件驱动阳极轴向往复移动，使得阳极浸没在电沉积业中并处于运动状态，有利于阳极3表面的金属离子活化。

实施例三

基本与实施例二相同，不同之处在于，如图7所示，各储液箱8包括前储液箱81和后储液箱82两个，前储液箱81与前复合接头41的液体输送口连接，后储液箱82与后复合接头42的液体输送口连接，同一储液箱的前储液箱和后储液箱之间设置有用于用于去除杂质的过滤部件9，用于滤除液体杂质的过滤部件9。

另外，在各储液箱内位于两端输送管之间设置有用于滤除液体杂质的过滤部件9。

其中，过滤部件9为将液体中固体杂质率除的元件，例如过滤器、过滤膜、过滤网等，在工业技术中为常规通用产品，不再占用篇幅赘述其详细结构、工作原理等内容。

实施例四

作为优选的实施例，还包括用于清除金属管内残留液体的空气吹扫部件，如图8所示，具体为，空气吹扫部件包括氮气储罐12、连接到氮气储罐12和金属管1前端的前复合接头之间输气管，所述输气管设置有用于控制输气管气流通断的气流开关阀17。在进行金属管内表面清洗、电沉积的不同工序之间，打开气流开关阀，氮气从输液管、金属管内快速通过，对输液管、金属管内部吹扫，清除管内残留液体，可以通过液流开关阀11的控制，使得残留液体流入相应的储液箱8中，例如，吹扫出的去离子水流入去离子水储液箱，吹扫出的清洗液流入清洗液储液箱，其他不在一一例举。

本发明提供的金属管内表面电沉积方法的具体过程：

（1）前处理阶段

在电沉积之前先进行管件内壁的除锈、抛光、去油脂和活化等预处理工作：

将棒状阳极居中装入到需要电沉积的金属管内，连接金属管两端的旋转密封件。

泵入除油清洗液，进行金属管内表面除油。

泵入去离子水a，进行金属管内表面清洗。

泵入表面活化液，进行金属管内表面活化。

泵入去离子水b，进行金属管内表面清洗。

（2）电沉积阶段

泵入第一种电沉积液，阳极3接直流电阳极，金属管1接直流电阴极，保持金属管旋转状态，驱动阳极3小幅度的沿着轴向往复运动，进行金属管1内表面第一层电沉积。

泵入去离子水，进行金属管内表面清洗。

泵入其他种电沉积液，阳极3接直流电阳极，金属管1接直流电阴极，保持金属管旋转状态，驱动阳极3小幅度的沿着轴向往复运动，进行金属管1内表面其他层电沉积。

（3）后处理阶段

操作液流开关阀，向电沉积后的金属管1泵入去离子清洗液，进行电沉积后的金属管1表面清洗，去除电沉积过程中残留在金属管1、阳极部件的金属离子，以防止拆卸过程中，残留的金属离子液散落地面。

将金属管1两端的旋转密封件拆除、抽出金属管1内的阳极部件，将电沉积后的金属管1从管件支撑单元上取下，进行电沉积金属管内残留清洗液的清除，保持金属管1的表面干净和干燥。

所提供的金属管内表面电沉积装置可用于完成各种长度的往复式抽油泵的泵筒、螺杆泵的泵筒或者其他井下工具的筒类部件的内壁电沉积，电沉积层质量好，结合力强，并且在电沉积的过程中，通过各液流开关阀11的开关完成的除油、初步清洗、去离子清洗、再次清洗、各电沉积层的生成、去离子水清洗等电沉积工艺步骤，操作过程不需要更换金属管两端的接头，减少清洗液、电沉积液洒落造成环境污染的现象，降低了工人劳动强度，提高了生产效率。

本发明并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.金属管内表面电沉积装置，其特征在于，包括：

底座，所述底座上设有多个用于水平支撑金属管并驱动其周向转动的支撑辊，所述底座的两端还分别设有第一滑座和第二滑座，所述金属管位于第一滑座和第二滑座之间；所述底座的中部还设有摆动架；

阳极，所述阳极活动贯穿第二滑座并居中设置在金属管内，所述阳极一端与电源正极电连接；

碳刷，所述碳刷安装在摆动架上并位于支撑辊的上方，且碳刷底部设有与金属管外表面相配合的圆弧槽，所述碳刷与电源负极连接；

复合接头，所述复合接头包括两个并分别设置在第一滑座和第二滑座上，两个复合接头的相对端分别与金属管的两端密封连接并形成密封腔，且每个复合接头上均设置有液体输送口；

往复驱动部件，所述往复驱动部件设置在位于第二滑座的复合接头上，所述往复驱动部件的活动端贯穿复合接头与阳极另一端连接并驱动阳极沿轴向往复移动；

多个储液箱，多个储液箱分别通过输送管与设置在金属管两端的复合接头的液体输送口连接，各输送管分别设置有用于控制液流通断的液流开关阀和输液泵。

2.根据权利要求1所述的金属管内表面电沉积装置，其特征在于：所述摆动架包括设置在底座一侧的支撑杆和转动设置在支撑杆顶部的活动板，所述活动板的一端连接有摆动气缸，另一端与碳刷连接。

3.根据权利要求1所述的金属管内表面电沉积装置，其特征在于：所述复合接头包括前复合接头和后复合接头，所述前复合接头和后复合接头均包括前管段、后管段和旋转密封件，所述旋转密封件设置在前管段和后管段之间，所述前管段与金属管的端部密封连接，所述液体输送口设置在后管段并与后管段的内腔连通。

4.根据权利要求1所述的金属管内表面电沉积装置，其特征在于：所述电沉积装置还包括用于清除金属管内残留液体的空气吹扫部件，所述空气吹扫部件包括氮气储罐，所述氮气储罐出气口通过输气管与前复合接头的液体输送口连接，所述后复合接头的液体输送口通过输送管分别与各储液箱连接，所述输气管设置有用于控制输气管气流通断的气流开关阀。

5.根据权利要求1所述的金属管内表面电沉积装置，其特征在于：所述摆动架与碳刷之间设有用于将碳刷的圆弧槽压紧到金属管表面的弹性部件。

6.根据权利要求5所述的金属管内表面电沉积装置，其特征在于：所述弹性部件为复位弹簧。

7.根据权利要求1所述的金属管内表面电沉积装置，其特征在于：每个储液箱均包括前储液箱和后储液箱，所述前储液箱与前复合接头的液体输送口连接，所述后储液箱与后复合接头的液体输送口连接，所述储液箱内的前后端分别设有用于去除杂质的过滤部件。

8.应用权利要求1所述的金属管内表面电沉积装置进行处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将阳极居中装入到金属管内，其中一个复合接头向内移动使两个复合接头均与金属管两端连接，并使阳极位于金属管与复合接头之间形成的环形密封腔内；

（2）通过控制不同储液箱两端连接的液流开关阀，依次向环形密封空间泵入各种清洗液，进行金属管内表面清洗工艺；

（3）通过控制不同储液箱两端连接的液流开关阀，依次向环形密封腔内泵入各种电沉积液，同时阳极连接直流电正极，通过摆动架使碳刷与金属管表面接触并连接直流电负极，保持金属管旋转状态，驱动阳极沿着轴向往复运动，进行金属管内表面电沉积工艺；

（4）泵入去离子清洗液，进行电沉积后的金属管表面清洗；

（5）从复合接头拆除金属管，拆除阳极即可完成。

Images