CN112025059A

CN112025059A - 一种压裂泵用阀座制造工艺方法

Info

Publication number: CN112025059A
Application number: CN202010910965.XA
Authority: CN
Inventors: 傅宏伟; 时圣平; 姜涌; 郭志军
Original assignee: Jiangsu Aifutaike Energy Equipment Co ltd
Current assignee: Jiangsu Aifutaike Energy Equipment Co ltd
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2020-12-04

Abstract

本发明提供了一种压裂泵用阀座制造工艺方法，具体方法为对阀座毛坯件的表面区域开设凹形槽口，采用等离子堆焊方式将高强度合金粉末堆焊在凹形槽口内，合金粉末进行熔化、混合、扩散、凝固，焊接后进行自激冷却，获得压裂泵阀座高性能的合金层。本发明采用等离子堆焊工艺代替了传统渗碳处理工艺，避免了渗碳工艺造成的渗碳层深度低，硬度随渗碳层深度急剧降低，能够使阀座高硬度深度达到2‑3mm，硬度均匀，不会随表面磨损而降低；从而提高了阀座的产品质量和产品寿命，减少了压裂泵更换检修次数，降低了工人劳动强度，提高了产品可靠性能，不会造成作业过程中失效，而引起的停机停泵，更适合页岩气开采需求。

Description

一种压裂泵用阀座制造工艺方法

技术领域

本发明属于油气田增产作业及页岩气开采压裂作业用的机械制造领域，特别涉及一种压裂泵用阀座制造工艺方法。

背景技术

在油气田增产作业和页岩气开采压裂作业中，压裂泵是关键设备，压裂泵的质量、可靠性和寿命直接影响作用效果和经济效益，压裂泵配件中的阀座是压裂泵液力端中的重要部件，通过阀体与阀座的打开、闭合来实现流体流入和流出。阀体上配有橡胶材质的阀胶皮，通过阀胶皮与阀座接触面的闭合和打开，流体进入液缸或从液缸内排出。

目前阀座的使用寿命大部分在20-30小时范围内，需要经常更换，造成压裂作业过程中需要频繁检修，作业效率低。阀座的失效形式有开裂、冲蚀、点蚀、脱落、脱层等，其中冲蚀和点蚀占绝大多数。因为阀座在70-100MPa的高压环境下工作，每分钟打开闭合100-300次，并且传输的介质是带有陶粒砂的压裂液，工况恶劣。

在工作中，阀体上的阀胶皮与阀座接触、打开，反复运动，频次高、压力大，会对阀座产生冲击，使用初期，阀胶皮弹性较好，密封和对阀座的保护都较好，在使用一段时间后，阀胶皮弹性减弱或磨损，就会因高压力造成较大冲击，导致阀座开裂，目前阀座采用合金钢后，开裂现象较少。但是冲蚀、点蚀、脱落、脱层等现象较多，这是由于陶粒砂本身的硬度就很高，而阀座的硬度低于陶粒砂，工作中，陶粒砂在高压、高流速的情况下容易冲刷、切削阀座材料，阀胶皮也将陶粒砂反复多次的挤压在阀座表面造成的；为解决硬度问题，很多厂家采用了渗碳热处理方式，表面硬度提高到HRC58，能够提供阀座的使用寿命，但是提高效果有限，渗碳层厚度在1.5mm以内，并且硬度会随深度急剧下降，心部硬度只有32HRC，因此造成阀座最上面、最硬的一层磨损或点蚀后，下面的会快速磨损，并容易脱落、脱层。

发明内容

为了解决上述压裂泵阀座接触表面出现的冲蚀、点蚀、脱落、脱层等现象，在进行修复过程中效果不理想，容易发生修补层的脱落、脱层及磨损等问题，技术难题，本发明提供了一种压裂泵用阀座制造工艺方法，技术方案具体为：对阀座毛坯件的表面区域开设凹形槽口，采用等离子堆焊焊接方式将高强度合金粉末堆焊在凹形槽口内，合金粉末进行熔化、混合、扩散、凝固，焊接后进行自激冷却，获得压裂泵阀座高性能的合金层。

作为改进，高强度合金粉末为镍基焊接材料或铁基焊接材料，其中镍基焊接材料为Ni60合金粉末，组分中各元素的重量百分比为C：0.6～1.0％，Cr：14～17％，B：2.5～4.5％，Si：3～4.5％，Fe≤8％，其余Ni；铁基焊接材料为CW1460合金粉末，组分中各元素的重量百分比为Cr：3～5.9％，Mo：2～3％，Co：8～10％，V：3～6.5％，W：8～12.1％，其余Fe。

作为改进，堆焊前进行打磨清理表面，焊前预热温度设置为300～400℃，

作为改进，采用等离子堆焊焊接PTA的焊接工艺为，焊接电流90-130A，焊接电压25-30V，焊接速度60-100mm/min，焊后熔覆金属厚度1～4mm，堆焊2层，每层1道焊缝，硬度为58-62HRC，焊后保温棉包裹换冷。

有益效果：本发明中采用等离子堆焊工艺代替了传统渗碳处理工艺，使产品硬度符合设计要求，同时避免了渗碳工艺造成的渗碳层深度低(高硬度表面厚度就低)，硬度随渗碳层深度急剧降低，能够使阀座高硬度深度达到2-3mm，硬度均匀，不会随表面磨损而降低；从而提高了阀座的产品质量和产品寿命，减少了压裂泵更换检修次数，降低了工人劳动强度，提高了产品可靠性能，不会造成作业过程中失效，而引起的停机停泵，更适合页岩气开采需求。

附图说明

图1为本发明中压裂泵液力端结构示意图。

图2为本发明中阀体阀座配合工作图。

图3为本发明中阀座堆焊后截面图。

其中1、液缸；2、阀体；3、阀胶皮；4、阀座；5、阀座基体；6、堆焊合金层。

具体实施方式

下面对本发明附图结合实施例作出进一步说明。

对于液缸1的阀体2和阀座4相接触的位置阀胶皮3，在工作过程中，易发生磨损，磨损后要进行修复时，常规技术是采用表面渗碳处理来提高表面硬度，但是表面硬度符合要求时，会出现随渗碳层深度变化，硬度急剧下降的问题，且渗碳层深度浅，所以使用寿命低，为了解决这一问题，本发明中采用等离子堆焊的焊接方式进行堆焊修复。

在阀座4的毛坯件上，在接触表面区域留有凹形槽，采用等离子堆焊的工艺将高强度合金粉末堆焊在凹形槽内。等离子粉末堆焊是以等离子弧作为热源，应用等离子弧产生的高温将合金粉末与基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，等离子束离开后自激冷却，形成一层高性能的堆焊合金层6，从而实现零件表面的强化与硬化的堆焊工艺。

堆焊材料可选镍基或铁基材料。镍基材料选择Ni60，主要合金成分为C：0.6～1.0％，Cr：14～17％，B：2.5～4.5％，Si：3～4.5％，Fe≤8％，其余Ni；硬度可达58-62HRC，该材料耐腐蚀性能强，更适合压裂酸化作业。铁基材料选择CW1465材料，主要合金成分为Cr：3～5.9％，Mo：2～3％，Co：8～10％，V：3～6.5％，W：8～12.1％，其余Fe，硬度可达58-62HRC，具有一定的耐腐蚀性能，但是不如镍基材料，其特点是价格相对便宜，适用于不含腐蚀性物质的介质压裂作业。

堆焊后，机加工完成。焊之前打磨清理焊前预热300-400度，焊接过程采用等离子粉末堆焊PTA，焊接电流90-130A，焊接电压25-30V，焊接速度60-100mm/min，焊后熔覆金属厚度1～4mm，堆焊2层，每层1道焊缝。

精车之后2毫米有效，表面1毫米以内硬度都是比较均匀的，1毫米以上会略有减小，但硬度值减小不明显，总体上在堆焊的区域硬度稳定在高位值。表1为对堆焊后金属进行测量硬度测量数据如下。

表1堆焊金属的硬度值

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种压裂泵用阀座制造工艺方法，其特征在于：对阀座毛坯件的表面区域开设凹形槽口，采用等离子堆焊焊接方式将高强度合金粉末堆焊在凹形槽口内，合金粉末进行熔化、混合、扩散、凝固，焊接后进行自激冷却，获得压裂泵阀座高性能的合金层。

2.根据权利要求1所述压裂泵用阀座制造工艺方法，其特征在于：高强度合金粉末为镍基焊接材料或铁基焊接材料，其中镍基焊接材料为Ni60合金粉末，组分中各元素的重量百分比为：C：0.6～1.0％，Cr：14～17％，B：2.5～4.5％，Si：3～4.5％，Fe≤8％，其余Ni；铁基焊接材料为CW1465合金粉末，组分中各元素的重量百分比为Cr：3～5.9％，Mo：2～3％，Co：8～10％，V：3～6.5％，W：8～12.1％，其余Fe。

3.根据权利要求1所述压裂泵用阀座制造工艺方法，其特征在于：堆焊前进行打磨清理表面，焊前预热温度设置为300～400℃。

4.根据权利要求1所述压裂泵用阀座制造工艺方法，其特征在于：等离子粉末堆焊PTA，焊接电流90-130A，焊接电压25-30V，焊接速度60-100mm/min，焊后熔覆金属厚度1～4mm，堆焊2层，每层1道焊缝，硬度为58-62HRC，焊后保温棉包裹换冷。