RO121535B1

RO121535B1 - Îmbinare cu filet, pentru ţevi de oţel

Info

Publication number: RO121535B1
Application number: ROA200400055A
Authority: RO
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2007-10-30
Also published as: EP1411288A1; RU2262029C2; BR0211399A; EP1411288A4; JP3870732B2; CN1240957C; PL199832B1; CN1529798A; CA2454336A1; CA2454336C; MXPA04000603A; RU2004105592A; WO2003010460A1; BR0211399B1; JP2003042353A; PL366939A1; MY139542A; US20040195825A1

Abstract

Invenţia se referă la o îmbinare cu filet, pentruţevi de oţel, care este capabilă de etanşare metal pe metal, ce poate fi supusă la strângeri şi slăbiri repetate, fără aplicarea unui lubrifiant lichid conţinând o pulbere de metal greu, şi care cuprinde un cep şi o casetă, fiecare având o suprafaţăde contact care include o porţiune filetată şi o porţiune metalică de contact, nefiletată. Suprafaţa de contact a cel puţin unuia dintre respectivul cep şi respectiva casetă este acoperită cu un strat metalic de subacoperire şi cu un strat de acoperire lubrifiantă, pe acesta, stratul de subacoperire având o porozitate de 5...80% şi o grosime de 1...30 nium, stratul de acoperire lubrifiantă fiind alcătuit dintr-o acoperire lubrifiantă solidă sau o acoperire lubrifiantă lichidă, acesta din urmă fiind efectiv lipsit de pulberi de metale grele,iar stratul de acoperire lubrifiantă este de cel mult 100 nium.

Description

Invenția se referă la o îmbinare cu filet, pentru țevi de oțel, adecvată pentru legarea țevilor pentru sonde de țiței, folosite la forajul sondelor de țiței. în special, invenția se referă la o îmbinare cu filet, pentru țevi de oțel, care nu necesită aplicarea unei unsori consistente conținând pulbere de metal greu, care era folosită, în mod tradițional, înaintea fiecărei strângeri, în scopul de a evita griparea, și care prezintă o excelentă rezistență la gripare și proprietăți de a împiedica ruginirea.

Țevile pentru sonde de țiței, care sunt țevi de oțel folosite la forajul sondelor de țiței, sunt legate una cu alta printr-o îmbinare cu filet, pentru țevi de oțel, având o structură de tip cep-casetă, care este alcătuită dintr-un cep având filet exterior și o casetă având filet interior. După cum se arată schematic în fig. 1, un filet exterior 3A este format pe suprafața circumferențială de la ambele capete ale unei țevi A din oțel, pentru a forma un cep 1, iar un filet interior 3B este format pe ambele părți ale suprafeței circumferențiale interioare ale unui element de îmbinare separat, sub forma cuplajului B, având configurație de cuplaj, pentru a forma o casetă 2. După cum se arată în fig. 1, țeava A din oțel este livrată, în mod normal, într-o stare în care un cuplaj B este legat în prealabil la un capăt.

Această îmbinare cu filet pentru țevi de oțel este supusă la forțe de întindere axiale, provocate de greutatea țevii de oțel și de cuplaj, și de presiuni complexe, incluzând presiuni interioare și exterioare din subteran, și este de asemenea supusă la căldura subterană, astfel încât se cere ca aceasta să mențină etanșeitatea la aer (capacitate de etanșare), fără să fie deteriorată nici chiar într-un astfel de mediu înconjurător. în plus, în timpul procesului de coborâre a țevilor pentru sonde de țiței, adesea este cazul ca o îmbinare care a fost odată strânsă să fie slăbită și din nou strânsă. Deci, în conformitate cu API (Institutul American de Petrol), este de dorit să nu se producă fisuri determinate de gripare și ca etanșeitatea la aer să fie menținută, chiar dacă strângerea și slăbirea se execută de 10 ori, pentru îmbinări de tubing, și de trei ori, pentru îmbinări de coloană de tubaj, care au un diametru mai mare.

în anii recenți, în scopul de a îmbunătăți etanșeitatea la aer, au început să fie folosite în general îmbinări cu filet care sunt capabile de etanșare metal pe metal. La acest tip de îmbinare cu filet, după cum se arată în fig. 2, niște porțiuni 4A și 4B de contact, metalice, nefiletate, sunt formate pe capătul unui cep 1, având o porțiune 3A cu filet exterior, și la interiorul unei casete 2, având o porțiune 3B cu filet interior corespunzător. în starea strânsă, arătată în fig. 2, porțiunea 3A sau 3B cu filet și porțiunea 4A sau 4B de contact, metalică, fără filet, formează o suprafață de contact, a cepului 1 sau a casetei 2. Porțiunile 4A și 4B de contact, metalice, fără filet, ale cepului 1 și ale casetei 2, formează o porțiune de etanșare metal pe metal și contribuie la creșterea capacității de etanșare la aer.

într-o astfel de îmbinare cu filet, capabilă să formeze o etanșare metal pe metal, se folosește în lubrifiant lichid, puternic, denumit unsoare consistentă, complexă, în scopul de a împiedica griparea suprafețelor de contact și, în special, a porțiunilor de contact metalice, fără filet. Această unsoare consistentă se aplică pe suprafața de contact a cel puțin unuia dintre respectivul cep și respectiva casetă, înainte de strângere. Totuși, această unsoare consistentă conține o mare cantitate de pulberi metalice grele, dăunătoare, și când unsoarea consistentă este refulată către periferie, în timpul strângerii, aceasta este curățată cu un agent de curățare, unsoarea consistentă complexă și agentul de curățare folosit curg în afară, în ocean sau în sol, și provoacă o poluare a mediului, iar acest fapt a ajuns să fie considerat o problemă. în plus, există și problema că aplicarea unsorii consistente și curățarea ce se repetă înaintea fiecărei strângeri au redus randamentul muncii pe teren.

în calitate de îmbinări cu filet, pentru țevi de oțel care nu necesită aplicarea de unsoare consistentă, complexă, documentele JP - A 08-103724, 08-233163, 08-233164 și 09-72467 prezintă îmbinări filetate, în care lubrifiantul solid, ce cuprinde o rășină în calitate de liant și disulfură de molibden sau disulfură de wolfram în calitate de lubrifiant solid, este aplicată pe o porțiune filetată și pe o porțiune de contact metalică, nefiletată (anume, pe suprafața de contact), ale cel puțin unuia dintre un cep și o casetă.

RO 121535 Β1 în aceste publicații de brevet japonez de invenție, în scopul de a spori adeziunea 1 dintre acoperirea de lubrifiant solid și oțelul de substrat, se arată că, în calitate de strat de acoperire, pentru stratul de lubrifiant solid, se va forma un strat de acoperire cu conversie 3 chimică, din fosfat de mangan sau o combinație dintre un strat de nitrură și un strat de acoperire cu conversie chimică din fosfat de mangan, sau să se prevadă o suprafață de contact 5 cu o rugozitate a suprafeței având Rmax de 5...40 pm.

în documentul JP-A 08 -105582 se arată că la o îmbinare cu filet, pentru țevi ale son- 7 delor de țiței, confecționate din oțel inoxidabil cu un conținut de cel puțin 10% Cr, se formează un strat de nitrură, un strat de placare din fier sau aliaj de fier și o acoperire 9 lubrifiantă solidă.

La forajul pentru țiței brut, a crescut numărul sondelor de țiței adânci și nu mai consti- 11 tuie un fapt neobișnuit ca temperatura de utilizare a țevilor de la sondele de țiței să atingă 15O...25O°C. Totuși, o îmbinare cu filet clasică, pentru țevi de oțel, care este capabilă de 13 etanșare metal pe metal și care nu necesită aplicarea unei unsori consistente, complexe, prin formarea unei acoperiri lubrifiante solide pe suprafețele de contact, nu poate să prezinte o 15 rezistență înaltă la gripare, așa cum se poate obține când se aplică o unsoare consistentă, și niște fisuri provocate de uzura prin frecare, denumită gripare, pot avea loc când strângerea 17 și slăbirea sunt repetate numai de câteva ori. în plus, dacă acest tip de îmbinare filetată este menținut la temperatură înaltă, atunci o acoperire lubrifiantă solidă se exfoliază (desprinde) 19 ușor, iar efectul de împiedicare a gripării este neadecvat. Acoperirea cu trei straturi, descrisă în documentul JP-A 08-105582, implică un procedeu de tratament complicat, este 21 costisitoare și, în afară de aceasta, are loc o coroziune galvanică între substratul de oțel inoxidabil și placarea pe bază de fier, iar acest fapt conduce la o deteriorare a rezistenței la 23 coroziune.

Un obiectiv al prezentei invenții este acela de a asigura o îmbinare cu filet, capabilă 25 de etanșare metal pe metal, care să aibă o excelentă rezistență la gripare, chiar dacă aceasta este o îmbinare cu filet confecționată din oțel cu conținut de Cr ridicat, care este un 27 material relativ susceptibil de gripare, și care să împiedice producerea gripării și reducerea capacității de etanșare la aer, atunci când strângerea și slăbirea se repetă, fără folosirea 29 unui lubrifiant lichid care conține pulbere de metal greu, cum ar fi o unsoare consistentă, complexă, când este folosită la foraj pentru țiței brut, în medii cu temperaturi ridicate, cum 31 este cazul la sondele de țiței adânci.

în trecut, o măsură ce se lua pentru creșterea aderenței unei acoperiri lubrifiante 33 solide constă în asperizarea suprafeței de substrat, prin prelucrare pe mașini unelte sau prin acoperire cu un tratament de fosfatare sau ceva de acest gen. Totuși, există o limită în ceea 35 ce privește îmbunătățirea aderenței unei acoperiri lubrifiante solide, care se bazează pe efectul de ancorare al neregularităților substratului acesteia, deoarece există o interfață clară 37 între respectiva acoperire lubrifiantă solidă și respectivul substrat. în special, la o temperatură înaltă de 200°C sau peste această valoare, din cauza diferenței de dilatare termică 39 dintre rășina acoperirii lubrifiante solide și oțelul de substrat, poate avea loc ușor o exfoliere a acoperirii la interfața dintre acoperirea lubrifiantă solidă și oțelul de substrat, iar acest fapt 41 conduce la reducerea rezistenței la gripare.

în prezenta invenție, un strat situat sub acoperire este format dintr-un metal poros, 43 astfel încât acoperirea lubrifiantă solidă poate să penetreze în întregul strat de subacoperire și respectiva interfață clară, descrisă mai sus, este eliminată. Formarea unei acoperiri lubri- 45 fiante solide deasupra acestui strat de subacoperire metalic garantează o bună aderență stratului lubrifiant solid menționat, chiar la temperaturi înalte, și se obține o excelentă rezis- 47 tență la gripare. Aceeași excelentă rezistență la gripare se obține și atunci când, în locul unei acoperiri librifiante solide, se formează o acoperire lubrifiantă lichidă. 49

RO 121535 Β1

Această invenție reprezintă o îmbinare cu filet, pentru țevi de oțel, cuprinzând un cep și o casetă, având fiecare câte o suprafață de contact care include o porțiune cu filet și o porțiune de contact metalică, fără filet, caracterizată prin aceea că suprafața de contact a cel puțin unuia dintre respectivul cep și respectiva casetă este acoperită cu un strat metalic de subacoperire și un strat de acoperire lubrifiantă, pe acesta, stratul de subacoperire având o porozitate de 5...80% și o grosime de 1 ...30 pm, stratul de acoperire lubrifiantă fiind alcătuit dintr-o acoperire lubrifiantă solidă sau o acoperire lubrifiantă lichidă, acesta din urmă fiind efectiv lipsit de pulberi de metale grele, iar stratul de acoperire lubrifiantă fiind de cel mult 100 pm. Stratul de subacoperire are o duritate de 50...250 Hv.

Se dau, în continuare, două exemple de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1...3, care reprezintă:

-fig. 1 reprezintă o vedere schematică, arătând un ansamblu tipic, format dintr-o țeavă de oțel și un cuplaj cu filet, în momentul livrării țevii de oțel;

- fig. 2 reprezintă o vedere schematică, arătând o porțiune de legătură tipică a unei îmbinări cu filet pentru o țeavă de oțel;

- fig. 3a și 3b reprezintă vederi explicative, arătând structura tipică a unui strat de subacoperire și a unei acoperiri lubrifiante a unei îmbinări cu filet, pentru țevi de oțel, conform prezentei invenții, fig. 3a arătând cazul în care stratul de subacoperire este format dintr-o acoperire de placare dispersată, iar fig. 3b arătând cazul în care stratul de subacoperire reprezintă o acoperire formată prin metoda de acoperire prin suflare sau prin metoda de pulverizare cu flacără.

După cum se arată în fig. 2, o îmbinare cu filet, pentru țevi de oțel, conform prezentei invenții, este formată dintr-un cep și o casetă, fiecare având o porțiune filetată și o porțiune de contact metalică, nefiletată. Anume, cepul 1 are o porțiune 3A filetată și o porțiune 4A de contact metalică, nefiletată, iar caseta 2 are o porțiune 3B filetată și o porțiune 4B de contact metalică, nefiletată. în mod normal, după cum se arată în fig. 1, cepul 1 este format pe suprafața circumferențială, exterioară, a capătului unei țevi de oțel, iar caseta 2 este formată pe suprafața circumferențială, interioară, a unui cuplaj.

Porțiunile filetate și porțiunile de contact metalice, nefiletate, ale cepului 1 și ale casetei 2 sunt suprafețe de contact ale îmbinării cu filet. Aceste suprafețe de contact și, în special, suprafețele de contact metalice, nefiletate, ale cepului 1, care formează o etanșare metal pe metal, trebuie să prezinte rezistență la gripare și capacitate de etanșare la aer.

în conformitate cu prezenta invenție, un strat de subacoperire metalic, poros, și, deasupra acestuia, un strat de acoperire lubrifiantă, care este fie o acoperire lubrifiantă solidă, fie o acoperire lubrifiantă lichidă, acoperirea lubrifiantă lichidă neconținând efectiv o pulbere de metal greu, sunt formate pe suprafața de contact a cel puțin unuia dintre respectivul cep 1 și respectiva casetă 2. Ca urmare, proprietățile cerute pot fi imprimate suprafețelor de contact ale îmbinării cu filet, fără să se utilizeze o unsoare consistentă, complexă, iar această performanță poate fi manifestată în mod efectiv, chiar într-un mediu înconjurător cu temperatură ridicată. Acest efect poate fi obținut prin tratarea suprafeței de contact a cel puțin unuia dintre respectivul cep 1 și respectiva casetă 2, în modul descris mai sus. Când se tratează suprafața de contact numai a unui singur element, este mai ușor să fie tratată suprafața de contact formată pe elementul mai scurt, adică cuplajul (în mod normal, suprafață de contact a casetei), însă este de asemenea posibil să se execute tratament pe suprafața de contact formată pe țeava de oțel. Desigur, pot fi tratate suprafețele de contact atât ale cepului 1, cât și ale casetei 2.

RO 121535 Β1

Într-oîmbinare cu filet, conform prezentei invenții, materialul acoperirii lubrifiante, care 1 este stratul superior (mai jos, pentru comoditate, drept lubrifiant), pătrunde în porii stratului de subacoperire poros și impregnează porii, astfel încât acoperirea lubrifiantă este puternic 3 fixată pe stratul de subacoperire. Pe de altă parte, stratul de subacoperire este metalic, astfel încât acesta are o puternică aderență la substratul de oțel, care este de asemenea metalic. 5 Ca urmare, crește enorm aderența acoperirii lubrifiante la substratul de oțel și se obține un bun efect de prevenire în ceea ce privește producerea gripării. 7 în plus, chiar dacă acoperirea lubrifiantă se pierde din cauza uzurii sau deteriorării sau este epuizată de pe suprafața de contact din cauza unei creșteri locale de presiune, lubri- 9 fiantul impregnat în stratul de subacoperire este furnizat suprafeței stratului de subacoperire, astfel fiind împiedicată producerea gripării. Deci, este posibil să se imprime o extrem de bună 11 rezistență la gripare unei îmbinări cu filet, pentru țevi de oțel.

în scopul obținerii acestui efect, stratul de subacoperire este confecționat dintr-o aco- 13 perire poroasă, având o porozitate de 5...80%. Dacă porozitatea stratului de subacoperire este mai mică de 5%, atunci cantitatea de lubrifiant, ce este menținută prin impregnare în 15 respectivii pori ai stratului de subacoperire, este mică, furnizarea lubrifiantului în condiții de presiune înaltă devine inadecvată și griparea poate avea loc. Pe de altă parte, dacă 17 porozitatea stratului de subacoperire depășește 80%, atunci rezistența stratului de subacoperire devine inadecvată, în momentul strângerii are loc o deformare a stratului de 19 subacoperire, și griparea se poate produce. De preferință, porozitatea stratului de subacoperire este de 10...70% și, mai bine, de 10...50%. 21 în această invenție, măsurarea porozității stratului de subacoperire se execută prin observarea unei arii fixe de la centrul unei secțiuni transversale, în direcția longitudinală a 23 stratului de subacoperire, cu un microscop optic, calcularea proporției de arie ocupată de pori și apoi găsirea mediei pentru cinci câmpuri de observare. 25 în prezenta invenție, un strat de subacoperire este metalic și este moale comparativ cu o acoperire cu fosfat. Duritatea stratului metalic de subacoperire este, de preferință, de 27 o duritate Vickers (Hv), situată în intervalul 50...250. Dacă duritatea este mai mică de 50 Hv, uzura stratului de subacoperire devine rapidă în momentul strângerii îmbinării cu filet și 29 există cazuri în care griparea se produce când strângerea și slăbirea se repetă de câteva ori. Dacă duritatea stratului de acoperire depășește valoarea de 250 Hv, atunci acoperirea 31 devine prea dură și poate să zgârie cepul 1 sau caseta 2, în momentul strângerii, iar rezistența la gripare se micșorează. 33

Nu există limitări speciale asupra metodei de formare a unui strat de subacoperire, atâta timp cât aceasta poate să formeze o acoperire metalică poroasă având o porozitate 35 de 5....80%. Un astfel de strat de acoperire poate fi format prin metode de acoperire sau placare, cum sunt, de exemplu, cele ce urmează. 37 (1) Metoda de electroplacare: electroplacarea se execută într-o soluție de placare ce conține particule dispersate, care pot fi îndepărtate ulterior, iar acoperirea de placare conți- 39 nând particule dispersate (acoperire de placare dispersată) se formează în timp ce soluția de placare este agitată, pentru a dispersa în mod uniform particulele în soluție. Particulele 41 ce se folosesc pot fi pulberi de polimer, cum ar fi pulberi de PTFE (politetrafluoretilenă) sau pulbere de fier, însă nu se limitează la aceste materiale. De regulă, se preferă ca diametrul 43 particulelor să fie de ordinul a 5 pm.

Apoi, particulele dispersate sunt îndepărtate din acoperirea de placare cu dispersia 45 ce rezultă. Când particulele dispersate reprezintă o pulbere de polimer, acestea sunt îndepărtate prin arderea și gazeificarea respectivelor particule prin încălzire. 47

RO 121535 Β1

Când particulele reprezintă particule de fier, acestea pot fi îndepărtate prin decapare. în acest mod, în afară de locurile unde sunt prezente particulele dispersate, traseele de descărcare în momentul gazeificării particulelor sau traseul de pătrundere a soluției de decapare devin pori și se formează o acoperire de electroplacare poroasă. Porozitatea acestei acoperiri de electroplacare poate fi reglată prin cantitatea de particule dispersate în soluția de placare.

Starea porilor în stratul de subacoperire, format prin această metodă, este arătată schematic în fig. 3a. După cum se arată în această figură, în momentul formării unei acoperiri lubrifiante deasupra stratului de subacoperire, o parte a materialului respectivei acoperiri lubrifiante (lubrifiant) pătrunde în porii menționați, astfel încât stratul de subacoperire poate să rețină lubrifiantul.

(2) Metoda de acoperire prin suflare sau metoda de pulverizare sub flacără. Metoda de acoperire prin suflare este o metodă în care particule solide (particule de suflare) sunt izbite pe o suprafață, pentru acoperire. Metoda de pulverizare sub flacără este o metodă în care un metal este topit și suflat la distanță, cu ajutorul unei flăcări de ardere sau al unui arc sau ceva de acest gen și este depus pe o suprafață. în orice caz, o acoperire se formează prin acumularea de particule aplatizate și, după cum se arată schematic în fig. 3b, se formează o acoperire poroasă, având cavități ce rămân între particule. în acest caz, lubrifiantul este ținut în porii alcătuiți din aceste cavități.

După cum se arată în documentul JP-B 59-9312, de exemplu, metoda de acoperire prin suflare poate fi executată, folosind, în calitate de particule de suflare, particule având un miez de fier sau un aliaj de fier acoperit cu zinc sau cu un aliaj de zinc. în acest caz, zincul sau aliajul de zinc de pe suprafața particulelor suflate aderă la suprafața ce trebuie acoperită și se formează un strat de acoperire poroasă, alcătuită din zinc sau din aliaj de zinc.

Documentul JP-A 62-258283 afirmă că această acoperire prin suflare poate fi formată pe suprafața unei îmbinări cu filet pentru țevi destinate sondelor de țiței, însă această tehnologie se bazează pe folosirea unei unsori consistente, complexe, care conține o cantitate mare de particule din metale grele. Rezistența la gripare este garantată prin folosirea unei unsori consistente, complexe.

Metoda de pulverizare sub flacără este binecunoscută. în afară de metodele descrise mai sus, sunt cunoscute diverse metode, cum ar fi cele care folosesc plasmă sau energia unei explozii în calitate de sursă de căldură. Oricare dintre acestea poate fi folosită, atâta timp cât acestea pot forma o acoperire având o porozitate situată în interiorul intervalului specificat de prezenta invenție. Metoda de pulverizare sub flacără poate fi aplicată aproape tuturor metalelor și aliajelor.

Porozitatea unei acoperiri poroase, formată prin aceste metode, poate fi comandată, în cazul metodei de acoperire prin suflare, prin diametrul particulei și prin viteza de suflare a respectivelor particule de suflare. în cazul metodei de pulverizare sub flacără, porozitatea acoperirii depinde de asemenea de diametrul particulei respectivelor particule metalice, care sunt pulverizate sub flacără, și de viteza de pulverizare sub flacără. Acestea pot fi reglate prin anumite condiții, cum ar fi debitul de gaz, temperatura și mediul ambiant folosit la pulverizarea sub flacără.

Nu există restricții speciale cu privire la materialul metalului din stratul de subacoperire, însă este preferabil să se utilizeze un metal sau un aliaj care poate să îmbunătățească proprietățile de împiedicare a ruginirii unei țevi pentru sonde de țiței. Dacă stratul de subacoperire este format dintr-un metal având o excelentă rezistență la coroziune, chiar dacă acest strat este poros, porii sunt umpluți cu materialul acoperirii lubrifiante, astfel stratul de subacoperire putând să protejeze în mod adecvat îmbinarea cu filet, și având excelente proprietăți de împiedicare a ruginirii, ce pot fi imprimate de către respectivul strat de subacoperire.

RO 121535 Β1

Un material preferat pentru stratul de subacoperire este zincul sau un aliaj de zinc, 1 care reprezintă baza în raport cu fierul și care prezintă excelente proprietăți de împiedicare a ruginirii, datorită capacității lui anticorosive de sacrificiu, precum și metale cum sunt Cu, 3 Ni, Sn, Cr, Al, Co, și metale prețioase (Au, Ag, Pd etc.) și aliaje ale acestora, care au excelente proprietăți de împiedicare a ruginirii. 5

Grosimea stratului de subacoperire este de 1 ...30 pm. Dacă grosimea este mai mică de 1 pm, atunci cantitatea de lubrifiant care este reținută de către stratul de subacoperire 7 este mică, iar rezistența la gripare devine inadecvată. Dacă grosimea stratului de subacoperire depășește 30 pm, atunci rezistența lui descrește, și în momentul strângerii are 9 loc un proces de exfoliere a acoperirii la interfața dintre oțelul de substrat al țevii pentru sonde de țiței și stratul de subacoperire. Grosimea stratului de subacoperire este, de 11 preferință, de 5...15 pm.

O acoperire lubrifiantă solidă sau lichidă este formată deasupra stratului de subacope- 13 rire metalic, poros. O acoperire lubrifiantă lichidă poate fi un material de genul unui ulei de Iubrifiere clasic, însă o unsoare consistentă, complexă, conținând o cantitate mare de metale 15 grele, nu se utilizează. O acoperire lubrifiantă solidă este o acoperire în care o pulbere dintr-un lubrifiant solid este legată cu un liant adecvat, și este formată prin aplicarea unei 17 compoziții de acoperire lichide, în care respectivul liant este dizolvat într-un solvent adecvat, urmat de uscarea acoperirii ce rezultă în timpul uscării, dacă este ncesar. 19

La oricare dintre aceste acoperiri, solidă sau lichidă, o parte din materialul lichid, ce se aplică în momentul formării acoperirii, pătrunde în porii din stratul de subacoperire, și 21 lubrifiantul este impregnat în stratul de subacoperire și reținut de către respectivul strat de acoperire. în acest mod, printr-o aderență puternică a acoperirii lubrifiante la stratul de sub- 23 acoperire și prin furnizarea de lubrifiant impregnat în stratul de subacoperire sub înaltă presiune, se obține o excelentă rezistență la gripare, chiar fără să se aplice o unsoare 25 consistentă care conține pulbere de metal greu.

Grosimea totală a stratului de subacoperire și acoperirii lubrifiante de la partea de sus 27 este de cel mult 100 pm. Dacă grosimea totală depășește 100 pm, atunci presiunea aplicată în momentul strângerii crește și poate avea loc griparea. De preferință, grosimea totală este 29 de cel mult 80 pm.

O acoperire lubrifiantă lichidă poate fi formată din uleiuri folosite în uleiuri lubrifiante, 31 cum arfi un ulei mineral, uleiuri esterice sintetice, uleiuri de origine animală sau vegetală și altele de acest gen. Unul sau mai mulți aditivi, cum ar fi aditivi de împiedicare a ruginirii sau 33 aditivi de presiuni extreme, cunoscuți ca aditivi pentru uleiuri lubrifiante, pot fi adăugați acestui ulei. Când acești aditivi sunt ei înșiși lichizi, respectivii aditivi în sine pot fi utilizați la 35 formarea unei acoperiri lubrifiante lichide.

Unele săruri bazice de metal ale unui acid organic, cum arfi sulfonați bazici de metal, 37 și carboxilați bazici de metal, pot fi folosite în calitate de aditiv de împiedicare a ruginirii. Acestea se află, în general, sub formă lichidă, astfel putând fi folosite ele însele la formarea 39 unei acoperiri Iibrifiante. în calitate de aditiv de presiune extremă, pot fi folosite orice substanțe cunoscute, ca atare, cum arfi substanțe care conțin sulf, fosfor sau clor, și săruri de metal 41 acide. în scopul de a crește grosimea de acoperire a uleiului aplicat, poate fi aplicată o pulbere fină sau fibre dintr-un polimer, o rășină sau un compus anorganic, sau ceva de acest 43 gen. Dintre aceștia, este preferabil să se folosească un ulei care conține o sare de metal bazică a unui acid organic și, opțional, unul sau ambele dintre un compus organic de zinc, 45 în calitate de aditiv de presiune extremă și o pulbere fină de rășină, sau să se folosească o sare de metal bazică a unui singur acid organic. O sare de metal bazică, preferată, a unui 47 acid, este un sulfonat bazic de metal.

RO 121535 Β1 în calitate de lubrifiant solid, pentru acoperirea lubrifiantă, solidă, poate fi utilizată o calcogenură de metal (oxid de plumb, disulfură de molibden, disulfură de wolfram, diselenură de wolfram și altele de acest gen), grafit, nitrură de bor, PTFE și altele de acest gen. în calitate de liant, poate fi folosită fie o rășină organică (cum ar fi o rășină epoxidică, acrilică, fenolică, o poliamidă, o poliamidimidă, sau o altă rășină), un compus anorganic de formare a peliculei, cum ar fi un silicat sau un fosfat. în plus, un compus anorganic (cum ar fi un alcoolat de titan sau alt alcoolat de metal), care poate să formeze o acoperire anorganică de tipul unui oxid de metal (cum ar fi o acoperire de oxid de titan), poate fi folosit în calitate de liant, prin metoda soluție-gel. O acoperire lubrifiantă solidă poate fi formată prin diverse metode cunoscute, dar, de regulă, prin aplicarea unei compoziții de acoperire lichidă și încălzire ulterioară.

Exemple

Prezenta invenție va fi descrisă acum, mai detaliat, prin exemple.

Tratamentul de suprafață arătat în tabelul 2 (formarea unui strat de subacoperire și formarea unei acoperiri lubrifiante) a fost executat pe suprafața de contact (anume pe porțiunea filetată și pe porțiunea de contact metalică, nefiletată), a cepului 1 sau a casetei 2, sau pe ambele, ale unei îmbinări cu filet [diametrul exterior al țevii: 7 țoii (177,7 mm), grosimea peretelui: 0,4 țoii (10,16 mm)], capabile de etanșare metal pe metal. îmbinarea (țeava de oțel cu cuplaj) a fost executată din oțel A carbon, oțel B cu 13% Cr, oțel C inoxidabil cu 13% Cr, oțel D înalt aliat (griparea apărând cel mai ușor cu oțel D și devenind, în mod succesiv, mai dificilă cu oțel C, B și A, având compoziția arătată în tabelul 1. După cum se arată în fig. 1, s-a format un cep 1 pe suprafața circumferențială, exterioară, a ambelor capete ale țevii, și s-a format o casetă 2 pe suprafața circumferențială interioară, la ambele capete ale cuplajului.

Dintre metodele de formare a stratului de subacoperire arătate în tabelul 2, pulverizarea sub flacără, care a fost executată cu Cu, s-a realizat utilizând un aparat de pulverizare cu flacără de plasmă. O pulbere fină de Cu a fost accelerată, folosind gaz de Ar în calitate de purtător, și izbită în stare topită pe suprafața de contact, pentru a forma o acoperire pe aceasta. Debitul de gaz de Ar a fost variat, iar viteza de izbire a particulelor topite la nivelul substratului (suprafața de contact a casetei) a fost reglată pentru a regla porozitatea acoperirii ce rezultă.

Acoperirea prin suflare, cu aplicare de Zn, a fost executată folosind particule de suflare având un miez de Fe acoperit cu Zn (fier Z fabricat de firma Dowa Iron Powder Industry, Japan). Diametrul particulelor și viteza de refulare a particulelor suflate au fost comandate pentru a regla porozitatea acoperirii ce rezultă (porozitatea crescând când diametrul particulelor crește și viteza de refulare descrește).

Electroplacarea care a fost executată cu Ni, Au, Sn și Cu a utilizat soluții normale de electroplacare pentru fiecare metal, la care s-a adăugat o pulbere fină dintr-o rășină organică (PTFE). Electroplacarea s-a executat pe suprafața de contact a suprafeței interioare a casetei 2, în timpul agitării soluției de placare, acoperirea electroplacată formându-se pe aceasta și conținând pulbere fină de rășină, dispersată.

Depunerea de metal de placare pe suprafața exterioară a casetei 2 a fost împiedicată prin izolarea respectivei suprafețe exterioare. Apoi, caseta 2 a fost încălzită în aer, la aproximativ 600°C, pentru arderea și vaporizarea substanțelor organice și formarea de pori în respectiva acoperire electroplacată. Porozitatea a fost reglată prin comanda cantității de particule de rășină, adăugate în soluția de placare.

Pentru comparație, a fost de asemenea pregătit un strat clasic de subacoperire, format prin nitrurare și tratament de conversie chimică a fosfatului de mangan. Grosimea și porozitatea stratului de subacoperire au fost măsurate cu un microscop optic. în scopul de a determina porozitatea, porțiunea cu filet a fost împărțită, pe direcția longitudinală, în cinci părți aproximativ egale, porțiunea centrală de pe direcția secțiunii transversale a stratului de subacoperire, format pe filetele fiecărei părți filetate, a fost observată cu un microscop optic

RO 121535 Β1 (la 500X), procentul de arie ocupată de pori a fost măsurat, iar media procentuală de arie 1 ocupată cu pori, pentru un total de 5 cinci locuri, a fost înregistrată drept porozitate. Duritatea (Hv) stratului de subacoperire a fost măsurată folosind un aparat pentru măsurarea durității 3 Vickers.

Dintre acoperirile lubrifiante, acoperirea lubrifiantă lichidă a fost fie ulei mineral la care 5 s-a adăugat aproximativ 50% dintr-un sulfonat bazic de metal (sulfonat bazic de calciu având un număr de bază de 200 mg KOH/g) și o cantitate mică dintr-un aditiv de presiune extremă 7 de tipul unui compus organic cu zinc (ulei + sulfonat în tabelul 2), fie sulfonatul bazic de metal singur (sulfonat în tabelul 2). Acest lubrifiant lichid a fost aplicat cu o perie deasupra 9 stratului de subacoperire, pentru a forma o acoperire lubrifiantă lichidă. Grosimea depinde în principal de viscozitatea lubrifiantului lichid, așa că, în unele cazuri, a fost adăugată o can- 11 titate adecvată dintr-o rășină fenolică, în calitate de agent de îngroșare.

Pentru acoperirea lubrifiantă, solidă, s-a folosit pulbere de disulfură de molibden 13 (MoS₂), având un diametru mediu al particulelor de aproximativ 15 pm, sau pulbere de grafit având un diametru mediu al particulelor de aproximativ 1 pm, în calitate de lubrifiant solid. 15 Dintre lianți, a fost folosită o rășină fenolică, o rășină poliamidimidică sau o rășină poliamidică, în calitate de rășină organică. Drept liant, capabil să formeze o acoperire anorga- 17 nică, s-a folosit alcoolat de titan (tetraizopropoxid titan). Un alcoolat de titan, când este încălzit în aer formează o acoperire de oxid de titan anorganică, prin hidroliză și condensare. 19

O acoperire lubrifiantă solidă a fost formată prin aplicarea unei compoziții lichide, cuprinzând o soluție a liantului, în care, cu o perie, s-a adăugat pulbere din lubrifiantul solid 21 deasupra stratului de subacoperire, urmată de uscare cu încălzire. Temperatura de încălzire a depins de respectivul liant și a fost de aproximativ 230°C, pentru rășină fenolică, aproxi- 23 mativ 260°C, pentru rășină poliamidimidică, aproximativ 260°C, pentru rășină de poliamidă, și aproximativ 150°C, pentru alcoolat de titan. 25

Grosimea acoperirii lubrifiante lichide sau solide ce s-a format a fost măsurată prin observarea secțiunii ei transversale cu un microscop electronic (100X). 27

Utilizând îmbinări cu filet, care cuprind un cep și o casetă, și au un strat de subacoperire și un strat lubrifiant format în acest mod, s-a efectuat de zece ori o încercare de strân- 29 gere cu o viteză de strângere de 10 rot /min și un cuplu de strângere de 14019 Nm. Când în timpul încercării s-a produs griparea, strângerea ulterioară s-a efectuat după ce s-a exe- 31 cutat un reglaj de suprafață sau îndreptare, însă încercarea a luat sfârșit în acel moment, dacă griparea a fost severă și recuperabilă, astfel încât strângerea nu a putut fi efectuată, 33 chiar dacă nu a fost posibil un reglaj de suprafață sau o slăbire. Rezistența la gripare a fost evaluată pe baza numărului de strângeri sau slăbiri, până la producerea unei gripări irecupe- 35 rabile.

Folosind un cep și o casetă, care au fost tratate în același mod, s-a executat strânge- 37 rea în condițiile descrise mai sus, iar îmbinarera strânsă a fost ținută la o temperatură de 250°C, timp de 100 h. Continuând ținerea îmbinării la această temperatură înaltă, respectiva 39 îmbinare a fost slăbită și a fost observată vizual starea de exfoliere a tratamentului de suprafață (stratul de subacoperire + stratul lubrifiant). Rezultatele măsurătorilor și încercărilor 41 de mai sus sunt arătate împreună în tabelul 2.

Tabelul 1 43

Oțel	Compoziția oțelului (% de masă, total: FE)
C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo
A	0,24	0,3	1,3	0,17	0,007	0,04
B	0,19	0,2	0,8	12,5	0,1	0,05
C	0,01	0,25	0,5	12	6	2
D	0,01	0,3	0,5	25	50	6,48

RO 121535 Β1

Tabelul 2

Cursa nr.

0 ț e I

Element

Strat de subacoperire

Strat lubrifiant

Rezistență la blocare

Exfoliere

Mat

Por

Hv

pm

Metodă

Componente

pm

1

A

Casetă

Cu

10

95

5

F.S

MoS₂+fenolic

60

2:10

Nu

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

2

B

Casetă

Cu

40

95

28

F.S

Grafit+ PAI

70

>10

Nu

A

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

E A S

3

C

Casetă

Cu

78

90

15

F.S

MoS₂+TiAlk

80

>10

Nu

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

I A

4

D

Casetă

Zn

6

220

2

suflare

MoS₂+TiAlk

50

>10

Nu

Cep

Așa cum a fost prelucrată pe mașini unelte

5

C

Casetă

Zn

20

220

15

suflare

MoS₂+PAI

45

>10

Nu

Cep

Zn

10

220

16

suflare

MoS₂+TiAk

40

6

D

Casetă

Zn

50

220

25

suflare

ulei+sulfonat

35

>10

Nu

Cep

Zn

80

220

20

suflare

sulfonat

45

7

D

Casetă

Așa cum a fost prelucrată pe mașini unelte

2:10

Nu

I N V

Cep

Zn

60

220

20

suflare

sulfonat

50

8

A

Casetă

Ni

10

245

15

elect.

ulei+sulfonat

40

a10

Nu

E N Ț i

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

9

B

Casetă

Ni

70

250

15

elect.

MoS₂+PAI

50

>10

Nu

E

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

1 0

C

Casetă

Au

20

50

8

elect.

MoS₂+ fenolic

80

>10

Nu

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

1 1

D

Casetă

Au

40

50

10

elect.

sulfonat

40

2:10

Nu

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

1 2

C

Casetă

Ni

15

280

8

elect.

MoS₂+PAI

50

8

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

1 3

D

Casetă

Sn

20

25

10

elect.

Ulei+sulfonat

60

9

Nu

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

RO 121535 Β1

Tabelul 2 (continuare

Cursa nr.

0 ț e I

Element

Strat de subacoperire

Strat lubrifiant

Rezistență la blocare

Exfoliere

Mat

Por

Hv

pm

Metodă

Componente

pm

C 0 M P A R A T I V

1 4

A

Casetă

Cu

04·

100

5

elect.

MoS₂+PAI

60

2

Nu

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

1 5

B

Casetă

Cu

85*

90

10

F.S

Ulei+sulfonat

40

5

Nu

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

1 6

C

Casetă

Zn

15

210

0,5 4·

suflare

MoS₂+TiAlk

70

3

Nu

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

1 7

D

Casetă

Zn

15

200

35 4·

suflare

MoS₂+PAI

70

5

Nu

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

1 8

C

Casetă

Au

15

50

8

elect.

MoS₂+PA

12 04·

5

Nu

Cep

Așa cum a fost prelucrată pe mașini unelte

1 9

C

Casetă

Nitrură+Fosfat Mn

8

-

MoS₂+PAI

50

8

Da

Cep

Așa cum a fost prelucrat pe mașini unelte

NOTA

Mat = material; Por= porozitate; Hv = duritate (Hv); pm = grosime (pm)

Metodă: metodă de acoperire; FS - pulverizare sub flacără; blast = acoperire prin suflare; elect. =electroplacare;

Componente (ale acoperirii lubrifiante): fenolic = rășină fenolică; PAI = poliamidimidă; PA= poliamidă; TIAIk = alcoolat de titan; ulei = ulei mineral;

4· în afara intervalului prezentei invenții.

După cum se poate vedea din tabelul 2, îmbinările cu filet pentru țevi de oțel, conform prezentei invenții, au prezentat, fiecare, o excelentă rezistență la gripare. în special, acelea pentru care duritatea stratului de subacoperire s-a situat în intervalul preferat de 50...250 Hv au putut fi strânse și slăbite de cel puțin zece ori, iar rezistența la gripare a fost extrem de bună. în plus, atunci când slăbirea s-a executat după o ținere timp de 100 h la 250°C, în stare strânsă, nu s-a observat o exfoliere a acoperirii, astfel că nu a existat nici o problemă în ceea ce privește aderența, chiar și la temperatură înaltă. în consecință, se manifestă o rezistență adecvată la gripare, chiar și la o sondă cu temperatură înaltă.

Prin contrast, din exemplele comparative, se constată că, dacă stratul de subacoperire nu a fost poros, sau a fost poros, dar grosimea lui a fost mică, atunci nu s-a obținut un efect de îmbunătățire a rezistenței la gripare, datorită stratului de subacoperire poroasă, iar rezistența la gripare a scăzut enorm. Rezistența la gripare a scăzut de asemenea în cazul când porozitatea stratului poros de subacoperire a fost prea mare sau când grosimea lui a fost prea mare, sau grosimea totală a stratului de subacoperire și acoperirii lubrifiante a fost prea mare. Mai mult decât atât, când stratul de subacoperire a fost o acoperire cu fosfat de mangan, aderența acoperii lubrifiante a fost neadecvată, astfel că acoperirea lubrifiantă s-a exfoliat după ținere la temperatură înaltă.

RO 121535 Β1

Aplicabilitate industrială în conformitate cu prezenta invenție, o îmbinare cu filet pentru țevi de oțel având o excelentă rezistență la gripare, care poate să împiedice producerea gripării și reducerea capacității de etanșare la aer în momentul strângerii și slăbirii repetate, poate fi asigurată la un preț de cost relativ redus, astfel de avantaje putând fi obținute chiar dacă o îmbinare cu filet este confecționată din oțel cu conținut ridicat de Cr care este un material succeptibil de gripare fără folosirea unui lubrifiant lichid care conține o pulbere de metal greu cum ar fi o unsoare consistentă complexă.

Claims

Revendicări

1. îmbinare cu filet, pentru țevi de oțel, cuprinzând un cep și o casetă, fiecare având o suprafață de contact care include o porțiune filetată și o porțiune de contact, nefiletată, caracterizată prin aceea că suprafața de contact a cel puțin unuia dintre respectivul cep și respectiva casetă este acoperită cu un strat metalic de subacoperire și cu un strat de acoperire lubrifiantă, pe acesta, stratul de subacoperire având o porozitate de 5...80% și o grosime de 1 ...30 pm, stratul de acoperire lubrifiantă fiind alcătuit dintr-o acoperire lubrifiantă solidă sau o acoperire lubrifiantă lichidă, acesta din urmă fiind efectiv lipsit de pulberi de metale grele, iar stratul de acoperire lubrifiantă fiind de cel mult 100 pm.
2. îmbinare cu filet, pentru țevi de oțel, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că stratul de subacoperire are o duritate de 50...250 Hv.
3. îmbinare cu filet, pentru țevi de oțel, conform revendicării 1 sau 2, caracterizată prin aceea că stratul de subacoperire este format prin electroplacare, acoperire prin suflare sau pulverizare sub flacără.
4. îmbinare cu filet, pentru țevi de oțel, conform revendicării 1 sau 2, caracterizată prin aceea că stratul de subacoperire este format dintr-un metal ales dintre Zn, Cu, Ni, Sn, Cr, Al, Co, metale prețioase și aliaje ale acestora.
5. îmbinare cu filet, pentru țevi de oțel, conform revendicării 1 sau 2, caracterizată prin aceea că stratul de acoperire lubrifiantă este o acoperire lubrifiantă lichidă, constând, în fond, dintr-o sare bazică de metal, a unui acid organic, sau care conține o sare bazică de metal, a unui acid organic.
6. îmbinare cu filet, pentru țevi de oțel, conform revendicării 1 sau 2, caracterizată prin aceea că stratul de acoperire lubrifiantă cuprinde un lubrifiant solid și un liant, care pot forma o acoperire organică sau anorganică.