SU1671433A1 - Способ нанесени покрыти - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано при нанесении легированного металлического и полимерного покрыти  дл  защиты от коррозии и износа, в частности, труб. Цель изобретени  - повышение стойкости защитного покрыти , повышение производительности способа и качества покрыти . Покрытие, образованное наплавкой трением, подвергают химической обработке. Наплавку трением можно производить несколькими прижимаемыми к трубе стержн ми, равномерно расположенными по ее окружности. Химический реагент дл  обработки используетс  также и в качестве рабочей среды дл  прижати  стержней. Наличие нескольких стержней обеспечивает предварительный подогрев, равномерность нагрева и равномерность центрировани . 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

со

С

Изобретение относитс  к способам нанесени  покрыти  и может быть использовано при нанесении легированного мателлического и полимерного покрыти  дл  защиты от коррозии и износа, в частности , труб.

Цель изобре ени  - повышение стойко- ст и защитного Покрыти , повышение производительности и качества покрыти .

Способ заключаетс  в следующем. Поверхностный слой детали, на которую нано ситс  покрытие, нагревают механическим трением стержнем из наплавленного материала до температуры расплава и наварки защитного сло . Защитным материалом может быть легированна  сталь, пластмасса, никель, свинец или другие метлллы. Защитный слой может быть композитным, включающим материал основы трубы и трущегос  материала

Способ позвол ет осуществить комбинированную зг,щиту механическим и химическим путем. Способ малоэнергоемок, прост в обращении, легко поддаетс  автоматизации . Способ позвол ет надежно защищать трубы из обычных углеродистых сталей, насосно-компрессорные трубы и обсадные колонны скважин, избирательно покрыва  их защитным материалом, что позволит радикально продлить срок нефтепромыслового оборудовани , работающего в услови х агрессивной продукции скважин и циклических знакопеременных нагрузок, в том числе и глубиннонасосных штанг и деталей насосов. При этом подготовка поверхности перед нанесением защитного покрыти  исключаетс , а значит исключаютс  и трудоемкие операции по зачистке, дробеструйной обработке и обезжириванию поверхности , Способ гигиеничен, легко управл ем, поддаетс  компьютеризации и

с

VI

Ј

СА CJ

весьма технологичен. Адгези  защитного покрыти  осуществл етс  по юненильным поверхност м с подключением молекул рных сил вэаимодейстьип, сцеплени .

Процесс нанесени  защитного покры- 1и  наплавкой трением осуществл етс  по фазам. В первой фазе происходит начальна  притирка материала тру&ы и защитного металла по поверхности контактного трени . При этом снимаютс  жировые и нефт - ные масл ные п тна, выступы шероховатости, граничное трение переходит в сухое. Во второй фазе имеет место лавинообразное увеличение числа взаимодействующих выступов, увеличение площади контакта и скачкообразный рост температуры в приповерхностном трущемс  слое. С ростом температурь сни+четс  предел текучести металла, по чп егс  гонкий слой пластифицированного металла. На этой стадии дч  не сгобо отпст-лленНЫХ ЗАЩИТНЫХ ПОКрЫт,Й МОЖНО ОКОНЧИТЬ

гфоцесс.

Дпч особо отоетственных защитных покрытий за втооой фазой сразу следует треть  фаза, отличающа с  постепенным подъемом температуры и спадом момента трени . При этом начинаетс  гытеснение пластифицированного металла и к концу третьей фазы гемпграгурл в приповерхностном трущемс  слое дост игает максимума, а момент трени , мощность тепловыделени  и скорость осадки стабилизируютс . Состо ние защитного сло  покрыти  близко к квазистационарному. Четверта  фаза характеризуетс  кво нестационарным процессом трени , который соответствует установившемус  состо нию основных параметров процесса образовани  защитного покрыти , а именно температуры в покрытии , момента трени , мощности теплопыдч лени , скорости осадки защитного слсм. К концу четвертой фазы контактна  поверх ность защитою сло  чодготовлена к образованию наваренного защитного покрыти . металл в приповерхностном слое пластифицирован , контактна  поверхность активирована , обломки пленок окислоп удалены в граг. Фаза характеризуетс  разведением контактирующих поверхностей с обра- зованием на внутренней и ьнешней поверхност х трубы из обычно.. углеродистой стали покрыти  из пластмассы кого металла. При этом температура тргнп  должна соответствовсть темперагу; -, плавлени  материала трущегос0 стержн .

Возможно получение комбинированных покрытий, получаемых последовательно механическим трением защитного материала, например свинцового стержн ,

по защищаемой поверхности трубы до температуры его расплава и химическим нанесением защитного сло  путем струйного разбрызгивани , например, водного раствора сернокислого натри  с образованием на металлической защищаемой поверхности трубы сначала наплавленного свинцового сло , на свежеобразованной поверхности которого образуетс  сразу за0 щитный противокоррозионный слой сульфата свинца, труднорастворимого в воде и защищающего стальную внутреннюю и внешнюю поверхности трубы от коррозии и износа.

5 В качестве защитного материала дл  стальных поверхностей могут быть использованы , кроме легированных сталей и сплавов , алюминий, титан, никель, цинк и другие, а также спрессованные в виде стер0 жней отходы пластмасс бытовой химии.

Дл  обеспечени  возможности нанесени  покрыти  на внутреннюю и внешнюю поверхности трубы, внутреннюю и нэруж ную поверхности ее нагревают механиче5 ским трением стержн ми из защитного материала до температуры наплавки защитного покрыти  с последующей обработкой химическими реагентами путем распылени  водных растворов, аэрозолей или газов,

0 Длч повышени  производительности и качества наплавку осуществл ют несколькими , например трем , стержн ми, равномерно расположенными по окружности или по спирали, Стержни поджимают пружина5 ми или давлением рабочей среды, которую одновременно используют дл  осевого перемещени  заготовки. Дл  этой цели может быть использован в качестве рабочей среды химический реагент. Прижатие стержней ре0 гулируют.

Температура в приповерхностном слое трущегос  защитного материала может измен тьс  от 250 до 1300°С и регулироватьс  частотой вращени , осевым усилием, ради5 алышм прижимом стержней защитного материала , давлением, длительностью контакта трущихс  поверхностей.

Если требуетс  защитное покрытие наплавленного типа полимерными стержн 0 ми, то лекальный нагрев на границе поверхностей сталь - пластмасса поддерживают в пределах 240-340°С, дл  цинкового стержн  419 120°С, дл  свинцового стержн  327°С, дл  алюминиевого стержн 

5 ббО°С, дл  легированных стержней 1000- 1300°С, а о отдельных случа х и сыш,е, гели использовать порошковые или консистентные присадки в трущийс  слой. При контактном трении действует внутренний источник тепловой энергии, вызывающий

быстрый локальный нагрев контактирующих поверхностей защитного материала и основы материала трубы, при этом не исключено , что процессы взаимодиффузии на ювенильных поверхност х на участках локального нагрева скачкообразно возрастают , что может вызвать диффузионное насыщение легирующими компонентами и упрочнение приповерхностного сло  трубы.

На фиг.1 показано устройство д  осуществлени  способа защиты пнешней и внутренней поверхностей труб от коррозии, поперечный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 ; на фиг.З - вариант осуществлени  устройства.

Устройство состоит из роторного суппорта 1, на котором радиально выполнены пазы 2. Защитный материал в виде металлических или пластмассовых стержней 3 установлен в пазах 2 и подпружинен пружинами 4. Суппорт 1 снабжен поворотным приводным валом 5. Обрабатываема  труба обозначена позицией 6, покрытие - позицией 7.

Разновидность устройства показана на фиг.З, где дл  поджати  стержней 3 использовано давление жидкости, подапаемой по центральному каналу вала 5 к стержню 3 через отверстие 8 от гидроцилиндра 9 Имеетс  отверстие 10 дл  разбрызгивани  химического реагента при комбинированном способе получени  защитного покрыти  Позицией 11 обозначен двигатель приводной , позицией 12 - ременна  псоедамл, позицией 13 - электромагнитна  муфта сцеплени , позицией 14 - электромагнитный тормоз, позицией 15 - подшипники, позицией 16 - торцовой захват с зажимными болтами 17,позицией 18 - шток гидроцилиндра , создающего осевое усилие при перемещении в осевом направлении трубы 6. При желании и необходимости труба может располагатьс  в вертикальном положении , а суппорт 1, с защитным материалом в виде прижимных стержней 3, - вращатьс  по типу турбобура в стволе скважины При этом возможны разновидности конструкции устройства, например труба закреплена жестко, а роторный суппорт со стержн ми из защитного материала совершает вращатель но-постунательное движение.

Способ осуществл етс  следующим образом .

В отверсти  ротора-суппорта 2 закладываетс  пружина 4. затем стержни из защитного материала и поджимаютс  таким образом, чтобы запасовать в трубу с обеспечением заданного прижима По другому варианту (фиг.З) прижим осуществл етс 

ги/грзвлимесюй жидкостью от давлени , развиваемого гидроцилиндром 9. который одновременнослужит и дл  осевого перемещени  трубы. Затем наружный и внутренний роторный суппорт 1 приводитс  во вращение с плавным набором частоты оборотов до тех пор, пока температура нагрева от работы сил трени  не достигнет в приповерхностном слое температуры плавлени 

0 защитного материала. Основными параметрами при получении защитных покрытий  вл ютс : давление при нагреве, врем  нагрева, частота вращени .

Природ вращени , привод усили , тор5 мозные устройства, зажимы и вспомогательные механизмы могут быть св заны между собой единой электрогидравлической системой управлени , котора  позвол ет технологию нанесени  защитных

0 покрытий осуществл ть по полуавтоматической заданной программе, включающей установку вручную стержней защитного материала в зажим шпиндел  - отверстие роторного суппорта и их зажатие, жесткий

5 захват торца трубы и ее надвиг осевым усилием гидроцилиндра с поступательным движением или возвратно-поступательным движением ее, осуществление контакта тру- щихс  поверхностей металла трубы и при0 жимных стержней защитного материала нажатием кнопки Пуск, Затем в автоматическом режиме происход т следующие операции1 вращение роторного суппорта с прижимными стержн ми защитного мате5 риала, возвратно-поступательное движение трубы, начало процесса нагрева, отсчет времени нагрева, температуры начала времени плавлени  приповерхностного сло ,разьем по времени контактирующих поверхностей

0 по команде от след щего устройства, съем трубы с нанесенным двусторонним покрытием после осадки нагрева.

Предлагаемый способ позвол ет одновременно или последовательно наносить

5 внутреннее и внешнее покрытие.

Запрессовыва  или засыпа  порошок в отверсти  2, способ позвол ет методом порошковой металлургии наносить защитные покрыти  из тугоплавких и легированных

0 материалов на обычную углеродистую стальную поверхность трубы, штанги и детали , придава  им коррозионную износостойкость .

При нанесении защитных покрытий из

5 черных легированных материалов рекомендуетс  частота вращени  1-3 м/с, дл  алюмини  2 м/с, дл  титана 4-5 м/с по окружной скорости. Частота оборотов 6,6- 16.6 , давление нагрева 20-60 МПа, врем  нагрева 10-60 с, осевое усилие 50-500 кН.

II р и м е р 1. В отверсти  роторного суппорта вставл етс  свинцовмй стержень, Прижимное давление 20 МПа, окружна  скорость вращени  2,5 м/с, врем  нагрева до наплава 5 с, толщина защитного сло  1,8 мм, температура нагрева приповерхностного сло  327°С. Направленный слой свинца на стальной внутренней и внешней поверхности трубы обрабатывалс  химическим раствором в виде 5%-ного водного раствора сульфата натри  с одновременным накрытием наплавленного сло  сульфатом свинца , нерастворимого в иоде. Эффект защиты от коррозии составил 100%.

П р и м е р 2. Труба из стали Ст.451 диаметром 168 мм с толщиной стенки 9 мм и внутренним диаметром 150 мм покрываемс  защитным слоем покрити  путем контактного трени  с защитным материалом стержневым из гплава алюминий-магний- литий марки 01420. Давление нагрева 50 МПа, врем  контакта 60 с, частота вращени  роторного суппорта с прижимными зл цит- ными стержн ми 6,6 с . При контактном трении контактирующие гюперхности доведены до ювгснильной чистоты, повышаек  температура нагрева до 1573 К, атомы алюмини , магни  и лити  на атомно-молеку- л рном уровне внедр ютс  в приповерхностный слой внутренней и внешней поверхностей трубы. Толщина защитного сло  0,1 мм. В момент обнажени  ювенильной поверхности трубы осуществл етс  химическа  обработка ювенильной поверхности трубы, следом осуществл етс  химическа  обработка аэрозолем полмэти- ленамина с образованием на активированной поверхности ювенильной чистоты полиэтиленполиамипочрй защитной пленки , предотвращающей металл на 100% от сероводородной коррозии и водородного охрупчипани , водородопроницаемости в среде. Отсутствие оксидных пленок на механически активированнойповерхности трубы способствует образованию прочного

физико-химического соединени  полиэти- ленполиамина, в аэрозольной форме напыл емого толищной 50- 500 мкм с основой металла трубы ювелирной чисто1ы.

Наличие нескольких стержней дл  наплавки обеспечивает предварительный подогрев , равномерность нагрева и равномерность центровки.

Claims (7)

1. Способ нанесени  покрыти  на деталь в виде тела вращени , при котором деталь и прижимаемый к ней стержень из наплавл емого материала привод т в относительное вращение и осевое перемещение , отличающийс  тем, что, с целью повышени  стойкости покрыти , покрытие в процессе нанесени  подвергают обработке химическими реагентами путем распылени  водных растворов, аэросолей или газов.

2. Способ по п.1. отличающийс 

тем, что, с целью повышени  производительности и повышени  качества покрыти  трубы, к трубе прижимают дополнительные стержни из наплавл емого материала, которые совместно с основным стержнем располагают равномерно по окружности изнутри и/или снаружи трубы.

3. Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й- с   тем, что стержни прижимают пружиной.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающий. с   тем, что стержни прижимают давлением среды, используемой дл  осевого перемещени  заготовки.

5. Способ по п.4, отличающийс  тем, что в качестве рабочей среды дл  прижати  стержн  и перемещени  заготовки используют химический реагент.

6,Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й-. с   тем, что прижатие стержней регулируют.

7.Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й,- с   тем, что химический реагент подают параллельно стержн м.

Г

I&

/

(риг. 1

фиг. 2

it