[发明专利]一种采用超高速率激光熔覆方法制造的抽油杆

说明书

本发明提供了一种采用超高速率激光熔覆方法制造的抽油杆。在抽油杆基体表面采用超高速率激光熔覆方法制备镍基耐磨耐腐蚀涂层。采用该方法制造的抽油杆耐磨耐腐蚀性能和使用寿命均超过目前国内使用的电镀抽油杆，且克服了传统激光熔覆方法所导致的涂层平整度差、生产效率低的问题，能够进行大规模批量化生产。

技术领域

本发明涉及一种采用激光熔覆方法制造的杆类零件，尤其涉及一种采用高速率激光熔覆方法制造的抽油杆，属于激光增材制造领域。

背景技术

抽油杆适用于油田的采油，是抽油系统中的重要组成部分，起到连接抽油机和抽油泵并传递动力的作用。因此要求抽油杆具有足够的强度和使用寿命，保证采油工作的顺利进行。

目前油田的开发已进入高含水期，采出液的矿化度高，井液中含有CO2、H2S、盐水等腐蚀介质。抽油杆以优质碳素钢或合金钢为原材料生产的抽油杆在井液介质中服役过程中，由于化学腐蚀和电化学腐蚀的双重作用，导致抽油杆的严重腐蚀，进而造成油井故障。且由于抽油杆在运行中不可避免地要与油管发生摩擦，进一步加剧了抽油杆表面的损坏。根据矿场应用经验，抽油杆的损坏中由于腐蚀和磨损引起的损坏占80%以上。

为了防止抽油杆的腐蚀，通常采用添加缓蚀剂、电镀技术和激光熔覆技术。缓蚀剂可以在抽油杆表面形成有一种致密的保护膜，是抽油杆本体与腐蚀介质隔离开，达到保护抽油杆的目的，但缓蚀剂很难全方面对抽油杆进行保护且保护周期也太短。使用最为广泛的方法是电镀技术工艺简单成本低廉，但镀层与基体结合力差，在长时间摩擦、腐蚀的工作状态下易出现涂层破碎、剥落的现象。激光熔覆技术可以在热输入量很小的条件下在基体表面形成均匀致密的耐磨耐腐蚀涂层，涂层与基体为冶金结合状态，彻底阻隔了腐蚀介质与基体的接触。但传统的激光熔覆速率较低，且熔覆后涂层粗糙度较大，还需要如车削等机械加工保证部件尺寸精确度，因此生产效率低下。同时为了更快的制备大面积涂层，传统的激光熔覆方法使用提高激光功率和增加光斑面积的方法，但过高的功率会提高抽油杆的温度梯度，导致在加工后发生变形。

发明内容

本发明针对上述电镀涂层易破损和传统激光熔覆方法生产的抽油杆涂层粗糙度较大且生产效率低下的问题，采用同轴送粉式的超高速率激光熔覆方法，提供一种涂层光滑可控、组织均匀致密、生产周期更短的抽油杆。需要说明的是，本发明中的超高速是相对于现有的激光熔覆速度而言的，该超高速具体是指激光扫描线速度大于等于20m/min。

本发明技术方案的具体内容是：

一种采用超高速率激光熔覆方法制造的抽油杆，其特征在于包括抽油杆基体和涂层，该涂层通过下述方法熔覆在抽油杆基体上：

（1）选择镍基粉末并对粉末筛分处理，然后经过烘干处理后真空封存，备用；

（2）将抽油杆基体固定在机床上，外圆加工至直径小于成品直径0.2～0.6mm，检查基体表面，确保表面光洁无缺陷；

（3）将抽油杆基体装夹在激光熔覆设备的回转机构上，调整光斑（激光焦点）和粉斑（镍基粉末汇聚点）相对基体外表面待熔覆面上方的位置，并激光束大部分能量能量作用在了粉末材料上；

（4）采用同轴送粉超高速激光熔覆方法，使用步骤（3）所设定的工艺将步骤（1）所得的镍基粉末熔覆到基体表面，得到厚度为0.15～0.45mm的涂层；

（5）在不送粉条件下降低激光功率，保持其它工艺参数不变，对熔覆涂层进行激光重熔，在抽油杆基体表面得到表面平滑光亮、无凹坑和裂纹的涂层；