[发明专利]一种用于制造抽油杆的方法

说明书

本发明涉及一种杆类部件表面耐腐蚀耐磨涂层的制备方法，具体涉及一种使用超高速率激光熔覆技术制备抽油杆的方法。本发明通过选择合适的金属粉末、调整粉末汇聚点和激光焦点的位置、调节工艺参数等方法，可快速精确地生产出表面平整度好、厚度小、无缺陷的带镍基耐腐蚀耐磨涂层的抽油杆，实现了超高速率激光熔覆，达到提高生产效率、节约生产成本的目的。

技术领域

本发明涉及一种杆类部件表面耐磨耐腐蚀层的制备方法，具体涉及一种使用超高速率激光熔覆制备抽油杆的方法，属于表面处理技术领域。

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。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。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。

目前为止，相关研究人员针对腐蚀和磨损问题展开了许多研究，主要的耐腐蚀磨损的方法有三种：加入缓蚀剂、电镀和激光熔覆。

（1）加入缓蚀剂。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，形成的保护膜对偏磨还能起到一定的防治作用。但缓蚀剂要根据腐蚀形式和腐蚀介质进行选择，而实际工况的腐蚀形式和腐蚀介质很复杂，且保护膜的耐磨性很差，因此保护作用不明显。

（2）电镀技术。目前国内使用最为广泛的方法是电镀技术，该方法工艺简单成本低廉。但镀层与基体为物理结合，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。严重影响保护效果。

（3）激光熔覆技术。该方法基于激光能量集中、能量密度分布均匀的特点，在热输入量很小的条件下在基体表面形成均匀致密的镍基涂层，涂层与基体为冶金结合状态，避免了孔隙裂纹的产生，从而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

本发明针对传统激光熔覆方法熔覆速率低、熔覆后涂层表面平整度低的问题，采用同轴送粉式激光熔覆方式，通过精确控制粉末汇聚点(粉斑)和激光焦点（光斑）的位置，实现超高速率激光熔覆，并保证熔覆后涂层表面平整度。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：

该抽油杆包括抽油杆基体和熔覆在该基体上的涂层。该方法的步骤是：

（1）对镍基粉末筛分及净化处理，获得粒度范围为15～50μm、球形度大于90%的粉末，然后经过保温温度120～150℃、保温时间1.5～3.5h的烘干处理后真空封存，备用。

（2）设定超高速率激光熔覆的工艺参数，具体工艺是：光斑直径为1～3mm，抽油杆表面线速度即熔覆速率为20～100m/min，每转进给量0.2～0.4mm，激光功率为900～1600W，送粉速率为5～25g/min。

（3）将表面光洁无缺陷、直径小于成品直径0.2～0.6mm的抽油杆基体装夹在数控设备的回转机构上，并调整光斑和粉斑相对抽油杆基体待熔覆面上方的位置，使得镍基粉末以液滴的形式滴入基体表面的熔池与基体结合。