[發(fā)明專(zhuān)利]硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具激光自動(dòng)化修復(fù)設(shè)備及其修復(fù)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310719720.9
• 申請(qǐng)日: 2013-12-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103668187A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 齊歡
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海彩石激光科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C23C24/10
• 分類(lèi)號(hào): C23C24/10;C22C30/00;C22C19/05;C22C19/07;C22C29/08;C22C32/00
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光加工領(lǐng)域，尤其涉及一種硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具激光自動(dòng)化修復(fù)設(shè)備及其修復(fù)方法。

背景技術(shù)

一般的石油測(cè)井鉆具包括以下零部件：軸承套，套筒，扶正器，分流器，穩(wěn)定器，鉆桿，鉆鋌，鉆頭等。測(cè)井鉆具在使用中長(zhǎng)期暴露在井下的惡劣環(huán)境下，最常見(jiàn)的損壞形式有兩種：鉆具配合端面的磨損以及泥漿沖刷對(duì)鉆具裸露部位造成的磨損。由于鉆具的零件昂貴，修復(fù)能帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，針對(duì)高性能金屬零件修復(fù)的熔焊方法有鎢極氬弧焊、等離子焊以及電子束焊等，其中手工鎢極氬弧焊和等離子焊是較成熟的熔焊修復(fù)工藝，但是這兩種方法在修復(fù)過(guò)程中熱輸入較大，易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和熱影響區(qū)，易造成裂紋、氣孔等冶金缺陷，影響修復(fù)質(zhì)量與零件使用壽命；電子束焊具有很好的能量聚焦性和可控性，但是需要較高的真空度和專(zhuān)門(mén)的真空設(shè)備，修復(fù)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具激光自動(dòng)化修復(fù)設(shè)備及其修復(fù)方法，以采用激光熔覆技術(shù)為修復(fù)鉆具提供低成本且可靠性高的柔性修復(fù)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具激光自動(dòng)化修復(fù)設(shè)備，其包括計(jì)算機(jī)、光纖激光器、機(jī)械臂、送粉器、激光頭、三維掃描儀和安裝底座，所述硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具安設(shè)于所述安裝底座上，所述光纖激光器與所述激光頭通過(guò)光纜連接，所述送粉器將修復(fù)材料粉末送到所述激光頭的噴嘴處，所述機(jī)械臂帶動(dòng)所述激光頭在空間內(nèi)做六自由度運(yùn)動(dòng)，所述三維掃描儀對(duì)所述硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具進(jìn)行三維掃描，所述計(jì)算機(jī)與所述光纖激光器、機(jī)械臂、送粉器和三維掃描儀電信連接。

本發(fā)明還提供一種上述硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具激光自動(dòng)化修復(fù)設(shè)備的修復(fù)方法，其包括：

步驟一：清洗所述硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具的表面油污，去除其表面氧化層；

步驟二：將所述硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具安置在所述安裝底座上的固定位置；

步驟三：通過(guò)所述三維掃描儀對(duì)所述硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具進(jìn)行三維掃描，并將掃描結(jié)果發(fā)送給所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維形面處理；

步驟四：通過(guò)所述計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)模比對(duì)分析，進(jìn)而生成進(jìn)行激光熔覆所需的加工路徑，并根據(jù)該路徑對(duì)所述機(jī)械臂輸入動(dòng)作指令；

步驟五：通過(guò)所述計(jì)算機(jī)開(kāi)啟所述光纖激光器發(fā)出激光，同時(shí)開(kāi)啟所述送粉器向激光頭中送去修復(fù)材料粉末，激光通過(guò)所述激光頭聚焦后與修復(fù)材料粉末一起投射到所述硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具上，所述機(jī)械臂根據(jù)之前輸入的指令帶動(dòng)所述激光頭在空間內(nèi)做六自由度運(yùn)動(dòng)，激光沿著設(shè)定好的路徑對(duì)所述硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具進(jìn)行激光熔覆；

步驟六：完成激光熔覆后，對(duì)所述硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具進(jìn)行機(jī)械精加工，使其各部位形狀、尺寸均符合圖紙要求；

步驟七：對(duì)完成激光修復(fù)的硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具進(jìn)行質(zhì)量、裝配檢查，當(dāng)其形狀、尺寸及表面質(zhì)量均合格時(shí)，結(jié)束該激光修復(fù)過(guò)程，否則返回步驟三。

可選的，所述修復(fù)材料粉末包括一種以鎳為主要修復(fù)材料的鎳基合金粉末。

進(jìn)一步的，所述鎳基合金粉末由如下按重量百分比分配的修復(fù)材料組成：鎳：40-60；鉻：2-20；鐵：0.5-15；硅：2-5；碳：0.05-1。

進(jìn)一步的，所述鎳基合金粉末中還包括其他微量元素：錳、鉬、硼。

可選的，所述修復(fù)材料粉末包括一種以鈷為主要修復(fù)材料的鈷基合金粉末。

進(jìn)一步的，所述鈷基合金粉末由如下按重量百分比分配的修復(fù)材料組成：鈷：50-80；鉻：10-40；鎢：1-10；碳：0.1-5。

進(jìn)一步的，所述鈷基合金粉末中還包括其他微量元素：鎳、鐵、錳、鉬、硅、硼。

進(jìn)一步的，所述修復(fù)材料粉末由如下按重量百分比分配的修復(fù)材料組成：鎳基合金粉末或鈷基合金粉末：20-100；碳化鎢粉末：0-80；所述鎳基合金粉末或鈷基合金粉末與所述碳化鎢粉末的顆粒度分別為45-150微米和10-150微米。

進(jìn)一步的，所述光纖激光器發(fā)出的激光的激光功率為100-2000瓦，激光掃描速度為1-50毫米每秒，激光離焦量為2-20毫米，所述送粉器的送粉流量為2-10克每分鐘。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具激光自動(dòng)化修復(fù)設(shè)備及其修復(fù)方法使用激光熔覆技術(shù)對(duì)硬質(zhì)合金隨鉆測(cè)井工具進(jìn)行凈形修復(fù)，具有較好的靈活性、可控性和精確的能量輸入，為修復(fù)鉆具提供了經(jīng)濟(jì)可靠的柔性修復(fù)手段。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：