[發明專利]一種采用超高速率激光熔覆方法制造的抽油桿

在審

• 申請號: 201711403825.8
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108559988A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 王淼輝;申博文;范斌;梁金明;杜博睿;葛學元
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種采用超高速率激光熔覆方法制造的抽油桿。在抽油桿基體表面采用超高速率激光熔覆方法制備鎳基耐磨耐腐蝕涂層。采用該方法制造的抽油桿耐磨耐腐蝕性能和使用壽命均超過目前國內使用的電鍍抽油桿，且克服了傳統激光熔覆方法所導致的涂層平整度差、生產效率低的問題，能夠進行大規模批量化生產。

技術領域

本發明涉及一種采用激光熔覆方法制造的桿類零件，尤其涉及一種采用高速率激光熔覆方法制造的抽油桿，屬于激光增材制造領域。

背景技術

抽油桿適用于油田的采油，是抽油系統中的重要組成部分，起到連接抽油機和抽油泵并傳遞動力的作用。因此要求抽油桿具有足夠的強度和使用壽命，保證采油工作的順利進行。

目前油田的開發已進入高含水期，采出液的礦化度高，井液中含有CO2、H2S、鹽水等腐蝕介質。抽油桿以優質碳素鋼或合金鋼為原材料生產的抽油桿在井液介質中服役過程中，由于化學腐蝕和電化學腐蝕的雙重作用，導致抽油桿的嚴重腐蝕，進而造成油井故障。且由于抽油桿在運行中不可避免地要與油管發生摩擦，進一步加劇了抽油桿表面的損壞。根據礦場應用經驗，抽油桿的損壞中由于腐蝕和磨損引起的損壞占80%以上。

為了防止抽油桿的腐蝕，通常采用添加緩蝕劑、電鍍技術和激光熔覆技術。緩蝕劑可以在抽油桿表面形成有一種致密的保護膜，是抽油桿本體與腐蝕介質隔離開，達到保護抽油桿的目的，但緩蝕劑很難全方面對抽油桿進行保護且保護周期也太短。使用最為廣泛的方法是電鍍技術工藝簡單成本低廉，但鍍層與基體結合力差，在長時間摩擦、腐蝕的工作狀態下易出現涂層破碎、剝落的現象。激光熔覆技術可以在熱輸入量很小的條件下在基體表面形成均勻致密的耐磨耐腐蝕涂層，涂層與基體為冶金結合狀態，徹底阻隔了腐蝕介質與基體的接觸。但傳統的激光熔覆速率較低，且熔覆后涂層粗糙度較大，還需要如車削等機械加工保證部件尺寸精確度，因此生產效率低下。同時為了更快的制備大面積涂層，傳統的激光熔覆方法使用提高激光功率和增加光斑面積的方法，但過高的功率會提高抽油桿的溫度梯度，導致在加工后發生變形。

發明內容

本發明針對上述電鍍涂層易破損和傳統激光熔覆方法生產的抽油桿涂層粗糙度較大且生產效率低下的問題，采用同軸送粉式的超高速率激光熔覆方法，提供一種涂層光滑可控、組織均勻致密、生產周期更短的抽油桿。需要說明的是，本發明中的超高速是相對于現有的激光熔覆速度而言的，該超高速具體是指激光掃描線速度大于等于20m/min。

本發明技術方案的具體內容是：

一種采用超高速率激光熔覆方法制造的抽油桿，其特征在于包括抽油桿基體和涂層，該涂層通過下述方法熔覆在抽油桿基體上：

（1）選擇鎳基粉末并對粉末篩分處理，然后經過烘干處理后真空封存，備用；

（2）將抽油桿基體固定在機床上，外圓加工至直徑小于成品直徑0.2～0.6mm，檢查基體表面，確保表面光潔無缺陷；

（3）將抽油桿基體裝夾在激光熔覆設備的回轉機構上，調整光斑（激光焦點）和粉斑（鎳基粉末匯聚點）相對基體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）采用同軸送粉超高速激光熔覆方法，使用步驟（3）所設定的工藝將步驟（1）所得的鎳基粉末熔覆到基體表面，得到厚度為0.15～0.45mm的涂層；

（5）在不送粉條件下降低激光功率，保持其它工藝參數不變，對熔覆涂層進行激光重熔，在抽油桿基體表面得到表面平滑光亮、無凹坑和裂紋的涂層；