專利名稱：：一種合金涂層熱噴涂抽油光桿生產(chǎn)工藝及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種新型合金涂層熱噴涂抽油光桿生產(chǎn)線，屬于石油設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：在石油行業(yè)中，抽油機(jī)有桿泵采油是一種人工舉升采油方式，以其設(shè)備簡單，投資少，管理方便，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被國內(nèi)外各油田廣泛采用。抽油機(jī)、抽油桿和抽油泵是有桿泵采油設(shè)備的三個(gè)主要組成部分，其中抽油桿是將抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給井下抽油泵進(jìn)行抽汲的部件。抽油光桿是抽油桿柱上部一根特殊的抽油桿，用來和井口密封盒配合密封抽油井口，因此工作條件比抽油桿更惡劣，除抽油桿的工作條件外，抽油光桿在上沖程時(shí)裸露在野外大氣中，下沖程時(shí)浸在井液中，因此抽油光桿既受大氣腐蝕，又受井液腐蝕，不出油時(shí)還要承受高溫，是工作條件最為苛刻的一根特殊的抽油桿。為此，對(duì)抽油光桿進(jìn)行表面處理以提高其耐腐蝕性和耐磨性是延長其使用壽命最為有效的處理手段。目前常用的表面處理方法包括電鍍鉻、化學(xué)鍍鎳磷以及合金涂層熱噴涂技術(shù)。電鍍鉻技術(shù)是通過電鍍在抽油光桿表面鍍上一層鉻保護(hù)層，這種表面硬度高、光潔度高、有一定的耐磨性和耐腐蝕性，在一定程度上減緩了抽油光桿的耐腐蝕性，但是由于電鍍層與基體結(jié)合不緊密，電鍍層和基體之間有明顯的界面，界面兩側(cè)基體和電鍍層的成分相差非常大，其化學(xué)電位差也非常大。一旦表面電鍍層由于硬質(zhì)顆粒例如砂粒的劃傷而出現(xiàn)缺陷，造成基體的露出后，在電化學(xué)作用下，腐蝕過程會(huì)沿著電位差最大的位置即界面迅速擴(kuò)展，最終導(dǎo)致鍍層的大片剝落，導(dǎo)致抽油光桿的腐蝕失效。此外，化學(xué)鍍鎳磷技術(shù)也與電鍍鉻技術(shù)類似，鎳磷鍍層在受到硬質(zhì)顆粒的劃傷后會(huì)大片剝落，導(dǎo)致抽油光桿腐蝕失效。合金涂層熱噴涂技術(shù)是通過熱噴涂技術(shù)將具有耐腐蝕耐磨損性能的合金材料噴涂覆蓋于抽油光桿表面，并通過重熔工藝使涂層材料與基體材料形成冶金結(jié)合，涂層的成分與基體的成分在重熔過程中相互擴(kuò)散滲透，在涂層和基體材料之間存在一定厚度的過渡區(qū)，使得涂層到基體的成分變化相對(duì)緩慢，避免了成分突變的界面的形成，也就避免了鉻鍍層和鎳磷鍍層在表面出現(xiàn)缺陷后因腐蝕的擴(kuò)展而導(dǎo)致涂層大片脫落的問題。但是，由于合金涂層熱噴涂技術(shù)加工流程相對(duì)復(fù)雜，而且抽油光桿是典型的超細(xì)長桿類零件，導(dǎo)致對(duì)抽油光桿進(jìn)行表面熱噴涂加工難度非常高，因此還沒有專門的合金涂層熱噴涂抽油光桿生產(chǎn)線。目前較為廣泛的生產(chǎn)方式是對(duì)抽油桿表面淬火設(shè)備進(jìn)行設(shè)備改造，利用淬火設(shè)備完成對(duì)桿體的預(yù)熱、桿體表面涂層的重熔處理，利用另外增加的放置在抽油桿表面淬火設(shè)備旁的砂帶磨頭和火焰熱噴涂噴槍完成桿體表面粗化、涂層拋光打磨和桿體表面合金涂層的熱噴涂處理。另外，由于抽油桿表面淬火設(shè)備對(duì)抽油桿工件的支撐方式是斜向滾輪自然支撐方式，即將抽油桿自由狀態(tài)放置在一排與抽油桿軸線呈一夾角放置的滾輪上，滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)之后利用摩擦力帶動(dòng)工件一方面軸向旋轉(zhuǎn)，一方面同時(shí)軸向移動(dòng)，即螺旋式前進(jìn)。在這個(gè)過程中抽油桿由于其超細(xì)長的尺寸特點(diǎn)而運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性很差，跳動(dòng)度很高，嚴(yán)重影響了桿體表面的打磨、表面涂層熱噴涂處理的加工質(zhì)量。因此還需要對(duì)工件支撐和移動(dòng)方式進(jìn)行改造，將工件的螺旋前進(jìn)方式分解為獨(dú)立的自轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方式，利用固定位置滾輪支撐實(shí)現(xiàn)工件的支撐和旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)軌大車帶動(dòng)工件在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)工件的軸向移動(dòng)。使用這種改造的設(shè)備雖然能夠?qū)崿F(xiàn)抽油光桿的表面涂層的熱噴涂加工，但由于各工序的處理都在同一個(gè)設(shè)備上，各工序?qū)υO(shè)備和工件的要求不同，對(duì)設(shè)備和工件的影響不同，會(huì)出現(xiàn)不同工藝之間的矛盾。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，合金涂層的熱噴涂處理和中頻重熔加熱處理對(duì)設(shè)備的精密度和工件運(yùn)行的平穩(wěn)度要求很高，為了提高中頻重熔效果和效率，中頻加熱線圈距離桿體表面距離非常小，一般不超過lcm，這就要求工件的跳動(dòng)度非常小。另一方面，利用砂帶磨頭對(duì)光桿表面進(jìn)行打磨處理時(shí)，為了保證一定的打磨效果和打磨效率，磨頭對(duì)桿體的下壓載荷會(huì)很高，這就導(dǎo)致工件在打磨過程中受力而產(chǎn)生幅度很大的振動(dòng)，導(dǎo)致工件在行進(jìn)過程中不停的跳動(dòng)，極易接觸和撞擊到中頻加熱線圈，造成設(shè)備的損壞，設(shè)備故障率很高。此外，使用這種設(shè)備只能進(jìn)行單件小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低；多工序集成設(shè)備對(duì)操作工人的操作要求高，易出現(xiàn)人為操作失誤，導(dǎo)致成品率下降，這些都極大的降低了合金涂層熱噴涂光桿產(chǎn)品的市場競爭力，影響了熱噴涂技術(shù)這種優(yōu)秀的表面處理技術(shù)在石油設(shè)備領(lǐng)域的廣泛推廣。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種新型合金涂層熱噴涂抽油光桿生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線根據(jù)熱噴涂工藝和抽油光桿這種細(xì)長桿類零件的尺寸特點(diǎn)出發(fā)，改變之前使用自制改造的非標(biāo)設(shè)備進(jìn)行單件加工的思路，將整個(gè)抽油光桿表面合金涂層熱噴涂工藝進(jìn)行分解，對(duì)分解后的每個(gè)工序使用更為通用的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，并將各工序之生產(chǎn)設(shè)備按照生產(chǎn)效率最優(yōu)化原則進(jìn)行合理的生產(chǎn)排組，通過自動(dòng)上下料和傳輸機(jī)構(gòu)組成完整的合金涂層熱噴涂抽油光桿生產(chǎn)線。使用這種合金涂層熱噴涂抽油光桿生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，由于使用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備而提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和零部件互換性，有效降低設(shè)備的故障率和維護(hù)時(shí)間，并通過各工序合理的生產(chǎn)排組和配比，有效的優(yōu)化了加工時(shí)間，從而大幅度提高了生產(chǎn)效率，使抽油光桿表面合金涂層的熱噴涂加工成為更為標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)流程，便于更規(guī)范的生產(chǎn)運(yùn)營管理。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)思路進(jìn)行合金涂層熱噴涂抽油光桿生產(chǎn)線的方案設(shè)計(jì)1、分解目前抽油光桿熱噴涂處理工藝，得到工序上料+表面粗化》表面預(yù)熱—表面熱噴涂合金粉末—涂層進(jìn)行重熔和水冷卻降溫今對(duì)涂層進(jìn)行回火熱處理今對(duì)表面進(jìn)行拋光處理—下料。2、分析每一工序和與前后工序的銜接，將相關(guān)無法分割和易于關(guān)聯(lián)在一起的工序進(jìn)行分組，得到以下三個(gè)工序組前處理組(包括上料、表面粗化)、涂層處理組(包括表面預(yù)熱、表面熱噴涂合金粉末、對(duì)涂層進(jìn)行重熔和水冷卻降溫、對(duì)涂層進(jìn)行回火熱處理)、后處理組(包括對(duì)表面進(jìn)行拋光處理、下料)。3、對(duì)各工序組的工藝進(jìn)行細(xì)化，形成獨(dú)立的處理工藝。并結(jié)合常規(guī)加工手段確定加工設(shè)備。得到如下表所示的設(shè)備及其加工工藝清單。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>4、統(tǒng)計(jì)每一個(gè)設(shè)備和工序的加工時(shí)間并進(jìn)行分析優(yōu)化，確定最佳設(shè)備配比為1臺(tái)表面粗化機(jī)、2臺(tái)表面噴涂機(jī)和1臺(tái)表面拋光機(jī)。5、在各設(shè)備之間設(shè)計(jì)安裝有工件自動(dòng)傳輸線用于工件在各設(shè)備之間的傳輸，同時(shí)在各設(shè)備與自動(dòng)傳輸線之間安裝有自動(dòng)機(jī)械手，通過機(jī)械手的抓舉、翻轉(zhuǎn)等動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)工件從設(shè)備到傳輸線的自動(dòng)上、下料。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種合金涂層熱噴涂抽油光桿生產(chǎn)工藝，其特征是，包括前處理組、涂層處理組和后處理組三個(gè)工序，所述的前處理組包括上料、表面粗化；所述的涂層處理組包括表面預(yù)熱、表面熱噴涂合金粉末、對(duì)涂層進(jìn)行重熔和水冷卻降溫、對(duì)涂層進(jìn)行回火熱處理；所述的后處理組包括對(duì)表面進(jìn)行拋光處理、下料。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供了上述生產(chǎn)工藝中所使用的設(shè)備，所述的前處理組使用的設(shè)備為表面粗化機(jī)，所述的涂層處理組使用的設(shè)備為表面噴涂機(jī)、所述的后處理組使用的設(shè)備為表面拋光機(jī)，并使用同步自動(dòng)機(jī)械手和自動(dòng)傳輸線來完成設(shè)備的自動(dòng)上下料和工件在各設(shè)備之間的傳輸。所述的表面粗化機(jī)為重慶博益砂帶磨床有限公司生產(chǎn)的2M5015型砂帶磨床，用于光桿表面粗化打磨；所述的表面噴涂機(jī)為裝配有中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院表面工程研究所的DZ—5000火焰熱噴涂設(shè)備和上海華伊感應(yīng)加熱設(shè)備有限公司的160KW/8KC中頻加熱設(shè)備的北京思威盛業(yè)工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)的SWCH1530車床，用于光桿表面合金涂層熱噴涂處理；所述的表面拋光機(jī)為重慶博益砂帶磨床有限公司生產(chǎn)的2M5015B型砂帶磨床，用于光桿表面拋光處理。所述的表面粗化機(jī)為1臺(tái)、表面噴涂機(jī)為2臺(tái)和表面拋光機(jī)為1臺(tái)。采用本發(fā)明的生產(chǎn)線后，原先大約每50分鐘生產(chǎn)1根表面合金涂層光桿產(chǎn)品變?yōu)榇蠹s每20分鐘生產(chǎn)2根表面合金涂層光桿產(chǎn)品，生產(chǎn)效率提高了300%以上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、本發(fā)明通過技術(shù)改進(jìn)，使得抽油光桿表面噴涂的生產(chǎn)可以使用更多的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，降低了設(shè)備的加工難度、故障率和維護(hù)成本。有利于該生產(chǎn)工藝的推廣。2、該生產(chǎn)線將整個(gè)加工過程分解細(xì)化，并使用專項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行專項(xiàng)工藝生產(chǎn)，大幅度降低了操作工人對(duì)設(shè)備的操作、維護(hù)技術(shù)要求的技術(shù)要求，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和，提高了生產(chǎn)質(zhì)量，使生產(chǎn)管理的得到進(jìn)一步簡化。3、該生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率與比原生產(chǎn)工藝相比，提高了300%以上。具體實(shí)施例方式一種新型合金涂層熱噴涂抽油光桿生產(chǎn)線，它通過以下步驟實(shí)現(xiàn)一、設(shè)備組成選擇一臺(tái)表面粗化機(jī)、兩臺(tái)表面噴涂機(jī)和一臺(tái)表面拋光機(jī)。表面粗化機(jī)采用重慶博益砂帶磨床有限公司生產(chǎn)的2M5015型砂帶磨床，表面噴涂機(jī)采用北京思威盛業(yè)工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)的SWCH1530車床，并裝配有中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院表面工程研究所的DZ—5000火焰熱噴涂設(shè)備和上海華伊感應(yīng)加熱設(shè)備有限公司的160KW/8KC中頻加熱設(shè)備，表面拋光機(jī)采用重慶博益砂帶磨床有限公司生產(chǎn)的2M5015B型砂帶磨床。二、表面噴涂機(jī)的裝配將DZ—5000火焰熱噴涂設(shè)備和160KW/8KC中頻加熱設(shè)備安置在，使DZ—5000火焰噴涂設(shè)備的噴槍槍口水平距離SW1530車床工件軸線180mra，將中頻加熱設(shè)備的加熱線圈和配套冷卻水圈放置在SW1530車床軌道中央位置，到噴槍距離分別為60cra和30cra，加熱線圈和配套冷卻水圈的軸線與SW1530車床工件軸線同軸，以保證表面噴涂機(jī)在工作中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)抽油光桿表面最佳的噴涂效果和加熱、重熔效果。三、生產(chǎn)線的建造將兩臺(tái)表面噴涂機(jī)并排放置，間距2米。將表面粗化機(jī)和表面拋光機(jī)分別放置在其中一臺(tái)表面噴涂機(jī)的兩側(cè)，四個(gè)設(shè)備呈一二一布局。在兩臺(tái)表面噴涂機(jī)之間的位置排布兩條光桿自動(dòng)傳輸線，第一條傳輸線負(fù)責(zé)將表面粗化機(jī)完成粗化的光桿傳輸?shù)奖砻鎳娡繖C(jī)處，第二條傳輸線負(fù)責(zé)將表面噴涂機(jī)完成噴涂后的光桿傳輸?shù)奖砻鎾伖鈾C(jī)處。此外，在每個(gè)設(shè)備和自動(dòng)傳輸線之間均安置有同步動(dòng)作的3個(gè)機(jī)械手，機(jī)械手端部為V型鉗，可以很方便的抓取工件并進(jìn)行翻轉(zhuǎn)移動(dòng)，用于設(shè)備和自動(dòng)傳輸線之間的上下料。生產(chǎn)線各設(shè)備布局參見圖1。三、抽油光桿的表面粗化處理將毛坯存放區(qū)待加工的抽油光桿放置于第一條傳輸線起始處，自動(dòng)傳輸線自動(dòng)將光桿傳輸?shù)奖砻娲只瘷C(jī)處。表面粗化機(jī)旁的同步自動(dòng)機(jī)械手抓取工件放置于表面粗化機(jī)上，表面粗化機(jī)啟動(dòng)，開始對(duì)光桿表面進(jìn)行粗化打磨。待整個(gè)光桿表面打磨完成后表面粗化機(jī)停止工作，同步自動(dòng)機(jī)械手將粗化處理完成的光桿從表面粗化機(jī)上卸下放置于第一條自動(dòng)傳輸線上。四、抽油光桿的表面噴涂處理第一條自動(dòng)傳輸線繼續(xù)運(yùn)行，將粗化后的光桿傳輸?shù)奖砻鎳娡繖C(jī)處，表面噴涂機(jī)旁的同步自動(dòng)機(jī)械手將粗化處理后的光桿抓取放置于表面噴涂機(jī)上。啟動(dòng)表面噴涂機(jī)工件旋轉(zhuǎn)控制開關(guān)，光桿開始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。啟動(dòng)車床行進(jìn)控制開關(guān)，車床帶動(dòng)光桿沿導(dǎo)軌正向移動(dòng)，光桿從一頭開始穿過中頻感應(yīng)加熱線圈時(shí)，啟動(dòng)加熱線圈對(duì)光桿表面進(jìn)行預(yù)熱，待整個(gè)光桿通過加熱線圈后關(guān)閉中頻感應(yīng)加熱線圈完成桿體預(yù)熱。車床帶動(dòng)光桿從另一頭開始反向沿導(dǎo)軌移動(dòng)，經(jīng)過火焰噴槍時(shí)啟動(dòng)氧乙炔火焰熱噴涂系統(tǒng)對(duì)光桿表面進(jìn)行噴涂，待整個(gè)光桿通過噴槍后關(guān)閉火焰熱噴涂系統(tǒng)完成桿體表面合金涂層的噴涂。車床帶動(dòng)噴涂后的光桿再次正向移動(dòng)，從一頭穿過中頻感應(yīng)加熱線圈，啟動(dòng)中頻加熱線圈對(duì)涂層進(jìn)行重熔處理，同時(shí)啟動(dòng)配套冷卻水裝置，對(duì)重熔過后的桿體表面進(jìn)行水冷，待整個(gè)光桿通過加熱線圈和冷卻水圈后關(guān)閉中頻加熱裝置和配套冷卻水裝置，完成對(duì)桿體表面涂層的重熔處理。車床帶動(dòng)重熔處理后的光桿再次反向移動(dòng)，從一頭穿過中頻加熱線圈時(shí)，啟動(dòng)中頻加熱線圈再對(duì)光桿桿體進(jìn)行回火熱處理，待整個(gè)光桿通過加熱線圈后關(guān)閉中頻加熱線圈完成回火熱處理。關(guān)閉旋轉(zhuǎn)裝置停止光桿的旋轉(zhuǎn)，同步自動(dòng)機(jī)械手將表面噴涂完成后的光桿從表面噴涂機(jī)上卸下放置到第二條傳輸線上。五、抽油光桿的表面拋光第二條傳輸線將完成噴涂處理的光桿自動(dòng)傳輸?shù)奖砻鎾伖鈾C(jī)處，同步自動(dòng)機(jī)械手將傳輸線上的光桿抓取放置于表面拋光機(jī)上，表面拋光機(jī)啟動(dòng)，開始對(duì)光桿表面進(jìn)行拋光打磨。待整個(gè)光桿表面拋光打磨完成后關(guān)閉表面拋光機(jī)，同步自動(dòng)機(jī)械手將拋光處理完成的光桿從表面粗化機(jī)上卸下放置于第二條自動(dòng)傳輸線上，傳輸線運(yùn)行將完成加工的光桿向前傳輸?shù)匠善反娣艆^(qū)，即完成整個(gè)生產(chǎn)過程。權(quán)利要求1、一種合金涂層熱噴涂抽油光桿生產(chǎn)工藝，其特征是，包括前處理組、涂層處理組和后處理組三個(gè)工序，所述的前處理組包括上料、表面粗化；所述的涂層處理組包括表面預(yù)熱、表面熱噴涂合金粉末、對(duì)涂層進(jìn)行重熔和水冷卻降溫、對(duì)涂層進(jìn)行回火熱處理；所述的后處理組包括對(duì)表面進(jìn)行拋光處理、下料。2、一種權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)工藝中所使用的設(shè)備，其特征是，所述的前處理組使用的設(shè)備為表面粗化機(jī)，所述的涂層處理組使用的設(shè)備為表面噴涂機(jī)、所述的后處理組使用的設(shè)備為表面拋光機(jī)，并使用同步自動(dòng)機(jī)械手和自動(dòng)傳輸線來完成設(shè)備的自動(dòng)上下料和工件在各設(shè)備之間的傳輸。3、如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征是，所述的表面粗化機(jī)為重慶博益砂帶磨床有限公司生產(chǎn)的2M5015型砂帶磨床，用于光桿表面粗化打磨；所述的表面噴涂機(jī)為裝配有中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院表面工程研究所的DZ_5000火焰熱噴涂設(shè)備和上海華伊感應(yīng)加熱設(shè)備有限公司的160KW/8KC中頻加熱設(shè)備的北京思威盛業(yè)工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)的SWCH1530車床，用于光桿表面合金涂層熱噴涂處理；所述的表面拋光機(jī)為重慶博益砂帶磨床有限公司生產(chǎn)的2M5015B型砂帶磨床，用于光桿表面拋光處理。4、如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征是，所述的表面粗化機(jī)為l臺(tái)、表面噴涂機(jī)為2臺(tái)和表面拋光機(jī)為1臺(tái)。全文摘要本發(fā)明涉及一種合金涂層熱噴涂抽油光桿生產(chǎn)工藝及其設(shè)備，包括前處理組、涂層處理組和后處理組三個(gè)工序，所述的前處理組包括上料、表面粗化；所述的涂層處理組包括表面預(yù)熱、表面熱噴涂合金粉末、對(duì)涂層進(jìn)行重熔和水冷卻降溫、對(duì)涂層進(jìn)行回火熱處理；所述的后處理組包括對(duì)表面進(jìn)行拋光處理、下料。使用通用的表面粗化機(jī)、表面噴涂機(jī)和表面拋光機(jī)完成各工序的加工，使用同步自動(dòng)機(jī)械手和自動(dòng)傳輸線來完成設(shè)備的自動(dòng)上下料和工件在各設(shè)備之間傳輸。采用本發(fā)明的生產(chǎn)工藝及其設(shè)備，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和零部件互換性，降低了設(shè)備的故障率和維護(hù)時(shí)間，降低了對(duì)操作工人的要求，提高了生產(chǎn)質(zhì)量，便于生產(chǎn)管理的進(jìn)一步簡化。文檔編號(hào)C23F17/00GK101586449SQ20081011258公開日2009年11月25日申請日期2008年5月23日優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日發(fā)明者吳振寧申請人:安東石油技術(shù)(集團(tuán))有限公司