專利名稱：一種抽油桿噴焊接箍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油設(shè)備，更具體涉及一種抽油桿噴焊接箍。
背景技術(shù)：
抽油機(jī)井一直以來都是國內(nèi)外油田的主要采油方式，而抽油桿接箍則是抽油機(jī)井 中一個關(guān)鍵的部件，它起著連接抽油桿向抽油泵傳遞動力的作用，特別是隨著當(dāng)前深油井 的不斷增多，隨著接箍使用量的增加，抽油桿接箍的作用和性能就日漸重要。然而，接箍的 實際工作環(huán)境卻十分惡劣，接箍自身的偏磨腐蝕經(jīng)常導(dǎo)致抽油桿的斷脫；而接箍對油管內(nèi) 壁的磨損嚴(yán)重時會導(dǎo)致油管穿孔，兩者都會造成油井的停產(chǎn)，給油田帶來很大的作業(yè)費用 和產(chǎn)量減少。因此，如何同時解決接箍和油管的磨損是問題的關(guān)鍵。目前，油田通過使用表面噴焊Ni60鎳基合金粉末后的合金涂層接箍很好地解決 了接箍自身的磨損和腐蝕問題，使得抽油桿連接處的斷脫問題得到有效解決，但隨之而來 的新問題是使用該類接箍的油管出現(xiàn)了不同程度的磨穿。另外，還有一類噴焊涂層接箍 在鎳基合金中增加減摩元素，在一定程度上可以減少對油管內(nèi)壁的磨損，如目前很多粉末 廠商提供的Ni60CuMo系列，就是通過將一定量的Cu和Mo以冶煉制粉的方式均勻加入到 噴涂粉末中使其自潤滑效果得到了一定的提高。例如中國專利號為200510083018. 3號 發(fā)明專利申請，公開號為CN1896452，
公開日為2007年1月17日。公開了一種雙向保護(hù) 抽油桿接箍，接箍的表面用熱噴涂工藝噴涂一層涂層，厚度為0. 26-0. 6mm,涂層的成份為 碳 0. 3-0. 6 %，硅 3. 5-4 %，硼 3. 5-4 %，鉻 15-16 %，銅 3-3. 5 %，鉬 3-3. 5 %，鐵 3-5 %，鎳 63.9-68.7%。該技術(shù)方案是通過改變粉末的配方，添加了潤滑成分。但從使用效果看，發(fā) 現(xiàn)此類改進(jìn)后的合金涂層接箍依然存在一定比例磨穿油管的問題，特別是在井筒中的造斜 段等情況出現(xiàn)較多。這表明只有通過新途徑較好地解決噴焊合金涂層的自潤滑問題，進(jìn)一 步降低這類合金噴焊涂層對油管內(nèi)壁的磨損，才能更好地實現(xiàn)和保障有桿抽油井的長期安 全生產(chǎn)。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種具有較 高耐腐蝕耐磨性能，以及減少接箍對油管的磨損的抽油桿噴焊接箍。按照本實用新型提供的一種抽油桿噴焊接箍，包括基體，其為圓柱體，中部設(shè)有方 頸平面，中心設(shè)有一軸向內(nèi)螺紋通孔，采用噴焊工藝在所述基體外表面制備一層鎳基合金 涂層，所述鎳基合金涂層由固體潤滑顆粒與鎳基合金粉末混合而成。按照本實用新型提供的一種抽油桿噴焊接箍還具有如下附屬技術(shù)特征所述固體潤滑顆粒是指金屬Cu、Mo和金屬Sn的混合體。所述固體潤滑顆粒的粒度為40 μ m 80 μ m。所述鎳基合金粉末的粒度為20 μ m 102 μ m。所述鎳基合金涂層厚度為0. 25 1. 00mm。[0011 ] 所述基材與所述鎳基合金涂層之間相互滲透形成滲透層。所述滲透層的厚度為Ιμ ΙΟμ 。所述固體潤滑顆粒以機(jī)械混合的方式添加到鎳基合金粉末中。按照本實用新型提供的一種抽油桿噴焊接箍與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu) 點1、本實用新型選取金屬固體潤滑顆粒以機(jī)械混合的方式添加到鎳基合金粉末中， 而不是采用常規(guī)的熔煉方式進(jìn)行添加，是因為這幾種金屬顆粒本身都具有很好的自潤滑性 能，而且實驗表明以機(jī)械混合的方式加入可以使這些金屬潤滑顆粒在磨損中向油管內(nèi)壁的 轉(zhuǎn)移效應(yīng)更明顯一些，其自潤滑效果在摩擦過程中體現(xiàn)得更好，從而可以實現(xiàn)對油管內(nèi)壁 的更好保護(hù)。2、本實用新型中固體潤滑顆?；旌象w的含量在2% 6%范圍內(nèi)，目的是在保證 涂層成本提高較小的前提下，有效解決不同井況條件下的自潤滑問題。顆粒粉末的粒度選 為40 μ m 80 μ m是因為一是該粒度范圍屬于鎳基合金粉末的粒度范圍，可以實現(xiàn)與鎳基 合金粉末的均勻混合和正常噴涂，二是該粒度范圍的適當(dāng)縮小保證了固體潤滑顆粒在涂層 中的潤滑效果得到最佳體現(xiàn)。3、本實用新型將金屬Cu、Mo和Sn顆粒以粉末混合方式添加和粉末粒度范圍縮小， 在改善涂層噴焊工藝的同時，顯著提高了接箍的自潤滑性能，有效的減少了對油管內(nèi)壁的 磨損。4、由于固體潤滑顆粒和鎳基合金粉末都是金屬粉末，因此在加熱重熔過程中兩種 粉末的相互融合也不會有夾雜空隙等問題，確保了涂層的質(zhì)量不受影響。5、本實用新型選取普通鎳基噴焊接箍用的M60合金粉末作為主體成分。本實用 新型控制其質(zhì)量百分含量占混合粉末的94% 98 %，目的是保證該混合噴焊粉末具有很 好的自熔性能和耐蝕耐磨性能，確保接箍本身的耐磨和耐蝕性能。M60合金粉末的粒度選 為20 μ m 102 μ m是因為粒度小于20 μ m會導(dǎo)致粉末在噴涂過程中向周圍飛濺降低沉積 率，而粒度大于102 μ m又會出現(xiàn)粉末內(nèi)部熔不透等影響涂層質(zhì)量的問題。

圖1是本實用新型的主視圖。
具體實施方式
參見圖1，在本實用新型給出的一種抽油桿噴焊接箍的實施例，包括基體1，其為 圓柱體，中部設(shè)有兩個方頸平面3，兩方頸平面相互平行，用于扳手卡裝使用。中心設(shè)有一軸 向內(nèi)螺紋通孔4，采用噴焊工藝在所述基體1外表面制備一層鎳基合金涂層2。以質(zhì)量百分 比計所述鎳基合金涂層由2 % 6 %的固體潤滑顆粒與94 % 98 %的鎳基合金粉末混合而 成。以質(zhì)量百分比計所述固體潤滑顆?？蔀?%、3.5%、5%或6%。以質(zhì)量百分比計所述 鎳基合金粉末94%、95%、96. 5%或98%。本實施例的鎳基合金涂層中形成固體潤滑顆粒， 這種固體潤滑顆粒是不能采用傳統(tǒng)的冶煉治粉方式添加到鎳基合金粉末中而實現(xiàn)，這與現(xiàn) 有技術(shù)存在根本不同。而本實施所述固體潤滑顆粒以機(jī)械混合的方式添加到鎳基合金粉末 中，使得所述固體潤滑顆粒以顆粒狀存在于所述鎳基合金涂層中，這樣可以使固體潤滑顆 粒在磨損過程中轉(zhuǎn)移到油管內(nèi)壁摩擦表面形成保護(hù)和減少油管磨損。[0022]所述固體潤滑顆粒是指金屬Cu、Mo和金屬Sn的混合體，以質(zhì)量百分比計所述固體潤滑顆粒的組成為=Cu 0. 4%，Mo :0. l% 3%，Sn 0. 1 % 2%。進(jìn)一步的優(yōu)選實施 例方式為以質(zhì)量百分比計所述固體潤滑顆粒的組成為Cu :1. 5% 3%，Mo :1. 5% 3%， Sn 0. 5% 1%。以質(zhì)量百分比計所述鎳基合金粉末的組成為碳0. 3% 1. 0%，鉻12% 20%， 硅3. O % 5. 5 %，硼3. O % 5. 5 %，鐵< 8 %，余量為鎳。本實施例的所述鎳基合金粉末采 用的是Ni60合金粉末。所述固體潤滑顆粒的粒度為40 μ m 80 μ m。該粒度范圍的確定主要基于兩點， 一是該粒度范圍屬于鎳基合金粉末的粒度范圍，可以實現(xiàn)與鎳基合金粉末的均勻混合和正 常噴涂，二是該粒度范圍的適當(dāng)縮小保證了固體潤滑顆粒在涂層中的潤滑效果得到最佳體 現(xiàn)。所述鎳基合金粉末的粒度為20μπι 102μπι，是因為粒度小于20 μ m會導(dǎo)致粉末在 噴涂過程中向周圍飛濺降低沉積率，而粒度大于102 μ m又會出現(xiàn)粉末內(nèi)部熔不透等影響 涂層質(zhì)量的問題。選用該范圍粒度的固體潤滑顆?？梢猿浞值呐c鎳基合金粉末進(jìn)行混合， 得到比較好的混合效果，利于噴焊，從而提高潤滑效果。所述基材1與所述鎳基合金涂層2之間相互滲透形成滲透層，所述滲透層的厚度 為1 μ m 10 μ m。該滲透層厚度的確定主要基于以下兩點一是厚度小于1 μ m時，由于接 箍為小尺寸零件，但涂層厚度相對較厚，要使?jié)B透層較小，就存在結(jié)合強(qiáng)度不夠充分大的問 題，會產(chǎn)生使用過程中掉皮的隱患；二是厚度大于10 μ m時，由于涂層需要較長的高溫加熱 時間來保證滲透層的充分形成，不僅浪費能源，同時也會使基材的硬化層厚度超出合理范 圍，會破壞并嚴(yán)重影響基材原有的力學(xué)性能。這種滲透層使得基材和鎳基合金涂層之間的 結(jié)合更加緊密，從而進(jìn)一步提高整體性能。本實用新型鎳基合金噴焊抽油桿接箍的制備方法A、將基體毛坯表面的油污清洗干凈并吹干。B、對基體毛坯表面進(jìn)行噴砂除銹、粗化和活化。C、將固體潤滑顆粒和Ni60合金粉末按照確定的比例混合，并采用機(jī)械方式均勻 混粉。D、在基體毛坯表面采用熱噴焊工藝制備一層0. 25 1. OOmm厚度的鎳基合金涂層。E、噴焊結(jié)束后，對已經(jīng)冷卻的接箍進(jìn)行外圓拋光，將其外圓表面與端面結(jié)合處倒 角打磨圓滑，將扳手方頸平面處表面光潔度打磨至與外圓表面一致，平臺倒角處圓滑過渡。F、最后對接箍內(nèi)腔攻絲得到本實用新型中的新型抽油桿噴焊接箍。以下各個實施例的具體結(jié)構(gòu)相同，這種接箍1是一圓柱體，該接箍1具有扳手方頸 平面3，且兩方頸平面相互平行，接箍1中部設(shè)有一軸向內(nèi)螺紋通孔4，該接箍1外表面具有 鎳基合金涂層2。實施例一，以質(zhì)量百分比計該鎳基合金涂層粉末由2%固體潤滑顆粒與98%的 Ni60合金粉末均勻混合而成，混合方式采用機(jī)械混合方式。噴焊的厚度為0.25mm。其中以 質(zhì)量百分比計固體潤滑顆粒的組成為Cu、0. 5% Mo和0. 5% Sn。以質(zhì)量百分比計所述 鎳基合金粉末的組成為碳0. 35%，鉻13%，硅3. 5%，硼4. 0%，鐵3%，余量為鎳。實施例二，以質(zhì)量百分比計該鎳基合金涂層粉末由3. 5%固體潤滑顆粒與96. 5%的Ni60合金粉末均勻混合而成，混合方式采用機(jī)械混合方式。噴焊的厚度為0. 50mm。其中 以質(zhì)量百分比計固體潤滑顆粒的組成為1. 5% CuU. 7% Mo和0. 3% Sn。以質(zhì)量百分比計 所述鎳基合金粉末的組成為碳0. 5 %，鉻16 %，硅3. 0 %，硼3. 5 %，鐵5 %，余量為鎳。實施例三，以質(zhì)量百分比計該鎳基合金涂層粉末由6%固體潤滑顆粒與94%的 Ni60合金粉末均勻混合而成，混合方式采用機(jī)械混合方式。噴焊的厚度為0.75mm。其中以 質(zhì)量百分比計固體潤滑顆粒的組成為3. 5% CuU. 6% Mo和0. 9% Sn。以質(zhì)量百分比計所 述鎳基合金粉末的組成為碳0. 8 %，鉻19 %，硅4. 0 %，硼4. 5 %，鐵7 %，余量為鎳。在實驗室條件下對以上三個實施事例中的噴焊層進(jìn)行腐蝕和磨損性能評價。腐蝕 試驗在濃度lmol/L的HCl溶液和濃度3. 5%的NaCl溶液中進(jìn)行132h不間斷浸泡，結(jié)果表 明，無涂層的45鋼試樣表面出現(xiàn)明顯的銹 蝕斑跡，腐蝕失重分別為210mg和8mg，而本實用 新型中噴焊有鎳基合金涂層的環(huán)試樣表面基本沒有變化，腐蝕失重分別為IOmg和Omg，與 油田目前常用的M60合金涂層噴焊接箍試樣基本持平。由上可見，本實用新型的新型合金 噴焊涂層可以顯著地提高普通接箍的耐腐蝕性能，并與M60合金噴焊涂層具有同等的耐 蝕性能。磨損試驗在MM-200型摩擦磨損試驗機(jī)上進(jìn)行，塊試樣采用N80油管鋼，環(huán)試樣為 45鋼基材表面噴焊0. 25 1. OOmm厚的涂層。實驗表明，在400N的載荷，400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn) 速，以及20分鐘時間和水潤滑條件下，與N80塊/Ni60涂層環(huán)摩擦副相比，實施例一、二、三 中含固體潤滑顆粒的涂層環(huán)試樣的磨損量變化均很小，但對應(yīng)的塊試樣的磨損量則降低了 近2倍，尤以實施例二效果最好，具體結(jié)果間表1 (結(jié)果為以上三個實施實例的平均值)所 示，使得塊試樣與環(huán)試樣的磨損量處于同一個數(shù)量級，并且在塊試樣的磨損表面發(fā)現(xiàn)了 Cu 和Sn金屬顆粒的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，表顯出良好的潤滑性能，對油管形成有效保護(hù)。表1不同涂層摩擦副磨損量對比
|45 鋼環(huán) /N80 塊 |Ni60 環(huán) /N80 塊 |Ni60-CuMoSn 環(huán)
/N80 塊
環(huán)試樣(接箍)磨損/mg 827203 9
塊試樣(油管)磨損/mg 1061.5 2Π6^權(quán)利要求一種抽油桿噴焊接箍，包括基體，其為圓柱體，中部設(shè)有方頸平面，中心設(shè)有一軸向內(nèi)螺紋通孔，其特征在于，采用噴焊工藝在所述基體外表面制備一層鎳基合金涂層，所述基材與所述鎳基合金涂層之間相互滲透形成滲透層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種抽油桿噴焊接箍，其特征在于所述鎳基合金涂層厚度為 0. 25 1. 00mm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種抽油桿噴焊接箍，其特征在于所述滲透層的厚度為 1 μ m 10 μ m0
專利摘要一種抽油桿噴焊接箍，包括基體，其為圓柱體，中部設(shè)有方頸平面，中心設(shè)有一軸向內(nèi)螺紋通孔，其特征在于，采用噴焊工藝在所述基體外表面制備一層鎳基合金涂層，所述鎳基合金涂層由固體潤滑顆粒與鎳基合金粉末混合而成。本實用新型選取金屬固體潤滑顆粒以機(jī)械混合的方式添加到鎳基合金粉末中，而不是采用常規(guī)的熔煉方式進(jìn)行添加，是因為這幾種金屬顆粒本身都具有很好的自潤滑性能，而且實驗表明以機(jī)械混合的方式加入可以使這些金屬潤滑顆粒在磨損中向油管內(nèi)壁的轉(zhuǎn)移效應(yīng)更明顯一些，其自潤滑效果在摩擦過程中體現(xiàn)得更好，從而可以實現(xiàn)對油管內(nèi)壁的更好保護(hù)。
文檔編號E21B17/02GK201574694SQ20092015069
公開日2010年9月8日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者劉沅東, 李艷, 黃錦濱 申請人:鐵嶺米勒石油新材料有限公司