本發(fā)明屬于油田生產(chǎn)設(shè)備易損部件修復(fù)再利用領(lǐng)域，涉及一種油田注水用往復(fù)式柱塞泵柱塞修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
：長(zhǎng)慶油田油井地層壓力小，采油過(guò)程中需通過(guò)采油井旁邊的注水井向目的油層注水為油層提供能量，驅(qū)動(dòng)油流向油井流出，使其更易被開(kāi)采。而注水井通過(guò)注水泵向井內(nèi)注入高壓液體從而增加富油區(qū)的壓力，注水泵為往復(fù)式柱塞泵，注水壓力一般在15MPa-25MPa，在注入的過(guò)程中，柱塞泵中承受著大量的液體沖刷。除此之外，注入水分為清水和污水，污水存在較高的硫化物、氫化物、氯化物以及細(xì)菌，是導(dǎo)致部件損壞的主要原因之一。一般情況下，石油設(shè)備采用的材料為碳鋼材料，此類材料的硬度較低，耐沖刷性能較差，且腐蝕失效問(wèn)題十分嚴(yán)重。柱塞是注水泵的核心部件，對(duì)控制泵內(nèi)液體的流速及壓力有著重要的作用。若柱塞沖刷嚴(yán)重，會(huì)造成壓力下降、能量損失的問(wèn)題。目前解決該問(wèn)題的主要手段是通過(guò)兩種方式來(lái)解決磨損問(wèn)題，包括：(1)刷涂耐沖刷涂料；(2)整體采用高硬度材質(zhì)進(jìn)行制造。但是這兩種技術(shù)在實(shí)際使用過(guò)程中都存在自身明顯的不足：使用耐沖刷涂料刷涂在柱塞表面時(shí)，不能長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受流體沖刷，且在高溫環(huán)境下不能被使用并容易出現(xiàn)脫層的問(wèn)題，若沖刷露出金屬層后，會(huì)因?yàn)榉栏苛吓c金屬之間存在電位差而加速對(duì)柱塞的腐蝕；采用高成本的高硬度材質(zhì)如馬氏體不銹鋼材料為原材料，制造所需的各種零部件，雖然能起到一定耐硫化物，氫化物的腐蝕作用，但是對(duì)氯化物的腐蝕緩解情況不明顯，且由于整體采用到高成本的馬氏體不銹鋼，單個(gè)零件的成本將提高1-1.5倍，大大的增加了采油的成本，且柱塞壽命未提高到生產(chǎn)需求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種基于噴焊技術(shù)修復(fù)的油田注水用往復(fù)式柱塞泵柱塞修復(fù)方法，該方法不改變部件本體材質(zhì)，將少量高性能涂層材料制備在基材上，使其完全熔合，在其表面進(jìn)行修復(fù)改性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種油田注水用往復(fù)式柱塞泵柱塞修復(fù)方法，包括以下步驟：1)對(duì)柱塞原件進(jìn)行3D掃描，獲得柱塞原件的尺寸數(shù)據(jù)，為柱塞舊件的還原提供尺寸數(shù)據(jù)；2)對(duì)柱塞舊件進(jìn)行表面處理；3)對(duì)柱塞舊件進(jìn)行噴焊修復(fù)。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：步驟2)中，對(duì)柱塞舊件進(jìn)行表面處理的具體方法如下：2-1)使用鋼絲刷、拋光片以及磨頭去除柱塞舊件的表面銹跡、油渣，確保銹斑完全去除，有腐蝕坑的將腐蝕坑完全清理干凈，表面為金屬光澤；2-2)將步驟2-1)處理的柱塞使用著色探傷的方法對(duì)其基體進(jìn)行探傷，若有裂紋需去除裂紋，去除裂紋采用角磨機(jī)將裂紋打磨，至沒(méi)有裂紋為止；2-3)將步驟2-2)處理的柱塞桿外表面進(jìn)行車削加工，去除外表面上磨損部分；2-4)將步驟2-3)處理后的柱塞進(jìn)行噴砂處理，清理清潔柱塞表面，并增加柱塞表面的粗糙度使后續(xù)涂層的結(jié)合強(qiáng)度更高；2-5)使用有機(jī)溶劑丙酮對(duì)步驟2-4)所處理的柱塞表面進(jìn)行脫脂處理。步驟2-3)中，車削加工至外表面最大磨損處以下0.3mm。步驟2-4)中，噴砂采用30目棕剛玉砂，噴砂空氣壓力0.4-0.5MPa，噴砂至柱塞表面無(wú)反光、色度均勻?yàn)橹?。步驟3)對(duì)柱塞舊件進(jìn)行噴焊修復(fù)的具體方法如下：3-1)將步驟2)處理后的柱塞裝夾在噴焊旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，并開(kāi)機(jī)使柱塞開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，使用氧-乙炔火焰對(duì)柱塞進(jìn)行預(yù)熱；3-2)對(duì)步驟3-1)處理后的柱塞進(jìn)行噴涂；3-3)對(duì)步驟3-2)處理的柱塞進(jìn)行重熔，重熔時(shí)使用重熔炬從柱塞的一端開(kāi)始，至柱塞表面粉末熔化后往另一端移動(dòng)，直至整個(gè)柱塞上的粉末全部熔化；重熔處理后，柱塞表面的金屬粉末熔化并與基體形成冶金結(jié)合；3-4)對(duì)步驟3-3)處理的柱塞進(jìn)行尺寸檢驗(yàn)，若出現(xiàn)局部不足，采用噴涂進(jìn)行修補(bǔ)，確保留有0.5～1mm的加工余量后執(zhí)行步驟3-5)；3-5)在外圓磨床上對(duì)柱塞桿的外表面進(jìn)行磨削加工。步驟3-1)中，柱塞旋轉(zhuǎn)速度為35-40r/min，預(yù)熱火焰采用中性焰。步驟3-2)中，使用Q/H-4噴涂槍，采用Ni60粉末，粒度45～180μm，噴粉時(shí)柱塞轉(zhuǎn)速35-40r/min，噴粉厚度為1-2mm；噴涂參數(shù)為乙炔壓力0.03-0.04MPa，氧氣壓力0.3-0.4MPa，噴涂槍移動(dòng)往復(fù)移動(dòng)速度50-70mm/s。Ni60粉末各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：P≤0.007％，S≤0.005％，Ni：17％，Cr：3.5％，B：4％，Si：2％，F(xiàn)e為余量。步驟3-3)中，重熔參考溫度1000-1020攝氏度，使用紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)溫。步驟3-5)中，砂輪選用100目號(hào)Si3N4大孔隙砂輪，磨削后的柱塞直徑尺寸為d0-0.025mm，表面粗糙度不高于0.04um，噴焊涂層有效厚度不低于0.4mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明不僅適用于對(duì)舊柱塞的修復(fù)，同樣也適用于對(duì)新柱塞的表面改性，并且可以進(jìn)行多次修復(fù)；本發(fā)明修復(fù)的耐沖刷性表面，與傳統(tǒng)的工藝相比，具有更高的表面耐磨性能，其表面硬度≥60HRC，可大幅度提高處理后零件在石油工作面下惡劣環(huán)境中表面的耐磨性能；本發(fā)明采用了最先進(jìn)表面處理技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)工藝具有更高的表面耐腐蝕性，可大幅度提高處理后零件在石油工作面下惡劣環(huán)境中表面的耐腐蝕性能；本發(fā)明中的表面與基體為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度不低于200MPa，結(jié)合強(qiáng)度高，因此能長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受流體沖刷，高溫環(huán)境下仍保持表面的完整性；本發(fā)明在柱塞進(jìn)行噴焊之前，首先采用3D掃描的方式獲得高精度的尺寸數(shù)據(jù)，再將柱塞先整體進(jìn)行降尺寸處理，在保證噴焊后零件的尺寸基礎(chǔ)上，不僅保證了零件的尺寸精度，更保證了涂層的厚度，因此其性能穩(wěn)定、可靠；本發(fā)明完全避免了傳統(tǒng)有機(jī)涂料技術(shù)帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，具有良好的環(huán)保性?！靖綀D說(shuō)明】圖1為本發(fā)明方法操作流程圖；圖2為本發(fā)明所用的工作平臺(tái)示意圖。其中：1-卡盤；2-噴涂槍/重熔槍；3-柱塞；4-工作臺(tái)；5-尾頂?！揪唧w實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：參見(jiàn)圖1，本發(fā)明油田注水用往復(fù)式柱塞泵柱塞修復(fù)方法，包括以下步驟：1)柱塞原件3D掃描，獲得高精度原件尺寸數(shù)據(jù)，為舊件還原提供尺寸數(shù)據(jù)；2)舊件表面處理:2-1)使用鋼絲刷、拋光片、磨頭等工具去除待表面改性柱塞表面銹跡，油渣等雜質(zhì)，確保銹斑完全去除，有腐蝕坑的將腐蝕坑完全清理干凈，表面為金屬光澤；2-2)將步驟2-1)處理的柱塞使用著色探傷的方法對(duì)其基體進(jìn)行探傷，若有裂紋需去除裂紋，去除裂紋的具體方法可采用采用角磨機(jī)將裂紋打磨，至沒(méi)有裂紋為止；2-3)將步驟2-2)處理的柱塞桿外表面進(jìn)行車削加工，去除外表面上磨損部分。車削加工至外表面最大磨損處以下0.3mm；2-4)將步驟2-3)處理后的柱塞進(jìn)行噴砂處理，清理清潔柱塞表面，并增加柱塞表面的粗糙度使后續(xù)涂層的結(jié)合強(qiáng)度更高。噴砂采用30目棕剛玉砂，噴砂空氣壓力0.4-0.5MPa，噴砂至柱塞表面無(wú)反光、色度均勻?yàn)橹梗?-5)使用有機(jī)溶劑丙酮對(duì)步驟2-4)所處理的表面進(jìn)行脫脂處理；3)舊件噴焊修復(fù)：3-1)將步驟2)處理后的柱塞裝夾在噴焊專用旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，并開(kāi)機(jī)使柱塞開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，使用氧-乙炔火焰對(duì)柱塞進(jìn)行預(yù)熱；柱塞旋轉(zhuǎn)速度為35-40r/min，預(yù)熱火焰采用中性焰；3-2)將步驟3-1)處理后的柱塞進(jìn)行噴涂，使用Q/H-4噴涂槍，采用Ni60粉末，噴粉時(shí)柱塞轉(zhuǎn)速35-40r/min，噴粉厚度為1-2mm；噴涂參數(shù)為乙炔壓力0.03-0.04MPa，氧氣壓力0.3-0.4MPa，噴涂槍移動(dòng)往復(fù)移動(dòng)速度50-70mm/s；Ni60粉末的粒度為45～180μm。其中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下所示：P≤0.007％，S≤0.005％，Ni：17％，Cr：3.5％，B：4％，Si：2％，F(xiàn)e為余量。3-3)將步驟3-2)所處理的柱塞進(jìn)行重熔，重熔時(shí)使用重熔炬從柱塞的一端開(kāi)始，至柱塞表面粉末熔化后出現(xiàn)“鏡面反光”現(xiàn)象后往另一端移動(dòng)，直至整個(gè)柱塞上的粉末全部熔化。重熔參考溫度1000-1020攝氏度，使用紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)溫；重熔處理后，柱塞表面的金屬粉末熔化并與基體形成冶金結(jié)合；3-4)將步驟3-3)所處理的柱塞進(jìn)行尺寸檢驗(yàn)，若出現(xiàn)局部不足，可采用噴涂進(jìn)行修補(bǔ)，確保留有0.5-1.0mm的加工余量后轉(zhuǎn)交下一步操作；3-5)在外圓磨床上對(duì)將步驟3-4)柱塞桿的外表面進(jìn)行磨削加工，砂輪選用100目號(hào)Si3N4大孔隙砂輪，磨削后的柱塞直徑尺寸為d0-0.025mm，表面粗糙度不高于0.04um，噴焊涂層有效厚度不低于0.4mm。表1本發(fā)明與其它工藝的對(duì)比說(shuō)明工藝成本抗腐蝕性能耐磨性結(jié)合方式本發(fā)明低好好冶金結(jié)合抗腐蝕涂料低差差物理結(jié)合不銹鋼材質(zhì)較高一般一般-如圖2所示，噴焊專用旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括工作臺(tái)4，工作臺(tái)4上安裝用于夾持柱塞3的卡盤1，工作臺(tái)4的后端設(shè)置與卡盤1配合工作，使柱塞3穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的尾頂5，工作臺(tái)4的上方設(shè)置噴涂槍/重熔槍2。實(shí)施例：對(duì)注水站注水泵柱塞進(jìn)行修復(fù)再利用，共包括(1)新品3D掃描、(2)舊件表面處理、(3)舊件噴焊修復(fù)3項(xiàng)內(nèi)容。(1)對(duì)柱塞試驗(yàn)品原件進(jìn)行3D掃描，其外徑55mm，有效長(zhǎng)度580mm；(2)對(duì)舊件表面進(jìn)行去污、探傷、車削、噴砂、脫脂處理，處理后表面為金屬光澤、無(wú)裂紋，車削加工至54.2mm，噴砂空氣壓力0.5MPa，柱塞表面無(wú)反光；(3)舊件噴焊修復(fù)：預(yù)熱：預(yù)熱溫度380攝氏度；噴涂：采用Ni60粉末，噴粉時(shí)柱塞轉(zhuǎn)速38/min，噴粉厚度為1mm；噴涂參數(shù)為乙炔壓力0.04MPa，氧氣壓力0.35MPa，噴涂槍移動(dòng)往復(fù)移動(dòng)速度60mm/s；重熔：重熔溫度1000攝氏度；修補(bǔ)：尺寸超出原品尺寸0.7mm，無(wú)需修補(bǔ)；磨削：磨削后的柱塞直徑尺寸為55mm，表面粗糙度0.02um。對(duì)比例1采用常規(guī)刷涂防腐蝕涂料的柱塞。對(duì)比例2采用常規(guī)馬氏體不銹鋼材質(zhì)的柱塞。表2本發(fā)明與常規(guī)方法處理的柱塞性能對(duì)比表以上內(nèi)容僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3