等離子熔覆技術(shù)再制造在軸類零件修復(fù)中的探索

李莉

摘要：文章結(jié)合石油鉆井設(shè)備的修理工藝，介紹了長(zhǎng)慶鉆井總公司裝備公司通過(guò)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用等離子覆技術(shù)，提高石油鉆井設(shè)備的完好性、可靠性，指出該技術(shù)對(duì)解決石油鉆井設(shè)備故障的重要意義。

關(guān)鍵詞：等離子;熔覆;機(jī)械維修

0 ?引言

近幾年石油鉆井工業(yè)采用工廠化大生產(chǎn)模式，鉆井速度進(jìn)一步提升，對(duì)設(shè)備的可靠性、安全性、完好性提出了更高的要求。因此，不斷提高石油鉆井設(shè)備的使用可靠性一直是我們裝備公司設(shè)備修理與維護(hù)的根本要求。另一方面，眾多材料供配企業(yè)為了提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，降低生產(chǎn)和管理成本，軸類等非常規(guī)零配件常常沒(méi)有現(xiàn)貨供應(yīng)。一旦鉆井隊(duì)發(fā)生設(shè)備故障，由于缺少配件或者配件組織供應(yīng)緩慢，問(wèn)題將無(wú)法得到及時(shí)解決，對(duì)保障一線鉆井生產(chǎn)造成了很大影響。再次，裝備公司銀川石油機(jī)械修造廠在這幾年的設(shè)備大修理中，已經(jīng)證實(shí)了鑲套修復(fù)工藝對(duì)于目前的鉆井設(shè)備使用工況已不適用。因此，等離子熔覆技術(shù)再制造鉆井設(shè)備軸類等零配件的技術(shù)對(duì)于石油鉆井設(shè)備的修理維護(hù)有著極其關(guān)鍵重要的意義。

1 ?軸類零件等離子熔覆修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的目的

在鉆井設(shè)備修理中，軸類零件的磨損是最常見(jiàn)的。通常，在軸頸磨損超過(guò)0.5mm后，傳統(tǒng)的修復(fù)工藝就不能滿足再次修復(fù)使用，往往只能報(bào)廢更換新軸，造成修理單位成本一直居高不下。但報(bào)廢的軸類零件機(jī)械性能良好，如果通過(guò)增材修復(fù)后完全能夠滿足設(shè)備的使用要求。

等離子熔覆是一種先進(jìn)的涂層技術(shù)，其與母材的熔覆性、增材后的加工性良好，適宜于軸類表面磨損后增材修復(fù)。為降低修理成本、提高設(shè)備修理單位效益，研究推廣應(yīng)用軸類等離子熔覆再制造技術(shù)、提高軸類零件使用壽命、降低修理成本是很好的途徑。

1.1 鉆井設(shè)備修理中軸類零件的修復(fù)現(xiàn)狀

在鉆井設(shè)備修理中，傳統(tǒng)的軸類零件的修復(fù)主要采取兩種工藝措施：粘膠修復(fù)和打樣沖眼修復(fù)，修復(fù)范圍不超過(guò)0.5mm。通常采用的修復(fù)工藝是手工打磨。

1.2 軸類零件等離子熔覆粉末的選型

鉆井設(shè)備的軸類，其材質(zhì)主要有35CrMo和45#調(diào)質(zhì)，軸表面硬度一般在HRC35-55之間。因此，在等離子熔覆時(shí)，焊粉材質(zhì)選擇非常重要。選擇焊粉時(shí)們主要依據(jù)以下原則：

①焊粉材質(zhì)與母材相同或性能接近。

②焊粉的熔點(diǎn)低，自熔性、浸潤(rùn)性好，涂層的成型美觀、無(wú)缺陷。

③焊粉有良好的流動(dòng)性，顆粒成型為球狀，大小均勻。

④焊粉有較高的抗開(kāi)裂能力和較小的收縮線性。

⑤子熔覆一般多用于零件的磨損修理，所以還要求熔覆層有較高的硬度和耐磨性。

此外，在焊粉的選用上，還要考慮加工車床的切削能力等因素。

經(jīng)過(guò)對(duì)大量合金粉末的試驗(yàn)和篩選，鎳基自熔性合金粉末中熔覆后的硬度太高達(dá)到HRC60，難以切削，不建議在軸類零件修復(fù)時(shí)采用。鐵基合金粉末在熔覆時(shí)與母材的融合性很好，根據(jù)不同的軸表面硬度可以選擇不同組分焊粉，其硬度在軸硬度范圍內(nèi)，選加工性較好，加工后表面光潔度完全達(dá)到技術(shù)要求，效果良好。

因此，在鉆井設(shè)備軸類零件的等離子熔覆再制造中，選擇鐵基合金焊粉。

2 ?軸類零件等離子熔覆再制造應(yīng)用實(shí)例

對(duì)JC-32絞車剎把軸的修復(fù)。該軸長(zhǎng)1790mm、直徑60mm，材質(zhì)45#調(diào)質(zhì)處理。以前采用焊修配合孔位置等工藝進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)周期長(zhǎng)，修復(fù)工序較多。該剎把軸修復(fù)前的情況是：主動(dòng)拐部位大面積磨損，比標(biāo)準(zhǔn)尺寸小1mm。經(jīng)分析，決定采用牌號(hào)JG-1的鐵基粉末對(duì)其磨損表面進(jìn)行等離子熔覆。根據(jù)熔覆部位直徑，設(shè)定車床的主軸S軸的轉(zhuǎn)速15r/min、等離子焊機(jī)的電流設(shè)定為90A。等離子氣流量調(diào)整在1.2L/min。等離子熔覆后，該剎把軸熔覆表面成型均勻，表面硬度檢測(cè)為HRC25，效果良好。（圖1）

3 ?結(jié)束語(yǔ)

等離子熔覆技術(shù)的基本特點(diǎn)是覆層平整、稀釋率低、與母材的冶金結(jié)合強(qiáng)度高。低稀釋率有利于保證熔覆層的成分和性能，而覆層的表面均勻性將使后續(xù)加工量大大降低，也因此降低了后續(xù)加工成本。熔覆過(guò)程中工件溫度小、變形量小，對(duì)工件原有性能影響小，因而能大大滿足軸類修復(fù)的需要，實(shí)現(xiàn)在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)工件使用功能的要求，滿足了鉆井設(shè)備“搶修”軸類修復(fù)的需求。

在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，等離子熔覆再加工中突出存在的問(wèn)題是工件發(fā)藍(lán)退火的問(wèn)題。解決此問(wèn)題的一般途徑為：

①?gòu)暮辖鸪煞值脑O(shè)計(jì)及輔助工藝條件的改善出發(fā)，避免過(guò)高溫度的產(chǎn)生。

②從修復(fù)工藝的角度出發(fā)分清楚工件的使用情況，而考慮是否用不同的粉末，分層開(kāi)展熔覆或結(jié)合冷、熱噴涂等方法采用復(fù)合工藝進(jìn)行修復(fù)。

筆者將結(jié)合單位生產(chǎn)實(shí)際和技術(shù)推廣中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)一步深入研究，持續(xù)改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)鉆井設(shè)備修理單位軸類零件的再制造，從而為企業(yè)的降本增效提供一條有效途徑。

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