專利名稱：一種合金涂層熱噴涂抽油光桿生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型合金涂層熱噴涂抽油光桿生產線，屬于石油設備領域。
背景技術：
在石油行業中，抽油機有桿泵采油是一種人工舉升采油方式，以其設備簡單， 投資少，管理方便，適應性強等優點被國內外各油田廣泛采用。抽油機、抽油桿 和抽油泵是有桿泵采油設備的三個主要組成部分，其中抽油桿是將抽油機的運動 和動力傳遞給井下抽油泵進行抽汲的部件。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裸露在野外大氣中，下沖程時浸在 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，對抽油光桿進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、化學鍍鎳磷以及 合金涂層熱噴涂技術。
電鍍鉻技術是通過電鍍在抽油光桿表面鍍上一層鉻保護層，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合不緊密，電鍍層和基體之間有明顯的界面， 界面兩側基體和電鍍層的成分相差非常大，其化學電位差也非常大。 一旦表面電 鍍層由于硬質顆粒例如砂粒的劃傷而出現缺陷，造成基體的露出后，在電化學作 用下，腐蝕過程會沿著電位差最大的位置即界面迅速擴展，最終導致鍍層的大片 剝落，導致抽油光桿的腐蝕失效。此外，化學鍍鎳磷技術也與電鍍鉻技術類似， 鎳磷鍍層在受到硬質顆粒的劃傷后會大片剝落，導致抽油光桿腐蝕失效。
合金涂層熱噴涂技術是通過熱噴涂技術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 合，涂層的成分與基體的成分在重熔過程中相互擴散滲透，在涂層和基體材料之 間存在一定厚度的過渡區，使得涂層到基體的成分變化相對緩慢，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缺陷后因腐蝕的擴展 而導致涂層大片脫落的問題。
但是，由于合金涂層熱噴涂技術加工流程相對復雜，而且抽油光桿是典型的 超細長桿類零件，導致對抽油光桿進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線。目前較為廣泛的生產方式是對抽油桿表 面淬火設備進行設備改造，利用淬火設備完成對桿體的預熱、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備對抽油桿工件的支撐方式是斜向滾輪自然支撐方式，即 將抽油桿自由狀態放置在一排與抽油桿軸線呈一夾角放置的滾輪上，滾輪轉動之 后利用摩擦力帶動工件一方面軸向旋轉， 一方面同時軸向移動，即螺旋式前進。 在這個過程中抽油桿由于其超細長的尺寸特點而運動穩定性很差，跳動度很高， 嚴重影響了桿體表面的打磨、表面涂層熱噴涂處理的加工質量。因此還需要對工 件支撐和移動方式進行改造，將工件的螺旋前進方式分解為獨立的自轉和軸向移 動兩個運動方式，利用固定位置滾輪支撐實現工件的支撐和旋轉，導軌大車帶動 工件在導軌上運動實現工件的軸向移動。
使用這種改造的設備雖然能夠實現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設備上，各工序對設備和工件的要求不同，對設備和 工件的影響不同，會出現不同工藝之間的矛盾。在整個生產過程中，合金涂層的 熱噴涂處理和中頻重熔加熱處理對設備的精密度和工件運行的平穩度要求很高， 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度非常小。另一方面，利用砂帶磨頭對光桿表面 進行打磨處理時，為了保證一定的打磨效果和打磨效率，磨頭對桿體的下壓載荷 會很高，這就導致工件在打磨過程中受力而產生幅度很大的振動，導致工件在行 進過程中不停的跳動，極易接觸和撞擊到中頻加熱線圈，造成設備的損壞，設備 故障率很高。
此外，使用這種設備只能進行單件小批量生產，生產效率低；多工序集成設
備對操作工人的操作要求高，易出現人為操作失誤，導致成品率下降，這些都極
大的降低了合金涂層熱噴涂光桿產品的市場競爭力，影響了熱噴涂技術這種優秀
的表面處理技術在石油設備領域的廣泛推廣。
發明內容
本發明的目的是提供一種新型合金涂層熱噴涂抽油光桿生產線，該生產線根 據熱噴涂工藝和抽油光桿這種細長桿類零件的尺寸特點出發，改變之前使用自制 改造的非標設備進行單件加工的思路，將整個抽油光桿表面合金涂層熱噴涂工藝 進行分解，對分解后的每個工序使用更為通用的標準生產設備進行生產，并將各 工序之生產設備按照生產效率最優化原則進行合理的生產排組，通過 動上下料 和傳輸機構組成完整的合金涂層熱噴涂抽油光桿生產線。使用這種合金涂層熱噴 涂抽油光桿生產線進行生產，由于使用標準化設備而提高了設備的穩定性和零部件互換性，有效降低設備的故障率和維護時間，并通過各工序合理的生產排組和 配比，有效的優化了加工時間，從而大幅度提高了生產效率，使抽油光桿表面合 金涂層的熱噴涂加工成為更為標準化的生產流程，便于更規范的生產運營管理。 為實現上述目的，本發明采取以下設計思路進行合金涂層熱噴涂抽油光桿生 產線的方案設計
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 面預熱》表面熱噴涂合金粉末—涂層進行重熔和水冷卻降溫》對涂層 進行回火熱處理》對表面進行拋光處理》下料。
2、 分析每一工序和與前后工序的銜接，將相關無法分割和易于關聯在一 起的工序進行分組，得到以下三個工序組前處理組(包括上料、表 面粗化)、涂層處理組(包括表面預熱、表面熱噴涂合金粉末、對涂 層進行重熔和水冷卻降溫、對涂層進行回火熱處理)、后處理組(包 括對表面進行拋光處理、下料)。
3、 對各工序組的工藝進行細化，形成獨立的處理工藝。并結合常規加工 手段確定加工設備。得到如下表所示的設備及其加工工藝清單。
設備名稱功能加工流程
表面粗化機對抽油光桿表面進行粗化 處理，為表面噴涂作準備上料、粗化打磨、下料
表面噴涂機對表面進行熱噴涂、重熔、 回火熱處理上料、預熱噴涂、重熔 水冷、回火、下料
表面拋光機對帶有涂層的表面進行拋 光打磨完成最終表面處理上料、打磨、下料。
4、 統計每一個設備和工序的加工時間并進行分析優化，確定最佳設備配 比為1臺表面粗化機、2臺表面噴涂機和1臺表面拋光機。
5、 在各設備之間設計安裝有工件自動傳輸線用于工件在各設備之間的 傳輸，同時在各設備與自動傳輸線之間安裝有自動機械手，通過機械 手的抓舉、翻轉等動作，以實現工件從設備到傳輸線的自動上、下料。
本發明采用的技術方案為 一種合金涂層熱噴涂抽油光桿生產工藝，包括前 處理組、涂層處理組和后處理組三個工序，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熱、表面熱噴涂合金粉末、對涂層進行重熔和水冷 卻降溫、對涂層進行回火熱處理；所述的后處理組包括對表面進行拋光處理、下 料；使用同步自動機械手和自動傳輸線來完成設備的自動上下料和工件在各設備 之間傳輸。
所述的前處理組使用的設備為表面粗化機重慶博益砂帶磨床有限公司生產的2M5015型砂帶磨床，用于光桿表面粗化打磨；涂層處理組使用的設備為表面 噴涂機裝配有中國農業科學院表面工程研究所的DZ_5000火焰熱噴涂設備和 上海華伊感應加熱設備有限公司的160KW/8KC中頻加熱設備的北京思威盛業工 程技術有限公司生產的SWCH1530車床，用于光桿表面合金涂層熱噴涂處理；后 處理組使用的設備為表面拋光機重慶博益砂帶磨床有限公司生產的2M5015B 型砂帶磨床，用于光桿表面拋光處理。
所述的表面粗化機為1臺、表面噴涂機為2臺和表面拋光機為1臺。 采用本發明的生產線后，原先大約每50分鐘生產1根表面合金涂層光桿產 品變為大約每20分鐘生產2根表面合金涂層光桿產品，生產效率提高了 300% 以上。
本發明的優點是
1、 本發明通過技術改進，使得抽油光桿表面噴涂的生產可以使用更多的標 準設備，降低了設備的加工難度、故障率和維護成本。有利于該生產工藝的推廣。
2、 該生產線將整個加工過程分解細化，并使用專項設備進行專項工藝生產， 大幅度降低了操作工人對設備的操作、維護技術要求的技術要求，降低了勞動強 度和，提高了生產質量，使生產管理的得到進一步簡化。
3、 該生產線的生產效率與比原生產工藝相比，提高了 300%以上。
具體實施例方式
一種新型合金涂層熱噴涂抽油光桿生產線，它通過以下步驟實現
一、 設備組成選擇一臺表面粗化機、兩臺表面噴涂機和一臺表面拋光機。 表面粗化機采用重慶博益砂帶磨床有限公司生產的2M5015型砂帶磨床，表面噴 涂機采用北京思威盛業工程技術有限公司生產的SWCH1530車床，并裝配有中國 農業科學院表面工程研究所的DZ — 5000火焰熱噴涂設備和上海華伊感應加熱設 備有限公司的160KW/服C中頻加熱設備，表面拋光機采用重慶博益砂帶磨床有限 公司生產的2M5015B型砂帶磨床。
二、 表面噴涂機的裝配將DZ — 5000火焰熱噴涂設備和160KW/8KC中頻加 熱設備安置在，使DZ_5000火焰噴涂設備的噴槍槍口水平距離SW1530車床工件 軸線180mm，將中頻加熱設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60cm和30cm，加熱線圈和配套冷卻水圈的軸線 與SW1530車床工件軸線同軸，以保證表面噴涂機在工作中能夠實現對抽油光桿 表面最佳的噴涂效果和加熱、重熔效果。
三、 生產線的建造將兩臺表面噴涂機并排放置，間距2米。將表面粗化機 和表面拋光機分別放置在其中一臺表面噴涂機的兩側，四個設備呈一二一布局。 在兩臺表面噴涂機之間的位置排布兩條光桿自動傳輸線，第一條傳輸線負責將表面粗化機完成粗化的光桿傳輸到表面噴涂機處，第二條傳輸線負責將表面噴涂機 完成噴涂后的光桿傳輸到表面拋光機處。此外，在每個設備和自動傳輸線之間均
安置有同步動作的3個機械手，機械手端部為V型鉗，可以很方便的抓取工件并 進行翻轉移動，用于設備和自動傳輸線之間的上下料。生產線各設備布局參見圖 1。
四、 抽油光桿的表面粗化處理將毛坯存放區待加工的抽油光桿放置于第一 條傳輸線起始處，自動傳輸線自動將光桿傳輸到表面粗化機處。表面粗化機旁的 同步自動機械手抓取工件放置于表面粗化機上，表面粗化機啟動，開始對光桿表 面進行粗化打磨。待整個光桿表面打磨完成后表面粗化機停止工作，同步自動機 械手將粗化處理完成的光桿從表面粗化機上卸下放置于第一條自動傳輸線上。
五、 抽油光桿的表面噴涂處理第一條自動傳輸線繼續運行，將粗化后的光 桿傳輸到表面噴涂機處，表面噴涂機旁的同步自動機械手將粗化處理后的光桿抓 取放置于表面噴涂機上。啟動表面噴涂機工件旋轉控制開關，光桿開始勻速轉動。 啟動車床行進控制開關，車床帶動光桿沿導軌正向移動，光桿從一頭開始穿過中 頻感應加熱線圈時，啟動加熱線圈對光桿表面進行預熱，待整個光桿通過加熱線 圈后關閉中頻感應加熱線圈完成桿體預熱。車床帶動光桿從另一頭開始反向沿導 軌移動，經過火焰噴槍時啟動氧乙炔火焰熱噴涂系統對光桿表面進行噴涂，待整 個光桿通過噴槍后關閉火焰熱噴涂系統完成桿體表面合金涂層的噴涂。車床帶動 噴涂后的光桿再次正向移動，從一頭穿過中頻感應加熱線圈，啟動中頻加熱線圈 對涂層進行重熔處理，同時啟動配套冷卻水裝置，對重熔過后的桿體表面進行水 冷，待整個光桿通過加熱線圈和冷卻水圈后關閉中頻加熱裝置和配套冷卻水裝 置，完成對桿體表面涂層的重熔處理。車床帶動重熔處理后的光桿再次反向移動， 從一頭穿過中頻加熱線圈時，啟動中頻加熱線圈再對光桿桿體進行回火熱處理， 待整個光桿通過加熱線圈后關閉中頻加熱線圈完成回火熱處理。關閉旋轉裝置停 止光桿的旋轉，同步自動機械手將表面噴涂完成后的光桿從表面噴涂機上卸下放 置到第二條傳輸線上。
六、 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傳輸到 表面拋光機處，同步自動機械手將傳輸線上的光桿抓取放置于表面拋光機上，表 面拋光機啟動，開始對光桿表面進行拋光打磨。待整個光桿表面拋光打磨完成后 關閉表面拋光機，同步自動機械手將拋光處理完成的光桿從表面粗化機上卸下放 置于第二條自動傳輸線上，傳輸線運行將完成加工的光桿向前傳輸到成品存放 區，即完成整個生產過程。
權利要求
1、一種合金涂層熱噴涂抽油光桿生產工藝，其特征是，包括前處理組、涂層處理組和后處理組三個工序，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熱、表面熱噴涂合金粉末、對涂層進行重熔和水冷卻降溫、對涂層進行回火熱處理；所述的后處理組包括對表面進行拋光處理、下料；使用同步自動機械手和自動傳輸線來完成設備的自動上下料和工件在各設備之間傳輸。
2、 如權利要求1所述的生產工藝，其特征是，前處理組使用的設備為表面 粗化機重慶博益砂帶磨床有限公司生產的2M5015型砂帶磨床，用于光桿表面 粗化打磨；涂層處理組使用的設備為表面噴涂機裝配有中國農業科學院表面工 程研究所的DZ — 5000火焰熱噴涂設備和上海華伊感應加熱設備有限公司的 160KW/8KC中頻加熱設備的北京思威盛業工程技術有限公司生產的SWCH1530車 床，用于光桿表面合金涂層熱噴涂處理；后處理組使用的設備為表面拋光機重 慶博益砂帶磨床有限公司生產的2M5015B型砂帶磨床，用于光桿表面拋光處理。
3、 如權利要求2所述的生產工藝，其特征是，所述的表面粗化機為l臺、 表面噴涂機為2臺、表面拋光機為1臺。
全文摘要
本發明涉及一種合金涂層熱噴涂抽油光桿生產工藝，包括前處理組、涂層處理組和后處理組三個工序，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熱、表面熱噴涂合金粉末、對涂層進行重熔和水冷卻降溫、對涂層進行回火熱處理；所述的后處理組包括對表面進行拋光處理、下料；使用同步自動機械手和自動傳輸線來完成設備的自動上下料和工件在各設備之間傳輸。并使用通用的表面粗化機、表面噴涂機和表面拋光機完成各工序的加工。采用本發明的生產工藝及其設備，提高了設備的穩定性和零部件互換性，降低了設備的故障率和維護時間，降低了對操作工人的要求，提高了生產質量，便于生產管理的進一步簡化。
文檔編號E21B17/00GK101591783SQ200810113699
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月29日 優先權日2008年5月29日
發明者吳振寧 申請人:安東石油技術(集團)有限公司