专利名称：抽油泵柱塞的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种抽油泵柱塞的制造方法。
背景技术：
抽油机有杆泵采油是一种人工举升采油方式，以其设备简单，投资少，管理方便，适应性强等优点被国内外各主要油田广泛采用。有杆泵采油设备性能的好坏在石油开采领域具有举足轻重的作用。抽油泵是其中的一个重要组成部分，是通过油管和抽油杆下到井中并沉没在液面以下一定深度、靠抽汲作用将油排出地面。抽油泵主要由泵筒、柱塞、进油阀、出油阀组成。上冲程时，柱塞下面的下泵腔容积增大，压力减小，进油阀在其上下压差的作用下打开，原油进入下腔；与此同时，出油阀在其上下压差作用下关闭，柱塞上面的上泵腔内的原油沿油管排到地面。同理，下冲程时，柱塞压缩进油阀和出油阀之间的原油，关闭进油阀，打开出油阀，下泵腔原油进入上泵腔。柱塞一上一下，抽油泵完成了一次循环。如此周而复始，地下的原油不断的通过抽油泵被排出地面。
在抽油泵的工作过程中，在泵筒内周而复始上下往复运动的柱塞不可避免的与泵筒内表面发生摩擦作用，在自身外表面磨损的同时，也对泵筒内表面造成了破坏。此外，国内油田普遍进入高含水开发后期，由于高含砂、高含水、高矿化度、高温蒸汽稠油开采、注聚合物开采及强腐蚀的介质环境等因素影响，也对柱塞造成腐蚀破坏作用，这种腐蚀作用同时更加剧了柱塞的磨损。
由于抽油泵柱塞及泵筒的磨损导致抽油泵失效，结果造成修井作业，而修井作业除引起修井开销外，也同时损失了产量。因此如何提高抽油泵的使用寿命，是油田开采急需解决的重要问题之一。
以往的抽油泵柱塞表面镀有一层铬保护层，这种柱塞表面硬度高、光洁度高、有一定的耐磨性和耐腐蚀性。这种铬保护层虽然在一定程度上减缓了柱塞的磨损，提高了柱塞耐腐蚀性，但是电镀层与基体结合不紧密，电镀层和基体之间有明显的界面，界面两侧基体和电镀层的成分相差非常大，其化学电位差也非常大。一旦表面电镀层由于硬质颗粒例如砂粒的划伤而出现缺陷，造成基体的露出，在电化学作用下，腐蚀过程会沿着电位差最大的位置即界面迅速扩展，最终导致镀层的大片剥落，导致柱塞的失效。这也就是电镀铬不耐磨粒磨损的原因。同时电镀铬镀层的高硬度也加剧了对抽油泵泵筒内表面的磨损。
发明内容
本发明的目的是提供一种抽油泵柱塞的制造方法，通过这种方法制作的抽油泵柱塞具有更强的耐腐蚀性和耐磨性，使用时可有效降低对泵筒内表面的磨损，提高了抽油泵的使用寿命。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案1、一种抽油泵柱塞的制造方法，其特征是，它包括下列步骤一、合金粉末混合物的配制，即将下列重量比的粉末状金属原料混合铬14％～17％，铁≤8％，硅3.5％～5％，硼2.8％～3.8％，碳0.5％～1％，镍65.2％～78.9％；二、喷涂用合金粉末制作首先，将步骤一中获得的合金粉末混合物倒入熔炼炉中，在1000℃～1150℃的温度下，使粉末状金属原料熔化成液态合金，并除去表面熔渣；然后，打开熔炼炉锅体底部的漏嘴，利用压缩气喷枪喷出的高压气体作为气刀对从熔炼炉锅体底部的漏嘴漏出的液态合金细流进行切割，使液态合金细流雾化成极微小的金属液滴，金属液滴在下落过程中，在压缩气喷枪形成的气流的冷却作用下凝固成合金粉末，合金粉末落入熔炼炉底部的洁净的干燥的器皿中；最后利用150目～300目的筛子将器皿中的合金粉末进行筛分，得到的筛下物即为喷涂用合金粉末；三、柱塞杆体表面预处理，对柱塞杆体表面打磨粗化，并使表面活化，保证柱塞杆体表面清洁、无油污；四、对柱塞杆体表面预热、喷涂；首先，让柱塞转动着在中频感应加热器的加热线圈内沿轴向移动，使柱塞杆体表面自始端至终端依次被中频感应加热器的加热线圈预热一遍，使柱塞表面温度在290℃～310℃，以除去柱塞表面的水分和提高柱塞表面的温度，增加粉末粘接结合率，避免过多粉末撞击在冷工件上所造成的反弹损耗；被加热后从加热线圈端部伸出来的柱塞立刻用金属粉末喷枪喷涂上述步骤二中得到的喷涂用合金粉末，直至喷涂完柱塞杆体的末端；五、继续对柱塞杆体表面喷涂喷涂用合金粉末，使柱塞杆体最终涂层厚度为0.5mm～0.7mm；六、重熔冷却，采用中频感应加热装置对柱塞杆体进行表面感应加热，使柱塞杆体表面的合金涂层重熔，重熔温度控制在在950℃-1050℃，即涂层出现镜面现象，并使柱塞在转动状态下冷却下来；七、对柱塞抛光，使柱塞表面涂层厚度在0.25mm～0.4mm范围，粗糙度不超过Ra0.4μm。
步骤一中所述压缩气喷枪喷出的高压气体的压力为0.78MPa～0.82Mpa。
本发明的优点是1、本发明抽油泵柱塞的制造方法，操作简便，容易控制，涂层与柱塞结合紧密，涂覆过程不影响柱塞基体材料的金相组织。通过这种方法制作的抽油泵柱塞具有更强的耐腐蚀性和耐磨性，使用时部分合金涂层成分会随着摩擦过程的进行转移到泵筒内壁并附着在泵筒内壁上，起到既保护柱塞又保护泵筒的双向保护功能，提高了抽油泵的使用寿命。
2、通过本发明抽油泵柱塞的制造方法制作的抽油泵柱塞，其中的涂层通过重熔工艺与柱塞基体材料形成冶金结合，涂层的成分与基体的成分在重熔过程中相互扩散渗透，在涂层和基体材料之间存在一定厚度的过渡区，使得涂层到基体的成分变化相对缓慢，避免了形成成分突变的界面，也就避免了电镀铬涂层在表面出现缺陷后因腐蚀的扩展导致涂层大片脱落的问题。
具体实施例方式
实施例1一种抽油泵柱塞的制造方法，其特征是，它包括下列步骤一、合金粉末混合物的配制，即将下列重量比的粉末状金属原料混合14％的铬，6％的铁，4％的硅，3％的硼，0.8％的碳，72.2％的镍；二、喷涂用合金粉末制作首先，将步骤一中获得的合金粉末混合物倒入熔炼炉锅体中，在1000℃～1150℃的温度下，使合金粉末混合物熔化成液态合金，并除去表面熔渣；然后，打开熔炼炉锅体底部的漏嘴，利用压缩气喷枪喷出的0.78MPa～0.82MPa的高压气体作为气刀对从熔炼炉锅体底部的漏嘴漏出的液态合金细流进行切割，使液态合金细流雾化成极微小的金属液滴，金属液滴在下落过程中，在压缩气喷枪形成的气流的冷却作用下凝固成合金粉末，合金粉末落入熔炼炉底部的洁净的干燥的器皿中；最后利用150目～300目的筛子将器皿中的合金粉末进行筛分，得到的筛下物即为喷涂用合金粉末；三、柱塞杆体表面预处理，对柱塞杆体表面用100#砂带打磨粗化，并使表面活化，保证柱塞杆体表面清洁、无油污；四、对柱塞杆体表面预热、喷涂；首先，将柱塞穿过上海华仪感应加热设备有限公司生产中KGPS-160KW/8KHZ型中频感应加热器的感应线圈，柱塞的两端通过带有内螺纹的连接杆、卡盘固定在柱塞固定车床上，柱塞固定车床具有可带动柱塞的转动装置和移动装置；然后让柱塞以145转/分钟～155转/分钟的速度转动着在中频感应加热器的加热线圈内沿轴向以19mm/s～21mm/s的速度移动，使柱塞杆体表面自始端至终端依次被中频感应加热器的加热线圈预热一遍，预热时，中频感应加热器的输出功率保持在19KW～21KW，以除去柱塞表面的水分和提高柱塞表面的温度，增加粉末粘接结合率，避免过多粉末撞击在冷工件上所造成的反弹损耗，预热一遍后即将中频感应加热器电源关闭；而被加热后从加热线圈端部伸出来的柱塞立刻用上海瑞发喷涂机械有限公司生产的型号为QT-E20000-7/h的金属粉末喷枪喷涂上述步骤二中得到的喷涂用合金粉末，直至喷涂完柱塞杆体的末端，喷涂时喷涂用合金粉末是通过气泵输送到金属粉末喷枪中的，并与氧气和乙炔在金属粉末喷枪中混合后从喷枪口送出，其中输送到金属粉末喷枪的氧气流量为0.39m3/h～0.41m3/h，乙炔流量为0.79m3/h～0.81m3/h，气泵的气体压力为0.023MPa～0.025Mpa；五、柱塞杆体终端喷完后，使柱塞杆体以145转/分钟～155转/分钟的速度转动着在中频感应加热器的加热线圈内沿轴向以19mm/s～21mm/s的速度向相反方向移动，并用金属粉末喷枪对柱塞杆体喷涂第二遍；如果涂层厚度要求较高则喷第三遍；六、重熔冷却，采用上海华仪感应加热设备有限公司生产中KGPS-160KW/8KHZ型中频感应加热器对柱塞杆体进行表面感应加热，中频感应加热器的输出功率保持在103KW～107KW，柱塞相对中频感应加热器的线圈作转动和直线运动，柱塞的转动速度为145转/分钟～155转/分钟，柱塞沿轴向的移动速度为13mm/s～15mm/s，使粉末充分熔化流动，并使柱塞在转动状态下在空气中自然冷却下来；七、对柱塞抛光，即依次采用100#砂带和200#砂带打磨抛光，使柱塞表面涂层厚度为0.25mm或0.3mm或0.4mm范围，粗糙度不超过Ra0.4μm。如果涂层的厚度小于0.25mm，则不能完全保证柱塞在正常使用时期内的正常磨损消耗，如果涂层的厚度大于0.4mm，则将导致柱塞成本过高。
实施例2一种抽油泵柱塞的制造方法，其特征是，它包括下列步骤一、合金粉末混合物的配制，即将下列重量比的粉末状金属原料混合14.3％的铬，3.5％的硅，2.8％的硼，0.5％的碳，78.9％的镍；步骤二至步骤七同实施例一。
实施例3一种抽油泵柱塞的制造方法，其特征是，它包括下列步骤一、合金粉末混合物的配制，即将下列重量比的粉末状金属原料混合14％的铬，8％的铁，5％的硅，3％的硼，3.8％的碳，65.2％的镍；步骤二至步骤七同实施例一。
权利要求
1.一种抽油泵柱塞的制造方法，其特征是，它包括下列步骤一、合金粉末混合物的配制，即将下列重量比的粉末状金属原料混合铬14％～17％，铁≤8％，硅3.5％～5％，硼2.8％～3.8％，碳0.5％～1％，镍65.2％～78.9％；二、喷涂用合金粉末制作首先，将步骤一中获得的合金粉末混合物倒入熔炼炉中，在1000℃～1150℃的温度下，使粉末状金属原料熔化成液态合金，并除去表面熔渣；然后，打开熔炼炉锅体底部的漏嘴，利用压缩气喷枪喷出的高压气体作为气刀对从熔炼炉锅体底部的漏嘴漏出的液态合金细流进行切割，使液态合金细流雾化成极微小的金属液滴，金属液滴在下落过程中，在压缩气喷枪形成的气流的冷却作用下凝固成合金粉末，合金粉末落入熔炼炉底部的洁净的干燥的器皿中；最后利用150目～300目的筛子将器皿中的合金粉末进行筛分，得到的筛下物即为喷涂用合金粉末；三、柱塞杆体表面预处理，对柱塞杆体表面打磨粗化，并使表面活化，保证柱塞杆体表面清洁、无油污；四、对柱塞杆体表面预热、喷涂；首先，让柱塞转动着在中频感应加热器的加热线圈内沿轴向移动，使柱塞杆体表面自始端至终端依次被中频感应加热器的加热线圈预热一遍，使柱塞表面温度在290℃～310℃，以除去柱塞表面的水分和提高柱塞表面的温度，增加粉末粘接结合率，避免过多粉末撞击在冷工件上所造成的反弹损耗；被加热后从加热线圈端部伸出来的柱塞立刻用金属粉末喷枪喷涂上述步骤二中得到的喷涂用合金粉末，直至喷涂完柱塞杆体的末端；五、继续对柱塞杆体表面喷涂喷涂用合金粉末，使柱塞杆体最终涂层厚度为0.5mm～0.7mm；六、重熔冷却，采用中频感应加热装置对柱塞杆体进行表面感应加热，使柱塞杆体表面的合金涂层重熔，重熔温度控制在在950℃-1050℃，即涂层出现镜面现象，并使柱塞在转动状态下冷却下来；七、对柱塞抛光，使柱塞表面涂层厚度在0.25mm～0.4mm范围，粗糙度不超过Ra0.4μm。
2.如权利要求1所述的抽油泵柱塞的制造方法，其特征是，步骤一中所述压缩气喷枪喷出的高压气体的压力为0.78MPa～0.82Mpa。
全文摘要
本发明涉及一种抽油泵柱塞的制造方法，它包括下列步骤一、合金粉末混合物的配制，即将下列重量比的粉末状金属原料混合铬14％～17％，铁≤8％，硅3.5％～5％，硼2.8％～3.8％，碳0.5％～1％，镍65.2％～78.9％；二、喷涂用合金粉末制作；三、对柱塞杆体表面打磨粗化；四、对柱塞杆体表面预热、喷涂；五、继续对柱塞杆体表面喷涂喷涂用合金粉末，使柱塞杆体最终涂层厚度为0.5mm～0.7mm；六、重熔冷却；七、对柱塞抛光。本发明制作的抽油泵柱塞具有更强的耐腐蚀性和耐磨性，使用时部分合金涂层成分以片状形式转移到泵筒内壁，起到既保护柱塞又保护泵筒的双向保护功能，提高了抽油泵的使用寿命。
文档编号F04B53/14GK1900524SQ20061008896
公开日2007年1月24日 申请日期2006年7月27日 优先权日2006年7月27日
发明者黄锦滨, 倪德才, 吴振宁, 肖华丽, 郭亲佩 申请人:安东石油技术(集团)有限公司