一种微压痕液压钳的卡瓦及包含该卡瓦的液压钳的制作方法

本发明涉及一种微压痕液压钳的卡瓦及包含该卡瓦的液压钳，适用于石油工程的技术领域。

背景技术：

液压动力钳为开口型动力钳，是油田修井作业时用于上、卸抽油杆、油管、套管、隔热管、钻杆及类似管柱螺纹的机械化设备。现有的动力钳主要由主钳和背钳组成，背钳夹紧管柱接箍，主钳夹紧管柱旋转完成接管和卸管的工作。现有动力钳的钳口内侧的牙座上配装的牙块都有较硬的硬度和锋利的牙尖，使得在接箍时能够将牙块切入管柱从而卡紧防止油管坠井。每次操作以后，都会在管柱的外表面咬出一定深度的压痕。多次使用以后，管柱的表面会出现损伤。由于油井中大量的二氧化碳和硫化氢的腐蚀，使得损伤的管柱表面被加速腐蚀，从而使其加速失效，大大增加了油气田作业的成本、工作量和作业风险。更有甚者，近年来随着非金属管柱在油田上使用的增多，使得无压痕动力钳的需求越来越紧迫。

中国专利申请CN102061897A公开了一种微损伤拧扣机主钳钳头夹紧机构，由钳头大齿轮、下颚板架、上颚板架、颚板、牙块、滚轮、滚轮轴、复位弹簧、固定轴、固定轴套和制动盘等组成，钳头大齿轮内设有三个或三个以上的颚板，颚板上装有滚轮轴、滚轮、牙块和复位弹簧。该机构采用简单、可靠的内曲面滚子爬坡多颚板夹紧机构，牙块是由耐磨材料制成，并加大与管柱的接触面积，起到夹紧管柱且不损伤管柱的作用，其经济效益可观。中国专利申请CN102061898A公开了一种微损伤拧扣机背钳钳头夹紧机构，其中公开了类似的牙块。

技术实现要素：

本发明提供了一种微压痕液压钳的卡瓦，通过本发明的制备方法制成的卡瓦片能够满足夹紧要求的同时，仅对管柱造成微小的损伤，因此很大地提高了油气田作业的经济性、可靠性和安全性。

根据本发明的微压痕液压钳的卡瓦，由合金钢制成，合金钢由以下重量份的组分组成：C 0.17-0.19％、Si 2.1-2.5％、Cr 1.4-1.7％、Mn 2.2-2.8％、W 1.3-1.5％、Ti 0.06-0.08％、Mo 0.08-0.1％、Sb 0.03-0.06％、S 0.022-0.025％、P 0.012-0.014％、其余为铁和不可避免的杂质；

其处理工艺如下：

(1)将冲压好的工件表面进行清洗、抛光和脱脂处理；

(2)将预处理好的工件加热到940-945℃进行正火处理3小时，然后通入空气在12分钟内冷却至615-620℃，并使之保持该温度1.5小时后空冷；

(3)在230℃下对渗碳炉进行干燥处理2小时；

(4)在渗碳炉的底部放入渗碳剂，将工件放入渗碳炉中，工件的上部也放入渗碳剂，将渗碳炉中温度升至660-662℃保温5小时，进行初渗；

(5)继续升温至810-815℃，保持2小时，同时持续滴入异丙醇；异丙醇的滴入量为10-12毫升/分钟，碳势为0.8％Cp；

(6)继续升温至925-930℃，保持60小时，同时持续滴入异丙醇；在此期间，前48小时为强渗阶段，异丙醇的滴入量为20-22毫升/分钟，碳势为1.2％Cp；后12小时为扩散阶段，异丙醇的滴入量为8-10毫升/分钟，碳势为0.8％Cp；

(7)随炉降温至840℃，通入冷风，温度迅速降至590-592℃，保温3小时，然后再次升温至810-815℃，保温2小时，同时持续滴入异丙醇；异丙醇的滴入量为10-12毫升/分钟，碳势为1.0％Cp；

(8)将工件取出放入油中淬火，待温度降至130-135℃时，低温回火至190-200℃，空冷；

(9)工件表面进行发黑处理，制得的卡瓦的硬度为56-62HRC。

优选地，渗碳剂由二氧化硅、炭黑、碳酸氢钙、碳酸氢钠、醋酸甲脂、丁烯酸甲脂按照质量比为1：0.3-0.34：0.12-0.15：0.1-0.13：0.2-0.23：0.06-0.08混合均匀制成。更优选地，渗碳剂由二氧化硅、炭黑、碳酸氢钙、碳酸氢钠、醋酸甲脂、丁烯酸甲脂按照质量比为1：0.33：0.15：0.12：0.21：0.06混合均匀制成。

优选地，合金钢由以下重量份的组分制成：C 0.17％、Si 2.2％、Cr 1.6％、Mn 2.5％、W 1.5％、Ti 0.08％、Mo 0.1％、Sb 0.06％、S 0.024％、P 0.013％、其余为铁和不可避免的杂质。

本发明的另一方面涉及一种微压痕液压钳，包括背钳和主钳，其中部均设有卡瓦座，卡瓦座上间隔地周向固定有卡瓦，卡瓦为如上所述的卡瓦。

优选地，卡瓦呈弧面片状，内侧设有摩擦突起部；卡瓦的内侧设置成粗糙内表面；卡瓦的个数为至少两个。

采用本发明的制备方法制得的卡瓦用于液压钳中，使得作业时对管柱的表面造成的损伤极其微小，能够极大地提高油管的使用寿命和作业安全性。

附图说明

图1是根据本发明的微压痕液压钳的立体示意图。

图2是根据本发明的微压痕液压钳的俯视图。

图3是本发明的卡瓦的一种实施方式的结构示意图。

图4是本发明的卡瓦的一种实施方式的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1和2所示，本发明的微压痕液压钳包括背钳1和主钳2，背钳1和主钳2的中部均设有卡瓦座，卡瓦3间隔地周向固定在卡瓦座上。作业时，背钳1抱紧管柱接箍，主钳2抱紧待接管柱并旋转，从而将上下管柱旋接。卡瓦的尺寸可以根据管柱的实际尺寸进行选择，其围绕卡瓦座设置的个数为至少两个，例如可以是2个、3个或4个。需要说明的是，本发明的“上”和“下”仅表示相对的方位，不应理解为是一种限定。根据实际需要，还可以理解成左右、前后的相对方位。

如图3和4所示，其中显示了一种实施方式的微压痕卡瓦的结构示意图。如图所示，卡瓦呈弧面片状，其内侧设有摩擦突起部，以增大与管柱之间的抱紧摩擦力。本领域技术人员理解，根据需要，也可以不在卡瓦的内侧设置摩擦突起部，而是将卡瓦的内侧设置成其他形式的粗糙内表面以增大摩擦。

本发明的微压痕卡瓦采用合金钢制成，该合金钢由以下重量份的组分组成：C 0.17-0.19％、Si 2.1-2.5％、Cr 1.4-1.7％、Mn 2.2-2.8％、W 1.3-1.5％、Ti 0.06-0.08％、Mo 0.08-0.1％、Sb 0.03-0.06％、S 0.022-0.025％、P 0.012-0.014％、其余为铁和不可避免的杂质。优选地，本发明的合金钢由以下重量份的组分制成：C 0.17％、Si 2.2％、Cr 1.6％、Mn 2.5％、W 1.5％、Ti 0.08％、Mo 0.1％、Sb 0.06％、S 0.024％、P 0.013％、其余为铁和不可避免的杂质。

本发明的用于制造卡瓦的合金钢的处理工艺如下：

(1)将冲压好的工件表面进行清洗、抛光和脱脂处理。

(2)将预处理好的工件加热到940-945℃进行正火处理3小时，然后通入空气在12分钟内冷却至615-620℃，并使之保持该温度1.5小时后空冷。

(3)在230℃下对渗碳炉进行干燥处理2小时。

(4)在渗碳炉的底部放入渗碳剂，将工件放入渗碳炉中，工件的上部也放入渗碳剂，将渗碳炉中温度升至660-662℃保温5小时，进行初渗。渗碳设备必须有良好的炉温均匀性、密封性和气氛均匀性，否则同炉工件会由于炉温或气氛的不均匀而导致畸变量的不均匀。

优选地，渗碳剂由二氧化硅、炭黑、碳酸氢钙、碳酸氢钠、醋酸甲脂、丁烯酸甲脂按照质量比为1：0.3-0.34：0.12-0.15：0.1-0.13：0.2-0.23：0.06-0.08混合均匀制成。更优选地，渗碳剂由二氧化硅、炭黑、碳酸氢钙、碳酸氢钠、醋酸甲脂、丁烯酸甲脂按照质量比为1：0.33：0.15：0.12：0.21：0.06混合均匀制成。上述渗碳剂是针对本发明卡瓦的合金钢成分专门配置，采用本发明的渗碳剂，能够极大地提高渗碳效率。

(5)继续升温至810-815℃，保持2小时，同时持续滴入异丙醇；异丙醇的滴入量为10-12毫升/分钟，碳势为0.8％Cp。通入的异丙醇在高温下分解，产生活性碳原子，并被加热状态的工件表面吸收，而后向合金钢内部扩散。通常，加热温度愈高，渗碳速度就愈快，且扩散层的厚度也愈深。

碳势与水势、电势一样，势差决定了物质流动的趋势。碳势差决定了碳扩散的方向。当自由扩散时，碳总是从碳势高的地方向碳势低的地方扩散。热处理中的碳势是指炉内含碳气氛在一定温度下与钢铁工件表面的奥氏体之间达到动态平衡时，钢的表面达到的含碳量。一般采用低碳钢薄片测量。将厚度小于0.1mm的低碳钢箔片置于某一温度的渗碳介质中，进行穿透渗碳，测定箔片的含碳量，即为该渗碳介质在该温度下的碳势。

(6)继续升温至925-930℃，保持60小时，同时持续滴入异丙醇。在此期间，前48小时为强渗阶段，异丙醇的滴入量为20-22毫升/分钟，碳势为1.2％Cp；后12小时为扩散阶段，异丙醇的滴入量为8-10毫升/分钟，碳势为0.8％Cp。

(7)随炉降温至840℃，通入冷风，温度迅速降至590-592℃，保温3小时，然后再次升温至810-815℃，保温2小时，同时持续滴入异丙醇；异丙醇的滴入量为10-12毫升/分钟，碳势为1.0％Cp。

(8)将工件取出放入油中淬火，待温度降至130-135℃时，低温回火至190-200℃，空冷。淬火过程中释放了零部件在整个加工工艺过程的一系列操作中积累起来的崎变潜能；淬火后的低温回火，还可使部分残留奥氏体转变为马氏体，而使马氏体充分转变为回火马氏体，从而保证组织及尺寸稳定性。

(9)工件表面进行发黑处理，发黑处理的原理是使金属表面产生一层氧化膜，以隔绝空气，达到防锈目的。

采用上述工艺处理后，卡瓦的硬度可达56-62HRC，而且耐磨性能得到了极大地提高。本发明的合金钢具有质量可靠、强度和耐磨性能好等优点，非常适合于卡瓦的工作环境。

同时，采用了上述制备工艺制得的卡瓦，使得本发明的液压钳在抱紧油井管柱时，能够仅对其表面产生微小的压痕，极大地提高了管柱的利用效率和安全性能。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。