一种具有激光熔覆层的防喷器的制作方法

本实用新型属于石油设备技术领域，涉及防喷器，具体涉及将与井液接触部位进行激光熔覆处理的防喷器。

背景技术：

作为最重要的井控设备，防喷器主要有闸板防喷器和环形防喷器两种形式。闸板防喷器主要由壳体、侧门、闸板、闸板轴、钢圈等组成，闸板钢圈在壳体内腔中，侧门设置在壳体两侧，闸板轴连接在闸板上，用于推动闸板运动以封闭或打开井口。在钻井过程中，壳体内腔、通径、壳体与侧门的接触面及接触面上开设的钢圈槽、闸板、闸板轴和活塞轴会与井液、含高浓度H2S的腐蚀性介质、高压气流、液压油等接触，造成腐蚀和磨损，甚至会开裂、脆断，出现严重事故。环形防喷器主要包括壳体、壳体上的顶盖及设置在壳体和顶盖内腔中的活塞、胶芯及钢圈。在钻井过程中，壳体的内腔、通径、钢圈槽，顶盖的内球面、钢圈槽以及活塞表面都是易腐蚀部位。

目前，对于这些部位的防腐处理，主要采用的手段是堆焊合金焊层或者喷涂防腐层。喷涂结合性差。堆焊处理，由于工件焊接量较大，需要多焊道对接，手工焊的效率低，焊层质量差。气体保护焊效率较手工焊稍高，但焊层质量也较差。热丝氩弧焊虽然焊层质量较好，但焊接效率依然较低，设备成本高。另外，对于防喷器而言，其硬度和防硫能力需要相互协调，硬度较高，其脆性和铁含量也相应较高，而抗硫防腐能力相应较低，在高浓度H2S腐蚀性介质和高压气流的冲击下，一旦出现腐蚀点，这些关键零部件会很快开裂、脆断。Fe含量是堆焊层抗腐蚀性的一个重要标准，因此API16A标准中对耐腐蚀层的堆焊有明确规定，在成品尺寸时，堆焊层成分中Fe的含量要小于5%。堆焊焊材本身的Fe含量基本没有，但母材是Fe基，焊材与母材熔合时，母材成分会过渡到堆焊层，一般的焊接方法，很难保证Fe的含量。各企业为了控制合金焊层的含铁量和光洁度，一方面是控制焊接的稀释率，一方面是在堆焊时采用堆焊一层、加工掉该层的一部分、再堆焊一层、再加工掉该层一部分的处理方式，直至焊层达到需要的厚度和光洁度，该处理过程费事、费力，材料和加工成本高，浪费严重。

激光熔覆是一种新的表面处理技术，是在激光束作用下将合金粉末与基体表面迅速加热并熔化，光束移开后自激冷却形成稀释率极低，与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法。

技术实现要素：

本实用新型为了提高防喷器的防腐、防硫、耐磨能力和加工效率，采用激光熔覆技术，在防喷器的易腐蚀部位堆焊激光熔覆层，焊接效率高，焊接表面质量好。

本实用新型为了实现上述发明目的采用的技术方案为：一种具有激光熔覆层的防喷器，包括壳体，壳体内具有供井液或套管通过的通径及内腔，内腔环绕设置在壳体通径外围或与通径相贯，关键在于：所述壳体的内腔及通径表面通过激光熔覆工艺堆焊有激光熔覆层。

作为防喷器的最主要部件，壳体的加工难度和成本较高，开裂、脆断的危险性较大，所以其防腐性尤其重要。壳体的内腔及通径表面是整个防喷器中最易受井液和高压气流冲击、腐蚀的部位，本实用新型将激光熔覆技术应用在防喷器的堆焊防腐中，形成的激光熔覆层与被焊接表面融合，焊接质量好，防腐、抗硫性能优越。

进一步的，所述防喷器为闸板防喷器，壳体两侧连接有侧门，与通径相贯的内腔中设置有闸板，连接在闸板上的闸板轴设置在侧门上的匹配通孔内；壳体与侧门的接触面、壳体及侧门上嵌装配件的钢圈槽内表面通过激光熔覆工艺堆焊有激光熔覆层。

进一步的，所述闸板、闸板轴的外表面通过激光熔覆工艺堆焊有激光熔覆层。

闸板防喷器中，手动或由液压系统驱动活塞轴和闸板轴带动闸板向通径运动封闭或半封闭通径或从通径回退到内腔开放通径，以实现抱紧套管防喷或封井或打开井口。在钻井过程中，壳体内腔、通径、壳体与侧门的接触面及接触面上开设的钢圈槽、闸板、闸板轴会与井液、含高浓度H2S的腐蚀性介质、高压气流、液压油等接触，造成腐蚀和磨损，进行激光熔覆处理，可提高这些零件的可靠性和寿命。

进一步的，所述防喷器为环形防喷器，壳体上部连接有顶盖，内腔环绕设置在壳体通径外围，并嵌装有活塞，活塞上部的顶盖内腔中设置有与其配合的胶芯；顶盖的内表面通过激光熔覆工艺堆焊有激光熔覆层。

进一步的，所述活塞的内、外表面、壳体和顶盖上嵌装配件的钢圈槽内表面通过激光熔覆工艺堆焊有激光熔覆层。

环形防喷器中，液压系统推动活塞迅速上移，胶芯受顶盖的限制不能上移，在活塞内锥面的作用下被迫向通径挤压紧缩，以实现抱紧套管防喷或封井。打开井口时，液压系统推动活塞下移，活塞内锥面对胶芯的挤压力消失，胶芯靠本身橡胶的弹性向外伸张，恢复原状，井口打开。在钻井过程中，壳体的内腔、通径、钢圈槽，顶盖的内表面、钢圈槽以及活塞表面都是易腐蚀部位，进行激光熔覆处理，可提高这些零件的可靠性和寿命。

进一步的，所述防喷器的配套管道连接件的通径和钢圈槽表面、法兰钢圈槽表面通过激光熔覆工艺堆焊有激光熔覆层。防喷器上设置有钢圈的三通、四通等配套管道连接件以及法兰的使用寿命也是考量防喷器耐用性的重要指标，对这些零件的易腐蚀部位进行激光熔覆处理，形成激光熔覆层，也可显著提高其可靠性和寿命。

进一步的，所述激光熔覆层的厚度大于等于0.1mm小于等于5mm。激光熔覆层厚度增加可以提高其抗挤压能力和强度，但是厚度和硬度的提高会极大的增加出现裂纹的几率，厚度过小又无法起到防腐作用。因此厚度不能过大或过小。

进一步的，所述激光熔覆层的厚度大于等于0.5mm小于等于1.45mm。激光熔覆的焊后厚度一般在2mm左右，由于焊层表面平整度不如机加工表面，需将表面进行机加工处理，机加工后保留1mm左右厚度焊层。

进一步的，所述激光熔覆层由焊粉在激光熔覆作用下与被熔覆表面熔凝形成，焊粉为Ni625镍基合金或E316L不锈钢。这两种焊粉满足NACE MR0175和ISO 15156对耐腐蚀合金的要求，防腐、抗硫性能好，并能与防喷器各部件表面较好的熔合，极大的提高了防喷器的耐用性。

进一步的，所述激光熔覆层中Fe的质量百分比小于等于1%。在堆焊后的表面成分检测中，Fe含量小于1%，远远低于API标准规定的5%的要求，堆焊层抗腐蚀质量得到明显提升。

本实用新型中，防喷器采用激光熔覆技术进行堆焊防腐、抗硫处理，具有下述优点：1、效率高：35-70双壳体内腔堆焊仅需1周，采用500mm/min的焊速，配合高精度6轴自动机器人手臂，使得焊缝在满足焊接质量的前提下，较奥地利福尼斯的热丝TIG焊，提高效率可达200%。2、低稀释率：激光熔覆的稀释率极低，比以往常规方式堆焊效果好，堆焊层仅为1mm时仍可保证堆焊层成分。在堆焊后的表面成分检测中，Fe的质量百分比小于1%，远远低于API标准规定的5%的要求，堆焊层抗腐蚀质量得到明显提升。3、热影响小：由于熔覆时热量集中，焊层厚度小，基体温升小，工件不易受热影响而发生形变，焊后去应力处理容易控制，熔覆后基体硬度、性能基本不变。4、质量高：手工堆焊的压道较宽，焊接时焊道的峰值高度和谷值高度差别大，焊接同样厚度的焊层，加工掉的焊材较多，激光熔覆的压道较窄且平面性较好，堆焊后表面平整，加工量小，且焊层堆焊均匀，组织致密，不易出现气孔、裂纹等常规焊接缺陷，并可实现记忆轨迹重复焊接，使得工件在量产的过程中，质量稳定。5、防喷器的焊接表面形状复杂，采用激光熔覆技术处理的防喷器，焊层焊接缺陷少。

附图说明

图1是实施例一中防喷器的结构示意图；

图2是实施例一中壳体进行激光熔覆处理的表面的结构示意图；

图3是实施例一中侧门进行激光熔覆处理的表面的结构示意图；

图4是实施例二中防喷器的结构示意图；

图5是实施例二中壳体进行激光熔覆处理的表面的结构示意图；

图6是实施例二中顶盖进行激光熔覆处理的表面的结构示意图；

图7是实施例二中活塞进行激光熔覆处理的表面的结构示意图；

附图中，1代表壳体，11代表通径，12代表内腔，13代表壳体与侧门的接触面，14代表壳体的钢圈槽，2代表闸板，21代表闸板轴，22代表活塞轴，3代表侧门，31代表卡簧槽，32代表骨架槽，33代表侧门与壳体的接触面，4代表顶盖，41代表顶盖的内表面，42代表顶盖的钢圈槽，5代表活塞，51代表活塞的内、外表面。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型进行进一步说明。

实施例一，一种具有激光熔覆层的闸板防喷器，闸板防喷器按壳体闸板腔的多少可以分为单闸板、双闸板型，该防喷器为单壳体双法兰闸板防喷器，包括壳体1，壳体1内具有供井液或套管通过的通径11及内腔12。内腔12与通径11相贯，内部设置有闸板2。壳体1两侧连接有侧门3，连接在闸板2上的闸板轴21及与闸板轴21连接的活塞轴22设置在侧门3上的匹配通孔内。壳体1上、下端及配套法兰上均设置有钢圈槽14，钢圈槽用于安装密封钢圈，易受侵蚀。侧门3与壳体1的接触面上设置有卡簧槽31和安装用于密封内腔12的密封骨架的骨架槽32。通过激光熔覆工艺堆焊有激光熔覆层的表面包括：壳体1的内腔12、壳体与侧门的接触面13、通径11和壳体的钢圈槽14；侧门3的卡簧槽31、骨架槽32和侧门与壳体的接触面33；闸板2的外表面；闸板轴21的外表面。

实施例二，一种具有激光熔覆层的环形防喷器，包括壳体1，壳体1内具有供井液或套管通过的通径11及内腔12。壳体1上部连接有顶盖4，内腔12环绕设置在壳体1通径11外围，并嵌装有活塞5，活塞5上部的顶盖4内腔中设置有与其配合的胶芯。壳体1、顶盖4及配套法兰上设置有钢圈槽。通过激光熔覆工艺堆焊有激光熔覆层的表面包括：壳体1的内腔12、通径11和钢圈槽14；顶盖的内表面41和顶盖的钢圈槽42；活塞的内、外表面51。

实施例一和实施例二中防喷器的配套管道连接件的通径和钢圈槽表面、法兰钢圈槽表面也通过激光熔覆工艺堆焊有激光熔覆层，其余有防腐要求的小零件也可以进行激光熔覆处理。激光熔覆层由焊粉在激光熔覆作用下与被熔覆表面熔凝形成，焊粉可以根据需堆焊表面的材质和防腐要求进行选择，优先选用Ni625镍基合金或E316L不锈钢。激光熔覆的焊后厚度一般在2mm左右，由于焊层表面平整度不及机加工表面，需将表面机加工，保留1mm左右厚度焊层。加工后激光熔覆层中Fe的质量百分比小于等于1%。