專(zhuān)利名稱(chēng)：熱等靜壓處理的鑄造閥瓣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是可以被鑄造而不是用機(jī)械加工棒材來(lái)得到的井下工具的組件，特別是被鑄造并經(jīng)過(guò)熱等靜壓(HIP)處理的井下安全閥組件。
HIP工藝是公知的。熱等靜壓(HIP)，即加熱和高壓的同時(shí)實(shí)施，在許多工業(yè)已成為標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)工藝。在HIP單元里，高溫爐被裝入壓力容器中。工件被加熱，并由惰性氣體，通常是氬氣，對(duì)其施加均勻的壓力。為了獲得最優(yōu)的材料性質(zhì)，對(duì)溫度、壓力和處理時(shí)間進(jìn)行控制。
HIP的經(jīng)濟(jì)性 作為制造工藝中不可分割的部分而并入的HIP工藝減少了碎屑。
HIP通常允許用鑄件來(lái)代替鍛造組件。由于鑄件接近最終形狀，這減少了用于每個(gè)部件的昂貴的鎳合金的數(shù)量。
相比于從棒料開(kāi)始加工，HIP鑄件減少了機(jī)械加工時(shí)間。
通過(guò)提高材料性質(zhì)并減少性能的耗散，HIP可以減少保證質(zhì)量的必要條件。有時(shí)，射線照相費(fèi)用的節(jié)約將大于HIP的費(fèi)用。
鑄件 HIP被廣泛用于鑄造工業(yè)，以消除澆鑄過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)部氣孔。這將導(dǎo)致鑄件強(qiáng)度、延展性和疲勞壽命的改善。廢品率減少，并且各部件的機(jī)械性能更一致。通常經(jīng)過(guò)HIP處理的鑄造合金包括鎳、鈷、鋁和鈦。
粉末冶金 HIP將細(xì)粉固結(jié)為理論密度接近100％的組件。預(yù)燒結(jié)組件被完全壓實(shí)或粉末在一密封容器內(nèi)被壓縮，然后直接被HIP處理成接近最終形狀。該工藝有助于工具鋼、燒結(jié)碳化鎢、銅、鎳和鈷合金的處理。陶器的和復(fù)合材料也可以用這種方法成形。
其他應(yīng)用 HIP用于不同材料的粘結(jié)、等離子噴鍍層的固結(jié)、焊接的改善、軟磁和硬磁材料的處理和各種陶瓷的應(yīng)用。在例如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)改造的應(yīng)用中，HIP消除了組件的疲勞效應(yīng)，這些組件已接近它們使用壽命的終點(diǎn)。這些組件可以通過(guò)進(jìn)一步的保養(yǎng)來(lái)復(fù)原。
在石油和天然氣工業(yè)，美國(guó)專(zhuān)利6138779、5758733和5560440已經(jīng)闡述了對(duì)鉆頭組件進(jìn)行HIP處理來(lái)形成硬化面。HIP工藝已被用于需要高強(qiáng)度和高耐溫性的鑄造鎳合金，例如如美國(guó)專(zhuān)利6632299中所述的用于航空燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)。美國(guó)專(zhuān)利6705385已經(jīng)指出，HIP工藝能夠降低鈦鑄件的多孔性。美國(guó)專(zhuān)利6733726已經(jīng)指出，HIP能夠提高鋁合金的耐腐蝕性。在石油和天然氣工業(yè)，現(xiàn)在屬于Schlumberger一部分的Camco為一些井下工具制造S-蒙乃爾鎳合金的鑄件，但由于得到的工具不符合硫化氫條件下使用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而停止實(shí)施。MR0175標(biāo)準(zhǔn)是由全國(guó)防腐工程師協(xié)會(huì)(NACE)出版的，而且已經(jīng)被許多國(guó)家管理機(jī)構(gòu)和許多油氣井操作人員采用。
盡管鑄件需要一些精加工，但是鑄件通常會(huì)比鍛造部件節(jié)約大量成本。制造好的部件的成本節(jié)約有可能達(dá)到大約70％。在井下安全閥領(lǐng)域里，閥瓣(flapper)和與之嚙合的閥座(seat)包括復(fù)雜的加工，而且提供了利用HIP處理節(jié)約成本的機(jī)會(huì)。盡管HIP工藝已經(jīng)存在了30多年，并且在此期間井下安全閥也一直在使用，但沒(méi)有制造商象本發(fā)明一樣試圖將HIP技術(shù)結(jié)合到井下安全閥部件的處理中。事實(shí)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員嘗試過(guò)鑄造以前鍛造的部件以節(jié)約成本，但是面對(duì)鑄進(jìn)部件時(shí)必需的損失，特別是在強(qiáng)度、多孔性、斷裂韌度和耐腐蝕性降低方面，這種嘗試被放棄了。本發(fā)明意識(shí)到通過(guò)井下工具鑄造組件獲得的節(jié)約可以通過(guò)利用HIP來(lái)實(shí)現(xiàn)。特別是，采用鑄造鎳合金可以獲得節(jié)約，更具體地是當(dāng)該組件是井下安全閥的閥瓣和與其相連的部件時(shí)。通過(guò)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例和所附權(quán)利要求描述的回顧，本發(fā)明的該方面及其他方面對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得更加清楚。

發(fā)明內(nèi)容
為大量節(jié)約成本，井下安全閥的組件是鑄造的而不是機(jī)械加工的。特別是，閥瓣是用718鎳合金鑄造的，并用HIP工藝處理以增大強(qiáng)度和耐腐蝕性并減少氣孔。其他井下閥組件也試圖通過(guò)同樣的技術(shù)來(lái)制造，并可以采用不同的材料。取決于特定的合金，與它們相應(yīng)的鍛造組件相比，所得的HIP組件或者在性能(例如強(qiáng)度、耐腐蝕性)上更加優(yōu)良，或者在生產(chǎn)上便宜很多。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是井下安全閥處于閉合狀態(tài)的剖視圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明 圖1顯示了一井下安全閥SSV，其處于閉合狀態(tài)。當(dāng)在控制管接頭20失去壓力而流管16被閉合彈簧18舉升時(shí)，閥瓣10被緊靠閥座14的盤(pán)簧12可旋轉(zhuǎn)地閉合。圖1顯示了一已知的井下安全閥SSV。本發(fā)明在于生產(chǎn)組件的方法，特別是生產(chǎn)閥瓣10和與之相聯(lián)的閥座22的方法。優(yōu)選的材料是鎳718合金，且其優(yōu)選被鑄造并進(jìn)行HIP處理，然后經(jīng)過(guò)精加工得到符合尺寸公差的組件。HIP處理減少了氣孔，并增大了強(qiáng)度，改善了耐腐蝕性。用這種技術(shù)生產(chǎn)的閥瓣比用棒料加工的可以節(jié)省接近70％的成本，很顯然井下安全閥SSV的其他組件，例如閥座22、流管16或其他部件，也可以采用同樣的鑄造和HIP技術(shù)來(lái)生產(chǎn)。盡管閥瓣10的優(yōu)選材料是鎳718合金，其他的材料也可以被鑄造并進(jìn)行HIP處理來(lái)制造井下工具組件，以節(jié)省成本并使性能得到上述的改善。
本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，盡管井下安全閥SSV已使用了許多年，它們的細(xì)件是用棒料機(jī)械加工得到的，這比鑄造和精加工的成本高很多。井下工具鑄件被用于井下安全閥SSV是已知的，這些部件沒(méi)有經(jīng)過(guò)HIP處理，特別是它們對(duì)用于硫化氫條件的適應(yīng)性是有限的。在生產(chǎn)出具有必要的強(qiáng)度、耐腐蝕性和氣孔水平以滿足各種井下工作條件的井下安全閥SSV組件之前，本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行了嘗試并且失敗了。情況就是這樣的，盡管HIP工藝已經(jīng)使用了30多年。
盡管本發(fā)明集中在用鎳718合金鑄造得到用于井下安全閥SSV的閥瓣，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠意識(shí)到其他材料也可以被鑄造并進(jìn)行HIP處理來(lái)制造用于井下工具的組件。組件的范圍不限于井下工具領(lǐng)域中的井下安全閥。不同的材料可以被用于給定工具的獨(dú)立組件，其被鑄造并進(jìn)行HIP處理來(lái)達(dá)到上述的優(yōu)點(diǎn)。
盡管上面描述了優(yōu)選的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠意識(shí)到本發(fā)明的范圍是非常寬的，并由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種制造井下工具組件的方法，包括鑄造組件；使組件經(jīng)歷HIP工藝；對(duì)所述組件進(jìn)行精加工以獲得預(yù)期的尺寸。
2.權(quán)利要求1所述的方法，包括制造接合的井下工具組件。
3.權(quán)利要求1所述的方法，包括制造安全閥的閥瓣。
4.權(quán)利要求1所述的方法，包括制造安全閥中閥瓣的閥座。
5.權(quán)利要求1所述的方法，包括制造安全閥的流管。
6.權(quán)利要求1所述的方法，包括用鎳合金作為所述鑄造的材料。
7.權(quán)利要求1所述的方法，包括用718鎳合金作為所述鑄造的材料。
8.權(quán)利要求1所述的方法，包括用所述的HIP工藝減少所述鑄件的氣孔。
9.權(quán)利要求1所述的方法，包括用所述的HIP工藝改善所述鑄件的耐腐蝕性。
10.權(quán)利要求1所述的方法，包括用所述的HIP工藝增大所述鑄件的強(qiáng)度。
11.權(quán)利要求3所述的方法，包括用鎳合金作為所述鑄造的材料。
12.權(quán)利要求10所述的方法，包括用718鎳合金作為所述鑄造的材料。
13.權(quán)利要求11所述的方法，包括用所述的HIP工藝減少所述鑄件的氣孔。
14.權(quán)利要求12所述的方法，包括用所述的HIP工藝改善所述鑄件的耐腐蝕性。
15.權(quán)利要求13所述的方法，包括用所述的HIP工藝增大所述鑄件的強(qiáng)度。
16.權(quán)利要求14所述的方法，包括制造接合的井下工具組件。
17.權(quán)利要求15所述的方法，包括制造安全閥中閥瓣的閥座。
18.權(quán)利要求16所述的方法，包括制造安全閥的流管。
全文摘要
為大量節(jié)約成本，井下安全閥的組件是鑄造的而不是機(jī)械加工的。特別是，閥瓣是用718鎳合金鑄造的，并用HIP工藝處理以增大強(qiáng)度和耐腐蝕性并減少氣孔。其他井下閥組件也試圖通過(guò)同樣的技術(shù)來(lái)制造，并可以采用不同的材料。取決于特定的合金，與它們相應(yīng)的鍛造組件相比，所得的HIP組件或者在性能(例如強(qiáng)度、耐腐蝕性)上更加優(yōu)良，或者在生產(chǎn)上便宜很多。
文檔編號(hào)B22F3/14GK101061289SQ200580020650
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2005年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月24日
發(fā)明者S·斯特拉坦, T·邁爾勒, J·亞當(dāng)斯, W·貝利, B·威爾法爾特 申請(qǐng)人:貝克休斯公司