本發(fā)明屬于石油開采設備防腐
技術領域：
，尤其涉及一種抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝。
背景技術：
：在原油開采過程中，抽油機有桿泵采油是最為主要的一種人工舉升采油方式，因其設備簡單、投資少、管理方便、適應性強，在國內外油田廣泛采用。在人工舉升采油方式中，有桿泵采油設備主要包括抽油機、抽油桿柱和抽油泵三個部分，其中抽油光桿是抽油桿柱中位于最上面的第一個桿體，主要用于連接抽油機的驢頭辮子和井下的抽油桿，是有桿泵采油的關鍵部件之一。抽油光桿在工作過程中，由井口密封盒密封，并將地面抽油機的往復動力傳遞給井下抽油桿，上沖程的時候，抽油光桿桿體裸露在野外大氣中，下沖程的時候浸沒在油井的井液中，同時還要承受高溫。此外，由于抽油機不對中、井口不對中等因素，還會和密封盒中的盤根發(fā)生摩擦，造成磨損，加上大氣和井液中腐蝕介質的腐蝕，抽油光桿表面經常會出現(xiàn)腐蝕坑，造成密封盒的盤根漏油，降低抽油機的抽油效率，污染井口周邊環(huán)境。另外，因表面腐蝕產生的腐蝕坑很容易成為抽油光桿疲勞斷裂的裂紋源，在周期變化載荷的作用下，很容易使抽油光桿發(fā)生斷裂而導致停井。隨著油井開采逐漸進入中后期，大排井、深井、稠油井即腐蝕嚴重井越來越多，抽油光桿的工況條件日益惡劣，提高抽油光桿的耐腐蝕和耐磨損性能越發(fā)顯得重要。目前，提高抽油光桿耐腐蝕性能的方法主要有化學鍍鎳磷、電鍍鉻等技術，這些技術都是通過在抽油光桿表面形成鍍層來提高抽油光桿的耐腐蝕性和耐磨性，由于鍍層和基體材料結合強度低、鍍層厚度小、鍍層本身耐磨性有限，使得涂鍍類技術不能很好的解決抽油光桿的腐蝕問題。金屬表面噴焊技術，通過使用熱噴涂設備，在工件表面噴涂上一層防腐耐磨合金涂層，并對其進行重熔處理，使得涂層和工件表面發(fā)生冶金結合，從而大大提高涂層和工件表面的結合強度。此外，合金涂層本身通過合金粉末成分的優(yōu)化配比，可以達到非常好的耐腐蝕和耐磨損性能。在抽油光桿表面進行金屬噴焊處理，使得抽油光桿耐腐蝕性能好、使用壽命長，在油田開采中得到廣泛的應用。但是，金屬噴焊防腐抽頭光桿的生產工藝流程長、涉及的加工設備多，導致設備占用面積大、需要的工人多、生產效率較低、成本高，從而阻礙了該產品的進一步推廣。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝,解決金屬噴焊裝置占地面積大、生產效率低以及抽油光桿耐腐蝕性能差的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種抽油光桿金屬噴焊裝置，包括導軌、機床和工作室，所述導軌固定在地面上，所述機床位于所述導軌的上面，所述機床車輪上的齒輪與所述導軌上的齒條嚙合，所述機床上設置有支撐桿，所述支撐桿上方的支撐輪上支承有抽油光桿，所述工作室位于所述機床的上部，所述工作室從右向左分為第一子室、第二子室和第三子室，所述第一子室設置有砂帶磨床，所述第二子室從右向左設置有中頻感應加熱線圈和冷卻水圈，所述第三子室設置有噴槍，所述第一子室、第二子室和第三子室的側壁上均設置有圓孔，所述圓孔直徑大于抽油光桿直徑，所述工作室、砂帶磨床、中頻感應加熱線圈和火焰噴槍固定在地面上，所述冷卻水圈固定在所述工作室的底部。優(yōu)選的，所述抽油光桿金屬噴焊裝置還包括控制面板，所述控制面板上設置有用于控制所述機床和所述工作室運轉的開關和旋鈕。優(yōu)選的，所述工作室為半封閉的長方體形，所述工作室(6)的長度為150～160cm。優(yōu)選的，所述第一子室前后不設置擋板，所述第二子室前后設置有擋板，所述第二子室的后擋板上設置有排水孔和中頻感應加熱線圈放置口，所述第三子室設置有后擋板，所述第三子室后擋板上設置有金屬粉末回收孔。優(yōu)選的，所述砂帶磨床的砂帶寬度為38～42cm，所述砂帶磨床上設置有兩個磨頭，右側所述磨頭為粗砂帶磨頭，左側所述磨頭為細砂帶磨頭，所述粗砂帶磨頭和所述細砂帶磨頭位于所述抽油光桿工作軸線的上方，所述粗砂帶磨頭和所述細砂帶磨頭的間距為4cm。優(yōu)選的，所述中頻感應加熱線圈和所述冷卻水圈的中心位于抽油光桿工作軸線上，所述中頻感應加熱線圈和所述冷卻水圈的間距為15cm。優(yōu)選的，所述火焰噴槍的噴嘴與抽油光桿工作軸線在同一水平面上，所述噴嘴到抽油光桿表面的距離為20～24cm。優(yōu)選的，所述機床包括連接桿和軸座，所述抽油光桿的兩端通過鎖緊螺母與第一連接桿和第二連接桿連接，所述第一連接桿另一端與三爪卡盤卡接，所述三爪卡盤固定連接在第二軸座上，所述第二軸座下方設置有軸座導軌，所述第二軸座與第一軸座通過絲杠連接，所述第一軸座另一端設置有電機，所述第二連接桿通過三爪卡盤固定連接在第三軸座上，所述第三軸座的另一端設置有旋轉電機。優(yōu)選的，所述支撐桿之間的間距為0.9～1m，所述支撐桿上的支撐輪為黃銅材質。一種上述抽油光桿金屬噴焊裝置的生產工藝，其生產工藝流程為：所述機床在步進電機的驅動下移動到所述導軌的最右端，將所述抽油光桿通過鎖緊螺母固定在所述第一連接桿和所述第二連接桿之間；所述機床以1～1.5cm/s的速度沿所述導軌向左移動，同時所述旋轉電機以150～180轉/分鐘的速度旋轉，開啟所述砂帶磨床、所述中頻感應加熱線圈和所述噴槍，粗砂帶磨頭下壓，對抽油光桿表面進行粗化打磨、預熱和噴涂，預熱溫度為130～150℃；當所述抽油光桿從所述工作室的左側完全移出，所述機床開始向右反向移動并保持速度不變，關閉所述中頻感應加熱線圈和所述砂帶磨床，所述噴槍繼續(xù)工作，對所述抽油光桿表面進行二次噴粉；當所述抽油光桿從所述工作室的右側完全移出，所述機床開始向左反向移動并保持速度不變，關閉所述火焰噴槍，完成合金涂層的噴涂工作，打開所述中頻感應加熱線圈，對抽油光桿表面的涂層進行重熔處理，同時打開所述冷卻水圈對重熔處理后的所述抽油光桿進行水冷；當所述抽油光桿從所述工作室的左側完全移出，所述機床開始向右反向移動，并將移動速度調整為0.4～0.5cm/s，關閉所述中頻感應加熱線圈，完成重熔處理，所述冷卻水圈繼續(xù)噴水冷卻，啟動所述砂帶磨床，將所述細砂帶磨頭下壓，對所述抽油光桿表面進行拋光處理；當所述抽油光桿從所述工作室的右側完全移出，關閉所述冷卻水圈和所述砂帶磨床，完成加工。本發(fā)明采用上述結構的抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝，具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明所述的抽油光桿金屬噴焊裝置占地面積小，所需廠房面積僅為原生產方式廠房面積的一半。2、本發(fā)明所述的抽油光桿金屬噴焊裝置自動化程度高，產品質量穩(wěn)定性高，需要勞動力少，僅需1個操作工人和1個輔助裝卸工即可完成全部生產工藝。3、本發(fā)明所述的抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝，生產效率高，生產周期為原生產工藝周期的一半。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。附圖說明圖1為本發(fā)明抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝實施例的結構示意圖；圖2為本發(fā)明抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝實施例工作室結構示意圖；圖3為本發(fā)明抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝實施例工作室中各裝置布局示意圖；圖4為本發(fā)明抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝實施例支撐桿結構示意圖；圖5為本發(fā)明抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝實施例的工藝流程圖；附圖標記1、電機；2、絲杠；3、第二軸座；4、第一連接桿；5、支撐桿；6、工作室；7、三爪卡盤；8、第三軸座；9、旋轉電機；10、機床；11、第二連接桿；12、抽油光桿；13、軸座導軌；14、第一軸座；15、導軌；51、支撐輪；52、支撐座；53、氣缸柱塞；54、機械行程開關；55、氣動換向閥；56、角鋼立板；57、支撐氣缸；58、氣管；61、第一子室；62、第二子室；63、第三子室；611、砂帶磨床；612、粗砂帶磨頭；613、細砂帶磨頭；621、中頻感應加熱線圈放置口；622、排水孔；623、中頻感應加熱線圈；624、冷卻水圈；631、金屬粉末回收孔；632、噴槍。具體實施方式圖1為本發(fā)明抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝實施例的結構示意圖，圖2為本發(fā)明抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝實施例工作室結構示意圖，圖3為本發(fā)明抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝實施例工作室中各裝置布局示意圖。如圖1、圖2和圖3所示，抽油光桿金屬噴焊裝置包括導軌15、機床10和工作室6，導軌15固定在地面上，機床10位于導軌15的上面，機床10車輪上的齒輪與導軌15上的齒條嚙合。工作室6為半封閉的長方體形，其長度為150～160cm，位于機床10的上部，固定在地面上。工作室6從右向左分為第一子室61、第二子室62和第三子室63。第一子室61不設置前后擋板，砂帶磨床611的粗砂帶磨頭612和細砂帶磨頭613從第一子室61的后面伸入第一子室61內，并位于抽油光桿12工作軸線的上方，砂帶磨床611固定在地面上，與第一子室61的位置保持不變。粗砂帶磨頭612和細砂帶磨頭613的間距為4cm，砂帶寬度為38～42cm，粗砂帶磨頭612選用40目的砂帶，細砂帶磨頭613為220目的砂帶。第二子室62為相對封閉的結構，前后均設置有擋板，第二子室62從右向左設置有中頻感應加熱線圈623和冷卻水圈624，中頻感應加熱線圈623和冷卻水圈624的中心位于抽油光桿12工作軸線上，其間距為15cm。在第二子室62的后擋板上設置有排水孔622和中頻感應加熱線圈放置口621，排水孔622位于后擋板的左下方，利于冷卻廢水的排除，中頻感應加熱線圈623從第二子室62后擋板上的中頻感應加熱線圈放置口621伸入第二子室62內。中頻感應加熱線圈623固定在地面上，冷卻水圈624固定在工作室6的底部，中頻感應加熱線圈623、冷卻水圈624和第二子室62的相對位置保持不變。中頻感應加熱線圈623的內徑要比抽油光桿12的外徑大16～24mm，這是因為過大的間隙，熱效率不夠；若間隙太小，抽油光桿12移動過程中的振動會碰到中頻感應加熱線圈623。中頻感應加熱線圈623的中頻電源頻率為8kHz。第三子室63僅設置有后擋板，噴槍632從第三子室63的前面伸入第三子室63，噴槍632的噴嘴與抽油光桿12的工作軸線在同一水平面上，噴嘴到抽油光桿12表面的距離為20～24cm。第三子室63的后擋板上開設有金屬粉末回收孔631，以利于噴槍632噴灑出的未被利用的金屬粉末的回收。噴槍632固定在地面上，與第三子室63的相對位置保持不變。第一子室61、第二子室62和第三子室63的側壁上均設置有圓孔，圓孔直徑大于抽油光桿12直徑，方便抽油光桿12在圓孔中穿過。抽油光桿12金屬噴焊裝置還設置有控制面板，控制面板上設置有機床10行走開關和行走速度調節(jié)旋鈕、支撐桿5升降開關、抽油光桿12旋轉開關和旋轉速度調節(jié)旋鈕、砂帶磨床611開關、粗砂帶磨頭612下壓開關、細砂帶磨頭613下壓開關、噴槍632噴粉啟動開關、中頻感應加熱線圈623啟動開關和功率調節(jié)旋鈕和冷卻水圈624啟動開關?？刂泼姘蹇梢詫崿F(xiàn)噴焊裝置的遠程操控，自動化程度更高。機床10包括支撐桿5，抽油光桿12放置在支撐桿5上方的支撐輪51上，抽油光桿12的兩端通過鎖緊螺母與第一連接桿4和第二連接桿11連接，第一連接桿4另一端與三爪卡盤7卡接，使用三爪卡盤7方便連接桿的更換。三爪卡盤7固定連接在第二軸座3上，第二軸座3下方設置有軸座導軌1513，第二軸座3與第一軸座14通過絲杠2連接，第一軸座14另一端設置有電機1，電機1帶動絲杠2旋轉使第二軸座3在軸座導軌13上運動，可實現(xiàn)對不同長度抽油光桿12的夾持。第二連接桿11通過三爪卡盤7固定連接在第三軸座8上，第三軸座8的另一端設置有旋轉電機9，抽油光桿12的旋轉由旋轉電機9來實現(xiàn)。當光桿通過工作室6時會有一個支撐桿5下降，不再起支撐作用，抽油光桿12會出現(xiàn)較大距離的懸空段，懸空段過長會導致桿體的跳動度過大，無法順利通過中頻感應加熱線圈623和水冷線圈624，若懸空段過短，無法滿足工作室6的尺寸要求，因此設定支撐桿5之間的間距為0.9～1m。圖4為本發(fā)明抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝實施例支撐桿結構示意圖。如圖4所示，支撐桿5頂端設置有支撐輪51，支撐輪51與支撐座52通過軸連接，當抽油光桿12旋轉時，支撐輪51也繞軸旋轉，這樣可以減小抽油光桿12與支撐輪51之間的摩擦力。支撐輪51通過支撐座52與氣缸柱塞53連接，支撐氣缸57固定在機床10底板上，支撐氣缸57旁邊設置有一塊角鋼立板56，角鋼立板56頂端設置有機械行程開關54，機械行程開關54與控制面板相連。角鋼立板56中部通過螺紋固定連接有氣動換向閥55，氣動換向閥55通過氣管58與空壓氣源和支撐氣缸57相連，機械行程開關54通過指令控制氣動換向閥55實現(xiàn)支撐氣缸57的升降。支撐輪51為黃銅材質，由于桿體表面噴涂有金屬合金粉末，過硬的材質會增大合金涂層在噴涂工序后和重熔工序前這段時間發(fā)生擠壓變形的幾率，導致涂層在后續(xù)加工中剝落造成加工質量不合格。本發(fā)明的抽油光桿金屬噴焊裝置的生產工藝流程如下：(1)步驟101。機床10在步進電機1的驅動下移動到導軌15的最右端，第二連接桿11穿過工作室6，從工作室6的右側伸出。調整第二軸座3與第三軸座8之前的距離以適合抽油光桿12的長度，將抽油光桿12鐓粗端通過鎖緊螺母固定在第一連接桿4上，抽油光桿12的非鐓粗端通過鎖緊螺母固定在第二連接桿11連接上。(2)步驟103。機床10以1～1.5cm/s的速度沿導軌15向左移動，同時旋轉電機9以150～180轉/分鐘的速度旋轉，開啟砂帶磨床611，粗砂帶磨頭612下壓，對抽油光桿12表面進行粗化打磨，開啟中頻感應加熱線圈623對打磨后抽油光桿12進行預熱，預熱溫度為130～150℃，開啟噴槍632對預熱后的抽油光桿12進行噴粉。(3)步驟105。當抽油光桿12從工作室6的左側完全移出，機床10開始向右反向移動并保持移動速度不變，關閉中頻感應加熱線圈623和砂帶磨床611，噴槍632繼續(xù)工作，對抽油光桿12表面進行二次噴粉。(4)步驟107。當抽油光桿12從工作室6的右側完全移出，機床10開始向左反向移動并保持移動速度不變，關閉火焰噴槍632，完成合金涂層的噴涂工作。打開中頻感應加熱線圈623，對抽油光桿12表面的涂層進行重熔處理，同時打開冷卻水圈624對重熔處理后的抽油光桿12進行水冷。(5)步驟109。當抽油光桿12從工作室6的左側完全移出，機床10開始向右反向移動，將移動速度調整為0.4～0.5cm/s，關閉中頻感應加熱線圈623，完成重熔處理，冷卻水圈624繼續(xù)噴水冷卻，啟動砂帶磨床611，將細砂帶磨頭613下壓，對抽油光桿12表面進行拋光處理。(6)步驟1011。當抽油光桿12從工作室6的右側完全移出，關閉冷卻水圈624和砂帶磨床611，完成加工。下面將結合具體實施例對本發(fā)明作進一步的描述，需要說明的是，本實施例以本技術方案為前提，但本發(fā)明的保護范圍并不限于本實施例。1、本發(fā)明選用3種常用的抽油光桿基體材質和常用的涂層材質進行研究，抽油光桿基體材質和涂層材質如表1所示。表1實施例抽油光桿基體材質和涂層材質實施例光桿基體材質表面合金噴涂層材質一20CrMo鎳基合金粉末二42CrMo鎳基合金粉末三16Mn2SiCrMoVTi(FG20)鎳基合金粉末2、力學性能研究本發(fā)明采用100噸位拉伸試驗機對噴焊后抽油光桿進行拉伸試驗，結果如表2所述。表2實施例的力學性能試驗結果表明本發(fā)明實施例的力學性能均滿足SY/T5029《抽油桿》HL級規(guī)定的標準。3、耐疲勞試驗檢測利用疲勞試驗機對實施例試樣進行軸向拉伸試驗，試驗最大載荷540Mpa，載荷比0.1，正弦波加載頻率50Hz，試驗結果如表3所示。表3實施例的耐疲勞性能循環(huán)周次SY/T5029-2013《抽油桿》HL級標準≥1x106實施例一1.25x106實施例二1.19x106實施例三1.72x106試驗結果表明本發(fā)明實施例的耐疲勞性能均滿足SY/T5029《抽油桿》HL級規(guī)定的標準。4、耐腐蝕性檢測耐腐蝕性采用對比試驗，對比常規(guī)普通20CrMo鋼抽油光桿，采用浸泡法考察試樣的腐蝕失重。將本發(fā)明各實施例以及對比用20CrMo抽油桿制作成Φ28.6x4.5mm的試樣。試樣經220號、400號、600號砂紙逐級打磨，清水處理，丙酮除油，干燥后稱重并計算工作面尺寸。采用美國Cortest公司生產的34.4Mpa高溫高壓釜，帶有試樣旋轉裝置。介質采用油田模擬采出液，模擬油田常見的帶有H2S、Cl—、CO2等腐蝕介質的工作環(huán)境。介質的離子濃度為(g/L)：Cl—50，Ca2+18，Mg2+2；氣體分壓為(MPa)：CO21.20，H2S0.013。在釜中放好試樣，加入腐蝕介質，密封，通入高純N2氣除氧12h，升溫至預定溫度80℃，通入H2S和CO2至預定壓力，調節(jié)試樣旋轉裝置，使介質相對試樣的流速為1m/s，然后試驗開始計時。腐蝕時間72小時。試驗結束后取出試樣，用清水沖去腐蝕介質，用無水乙醇脫水干燥并去除腐蝕產物。計算出各個試樣的腐蝕速率。試驗結果如表4所示。表4實施例和普通20CrMo鋼抽油桿耐腐蝕性試驗結果表明，采用本發(fā)明所述的抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝對抽油光桿表面進行金屬噴焊后，抽油光桿的耐腐蝕性能比20CrMo鋼抽油桿提高了10倍以上。綜上所述，本發(fā)明所述的抽油光桿金屬噴焊裝置及其生產工藝不僅能夠解決金屬噴焊裝置占地面積大、生產效率低的問題，而且自動化程度高、所需工人少、質量穩(wěn)定性高，其噴焊后的抽油光桿力學性能和耐疲勞性能均滿足SY/T5029《抽油桿》HL級規(guī)定的標準，耐腐蝕性能比普通20CrMo鋼抽油光桿提高了10倍以上。最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其進行限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術方案脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍。當前第1頁1 2 3