Способ нанесения покрытия

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1671433 51)5 В 23 К 20 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТО 1 ЛУ С В ИДЕТ ЕЛ Ь СТ защитного покрытия, и дительности способа и Покрытие, образованно ем, подвергают химиче плавку грением мо несколькими прижимае нями, равномерно рас окружности, Химически бо 1 ки используется так чей среды для прижатия нескольких с 1 ержней о рительный подогрев, ра ва и равномерность це ф-лы, 3 ил,1 енинг 157, ИЯ зовано аляичезащиты , труб. йкости Способ позволяет осуществить комбинированную защиту механическим и химическим путем. Способ малоэнергоемок, прост в обращении, легко поддается автоматизации, Способ позволяет надежно защищать трубы иэ обычных углеродистых сталей, насосно-компрессорные трубы и обсадные колонны скважин, избирательно покрывая их защитным материалом, что позволит радикально продлить срок нефтепромыслового оборудования, работающего в условиях агрессивной продукции скважин и циклических знакопеременных нагрузок, в том числе и глубиннонасосных штанг и деталей насосов. При этом подготовка поверхности перед нанесением защитного покрытия исклочается, а значит исключаются и трудоемкие операции по зачистке, дробеструйной обработке и обезжириванию поверхности, Способ гигиеничен, легко управляем, поддается компьютеризации и Изобретение относитсесения покрытия и можеано при нанесенииателлического и полимея защиты от коррозии и к способам набыть использоеированногорного покрытия эноса, в частнодл, труб,никел ный сл ющим матер ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение может быть испол ьпри нанесении легиоованного метского и полимерного покрытия дляот коррозии и износа, в частностиЦель изобретения - повышение сто Цель изобретения - повышение стойкос 1 и защитного покрытия, повышение производительности и качества покрытия.Способ заключается в следующем, Поверхностный слой дегали, на которую наносится покрытие, нагревают механическим трением стержнем из наплавленного материала до температуры расплава и наварки защитного слоя, Защитным материалом может быть легированная сталь, пластмасса,ь, свинец или другие металлы, Защитой может быть композитным, включаматериал основы трубы и трущегося иала,овышение проиэвокачества покрытия. е наплавкой трениской обработке. Нажно производить мыми к трубе стержположенными по ее й реагент для ображе и в качестве рабостержней. Наличие беспечивает предвавномерность нагрентрирования, 6 з,п.10 20 25 35 40 50 Г,5 весьма технологичен. Адгезия защитного покрытия осуществляется по ювенильным поверхностял с подключением молекулярных сил озаимодейсч оия, сцепления.Процесс нанесения защитного покрыия наплавкой рением осуществляется по фазам, В первой фазе происходит начальная притирка материала отрубы и защитного металла по поверхности контактного трения. При этом снимаются жировые и нефтяные масляные пятна, выступы шероховатости, граничное трение переходит в сухое, Во отарой фазе имеет место лавинообразное увеличение числа взаимодействующих выступов, увеличение площади контакта и скачкообразный рост температуры в и зиповерхностном труще - ся слое. С ростом темперагурь сни+ зется предел текучести мегалла, пояоляегся гон кий слой пластифицироганно. о мега ла, На этой стадии - фазс д я не сгобо ответ",тленных з-.щигных покрытй можно окончить процесс.Для особо от:етственных защитных покрыгий за отооой фазой сразу следует третья аэа, отличающаяся постепенным подьемом тепературы и спадал. момента трения. При этом начинается вытеснение пластифицированного ме-алла и к концу третьей фазы емперагура в приповерхностном трущемся слое дос. игает максимума, э момент трения, мощносгь тепловыделения и скорость осадки стабилизируются. Состояние защитного слоя покрытия близко к "квазистационарному", Четвертал фаза ха. ракт еризуется ква зистационарн ым процессом трения, который соответствует устанооиошмуся состоянию основных параметров процесса образования защитного покрытия, а именно температуры о покрытии, момен га трения, моьцности теплооь д, ления, скорости осадки защитного сло. К концу четвертой фазы контактная поверх ность ээщитвм о слоя подготовлена к образованию наваренного защитного покрытия: металл в припооерхностном слое пластифицирооан, контактная поверхность актиоирована, обломки пленок окислоп удале ы е граг. Пятая фаза характеризуется разведением контактирующих поверхностей с образованием на внутренней и лнешней поверхностях трубы из обычно углеродистой стали покрытия из пластмассыли мягкого металла. При этол тепорот ра тр;.ння должна соответствовать темперагу:-, плавления материала трущегося стержня,Возможно получение комбинированных покрытий, получаемых последовательно механичесхим трением защитного материала, например спинцового стержня,по защищаемой поверхности трубы до температуры его расплава и химическим нанесением защитного слоя путем струйного разбрызгивания, например, водного раствора сернокислого натрия с образованием нэ металлической защищаемой поверхности трубы сначала нэплавленного свинцового слоя, на свежеобразованной поверхности котороо обоазчется соазу защитный противокорроэионный слой сульфата свинца, труднорастворимого в воде и защищающего стальную внутреннюю и внешнюю поверхности трубы от коррозии и износа.В качестве защитного материала для стальных поверхностей могут быть использованы, кроме легированных сталей и сплавов, алюминий, титан, никель, цинк и другие, а также спрессованные в виде стержней отходы пластмасс бытовой химии.Для обеспечения возможности нанесения покрытия на внутреннюю и внешнюю поверхности трубы, внутреннюю и наружную поверхности ее нагревают механическим трением стержнями из защитного материала до температуры наплавки защитного покрытия с последующей обработкой химическими реагентами путем распыления водных растворов, аэрозолей или газов.Для повышения производительности и качества наплавку осуществляют несколькими. например тремя, стержнями, равномерно расположенными по окружности или по спирали, Стержни поджимают пружинами или давлением рабочей среды, которую одновременно используют для осевого перемещения заготовки. Для этой цели может быпгь использован в качестве рабочей среды химический реагент. Прижатие стержней регулируют,Тел;перачура в приповерхностном слое трущегося защитного материала может изменяться от 250 до 1300 С и регулироваться частотой вращения, осевым усилием, радиал ьн ы м и риж имом стержней защитного латериала, давлением, длительностью контакта трущихся пооерхностей.Если требуется защитное покрытие наплаоленного типа полимерными стержнями, то локальный нагрео на границе поверхностей сталь - пластмасса поддерживают о пределах 240 - 340 С, для цинкового стержня 419-120 С, для свинцовоо стержня 327 С, для алюминиевого стержня бб 0 С, для легированных стержней 1000- 1300 С, а о отдельных случаях и выше, если использовать порошксоые или консистентные присадки в трущийся слой. При контактном трении действует внутренний источник тепловой энергии, вызывающийбыстрый локальный нагрев контакгирующих поверхностей защитного материала и основы материала трубы, при этом не исключено, что процессы вэаимодиффузии на ювенильных поверхностях на участках локального нагрева скачкообразно возрастают, что может вызвать диффузионное насыщение легирующими компонентами и упрочнение приповерхностного слоя трубы,На фиг.1 показано устройство дя осуществления способа защиты внешней и внутренней поверхностей труб от коррозии, поперечный разрез; на фиг.2 - разрез А - А на фиг.1; на фиг,З - вариант осуществления устройства,Устройство состоит иэ роторного суппорта 1, на котором радиально выполнены пазы 2. Защитный материал в виде металлических или пластмассовых стержней 3 установлен в пазах 2 и подпружинен пружинами 4. Суппорт 1 снабжен поворотным приводным валом 5. Обрабатываемая труба обозначена позицией Ш, покрытие - позицией 7. Разновиднос"ь устройства показана на фиг,З, где для поджатия стержней 3 использовано давление жидкости, подаваемой по центральному каналу вала 5 к стержню 3 через отверстие 8 от гидроцилиндра 9 Имеется отверстие 10 для разбрызгивания химического реагента при комбинированном способе получения защитного покрытия. Позицией 11 обозначен двигатель приводной, позицией 12 - ременная пеоедачд, позицией 13 - электромагнитная луфта сцепления, позицией 14 - электромагнитный тормоз, позицией 15 - подшипники, позицией 16 - торцовой захват с зажимны. ми болтами 17, позицией 18 - шток гидроцилиндра, создающего осевое усилие при перемещении в осевом направлении трубы Ш. При желании и необходимости труба может располагаться в вертикальном положении, а суппорт 1, с защитным материалом в .виде прижимных стержней 3. - вращаться по типу турбобура в стволе скважины При этом возможны разновидности конструкции устройства, например труба закреплсна жестко, а роторный суппорт со стержнями из защитного материала совершает вращательно-поступательное движение.Способ осуществляется следующим образом,В отверстия ротооа-суппорта 2 закладывается пружина 4, затем стержни из защитного материала и поджимаются таким образом, чтобы за пасовать в трубу с обеспечением заданного прижима. По другому варианту (фиг.3) прижим осуществляется 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 гидравли есной жидкостью от давления, развиваемого гидроцилиндром 9, который одновременно служит и для осевого перемещения трубы, Затем наружный и внутренний ротарный суппорт 1 приводится во вращение с плавным набором частоты оборотов до тех пор, пока температура нагрева от работы сил трения не достигнет в приповерхностном слое температуры плавления защитного материала, Основными параметрами при получении защитных покрытий являются: давление при нагреве, время нагрева, частота вращения,Привод вращения, привод усилия, тормозные устройства, зажимы и вспомогательные механизмы могут быть связаны между собой единой электрогидравлической системой управления, которая позволяет технологию нанесения защитных покрытий осуществлять по полуавтоматической заданной программе, включающей установку вручную стержней защитного материала в зажим шпинделя - отверстие роторного суппорта и их зажатие, жесткий захват торца трубы и ее надвиг осевым усилием гидроцилиндра с поступательным движением или возвратно-поступательным движением ее, осуществление контакта трущихся поверхностей металла трубы и прижимных стержней защитного материала нажатием кнопки "Пуск", Затем в автоматическом режиме происходят следующие операции: вращение роторного суппорта с прижимными стержнями защитного материала, возвратно-поступательное движение трубы, начало процесса нагоева, отсчет времени нагрева, температуры начала времени плавления приповерхностного слоя. разъем во времени контактирующих поверхностей по команде от следящего устройства, сьем трубы с нанесенным двусторонним покрытием после осадки нагрева.Предлагаемый споспб позволяет одновременно или последовательно наносить внутреннее и внешнее покрытие.Запрессовывая или засыпая порошок в отверстия 2, способ позволяет методом порошковой металлургии наносить защитные покрытия из тугоплавких и легированных мап риалов на обычную углеродистую стальную поверхность трубы, штанги и детали, придавая им коррозионную износо- СТОЙКОСТЬ.При нанесении защитных покрытий из черных легированных материалов рекомендуется частота вращения 1-3 м/с, для алюминия 2 м/с, для титана 4 - 5 м/с по окружной скорости. Частота оборотов 6,6- 16.6 с, давление нагрева 20-ШС МПа, время нагрева 10-60 с, осевое усилие 50-500 кН, 1671433П р и м е р 1, В отверстия роторного суппорта вставляется свинцовый стержень, Прижимное давление 20 МПа, окружная скорпсть вращения 2,5 м/с, время нагрева до наплава 5 с, толщина защитного слоя 1,8 5 мм, температура нагрева приповерхностного слоя 327 С. Направленный слой свинца на стальной внутренней и внешней поверхности трубы обрабатывался химическим раствором в виде 5 -ного водного раствора 10 сульфата нагрия с одновременным накрытием наплавленного слоя сульфатом свинца, нерастворимого в воде. Эффект защиты от коррозии составил 100-",ь.П р и м е р 2. Труба иэ стали Ст,4515 диаметром 168 мм с толщиной стенки 9 мм и внутренним диаметром 150 мм покрыва; - ся защигным слоем покрытия путем конгактного трения с защи;ным материалом стержневым из сплава алюминий -магний - 20 литий марки 01420. Давление нагрева 50 МГ 1 а, время контакта 60 с, частота вращения роторного сунпорта с прижимными защитными стержнями 6,6 с, При контактном трении контактирующие поверхности довс дены до ювенильной чистоты, повышаегся тсмпература нагрева до 1573 К, атомы алюминия, магния и лития на атомно-молекулярном уровне цнедряются в прцповерхностный слой внутренней и 30 внешней поверхностей трубы. Толщина защитного слоя 0,1 мм, В момент обнажения ювенильной поверхности трубы осуществ-. ляется химическая обработка ювенильной поверхности трубы, следом осуществляешься 35 химическая обработка аэрозолем полиэтиленамина с образованием на активированной поверхности ювенильной чистогы полиэтиленполиалв овой защитной пленки, предотвращающей металл на 100% от 40 сероводородной коррозии и водородного охрупчияания, водородопроницаемости в среде, Отсутствие оксидных пленок на механически активированной повархносги грубы способствует образованию прочного 45 физико-химического соединения полиэтиленполиамина, в аэрозольной форме напыляемого толищной 50-500 мкм с основойметалла трубы ювелирной чистот ы,Наличие нескольких стержней для наплавки обеспечивает предварительный подогрев, равномерность нагрева иравноглерность центровки,Формула изобретения1. Способ нанесения покрытия на деталь в виде тела вращения, при которомдеталь и прижимаемый к ней стержень изнаплавляемого материала приводят в относительное вращение и осевое перемещение, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения стойкости покрытия, покрытие впроцессе нанесения подвергают обработкехимическими реагентами путем распыленияводных растворов, аэро. олей или газов,2, Способ по и 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения производительности и повышения качества покрытиятрубы, к трубе прижимают дополнительныестержни из наплавляемого материала, которые совместно с основным стержнем располагают равномерно по окружности изнутрии/или снаружи трубы.3, Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щи йс я тем, что стержни прижимают пружиной.4. Способ по пп,1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что стержни прижимают давлением среды, используемой для осевого перемещения заготовки,5. Способ по и 4, о т л и ч а ю щи й с я тем, что в качестве рабочей среды для прижатия слгержня и перемещения заготовки испол ьзуют химический реа гент.6, Способ попп.1 и 2, отлича ющий- с я тем, что прижатие стержней регулируют.7. Способ по пп,1 и 2, от лича ю щи й; с.я тем, что химический реагент подают параллельно стержням.1671433ввпель Э, Ветровхред М Моргентал актор В, Дэнк Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР