Способ нанесения покрытия

 

Изобретение может быть использовано при нанесении легированного металлического и полимерного покрытия для защиты от коррозии и износа, в частности, труб. Цель изобретения - повышение стойкости защитного покрытия, повышение производительности способа и качества покрытия. Покрытие, образованное наплавкой трением, подвергают химической обработке. Наплавку трением можно производить несколькими прижимаемыми к трубе стержнями, равномерно расположенными по ее окружности. Химический реагент для обработки используется также и в качестве рабочей среды для прижатия стержней. Наличие нескольких стержней обеспечивает предварительный подогрев, равномерность нагрева и равномерность центрирования. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 20/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

° 1I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4417923/27 (22) 28,04.88 (46) 23,08,91. Бюл, М 31 (75) В.И.Ивашов (53) 62.1.791.14 (088.8) (56) Сварка трением, Справочник, Ленинград: глашиностроение, 1987, с. 156 — i 57. (54) СПОСОБ HAI- ЕСЕНИЯ ПОКРЬЛИЯ (57) Изобретение может быть использовано при нанесении легиоованного металличе ского и полимерного покрытия для защиты от коррозии и износа, в частности, труб.

Цель изобретения — повышение стойкости

Изобретение относится к способам нанесения покрытия и может быть использовано при нанесении легированного мателлического и полимерного покрытия для защиты от коррозии и износа, в частности, труб, Цель изобретения — повышение стойкос 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, никель, свинец или другие металлы. ЗащитнHé слой может быть кîMïoзитным, включающим материал основы трубы и трущегося материала.., SU „„1671433À1 эагцитного покрытия, повышение производительности способа и качества покрытия.

Покрытие, образованное наплавкой трением, подвергают химической обработке. Наплавку грением можно производить несколькими прижимаемыми к трубе стержнями, равномерно расположенными по ее окружности, Химический реагент для обрабо1ки используется также и в качестве рабочей среды для прижатия стержней. Наличие нескольких с1ержней обеспечивает предварительный подогрев, равномерность нагрева и равномерность центрирования. 6 з,п. ф-лы, 3 ил, 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 исключается, а значит исключаются и трудоемкие операции по зачистке, дробеструйной обработке и обезжириванию поверхности, Способ гигиеничен, легко управляем, поддается компьютеризации и

1671133

20

35

50 с,5 весьма технологичен. Адгезия защитного покрытия осуществляется по ювенильным поверхностял с подключением молекулярных сил взаимодейс вия, сцепления.

Процесс нанесения защитного покры ия наплавкой рением осуществляется по фазам, В первой фазе происходит начальная притирка материапа отрубы и защитного металла по поверхности контактного трения. При этом снимаются жировые и нефтяные масляные пятна, выступы шероховатости, граничное трение переходит в сухое. Во второй фазе имеет место лавинообразное увеличение числа взаимодействующих выступов, увеличение площади контакта и скачкообразный рост температуры в и зиповерхностном труще» \ся слое. С ростом температурь сни+ зется предел текучести мегалла, появляегся гон. кий слой пластифициропанно. о мета ла, На этой стадии — фаз» д.in не ссобо ответ",тлеiiных зщитньlx покрыт и можно л,êÎí÷èò процесс.

Для особо OT:етственных защитных покрытий за птооой фазой сразу следует третья фаза, отличающаяся постепенным подьемом те» пературы и спадом момента трения. При этом t „ ÷êíàåòñÿ вытеснение пластифицированного ме-алла и к концу третьей фазы емперагура в припоперхностном трущемся слое дос.. игает максимума, э момент трения, мощносгь тепловыделения и скорость осадки стабилизируются. Состояние защитного слоя покрытия близко к

"квазистационарному", Четвертал фаза характеризуется ква гистациочарным процессом трения, который соответствует установившемуся состоянию основных параметров процесса образования за: итного покрытия, а именно температуры в покрытии, момента трения, мо цности теплопь д».:ления, скорости осадки защитного сло . К концу четвертой фазы контактная поверх ность защитило слоя подготовлена к образованию наваренного защитного покрытия: металл в припоаерхностном слое пластифицирован, контактная поверхность активирована, обломки пленок окислоп удале ы е грат. Пятая фаза характеризуется разведением контактирующих поверхностей с образованием на внутренней и,вешней поверхностях трубы из обычно,.,»леродистой стали покрытия из пластмассы i ëè мягкого металла. При этол т».>аппарат ра тр.".ння должна соответствовать температу(.i-. 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 KoTopofo образчется 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 регул иру ют.

Тел;пера ура в приповерхностном слое трущегося защитного материала может изменяться от 250 до 1300 С и регулироваться частотой врац,ения, осевым усилием, радиал ьн ы м и риж имом стержней защитного л атериала, давлением, длительностью контакта трущихся поверхностей.

Если требуется защитное покрытие наплавленного типа полимерными стержнями, то локальный нагрев на границе поверхностей сталь — пластмасса поддерживают в пределах 240 — 340 С, для цинкового стержня 419-120 С, для свинцово о стержня 327 С, для алюминиевого стержня бб0 С, для легированных стержней 10001300 С, а в отдельных случаях и выше, если использовать порошксеые или консистентные присадки в трущийся слой. При контактном трении действует внутренний источник тепловой энергии, вызывающий

1671 133 быстрый локальный нагрев КопТВК,-èðó oщих 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.3 — 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 6, покрытие — позицией 7.

Разновиднос "ь устройства показана на фиг.3, 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 пеоедача, позицией 13 — электромагнитная луфта сцепления, позицией 14 — электромагнитный тормоз, позицией 15 — подшипники, позицией 16 — торцовой захват с зажимными болтами 17, позицией 18 — шток гидроцилиндра, создающего осевое усилие при перемещении в осевом направлении трубы

6. 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-погтупательное движение.

Способ осуществляется следующим образом, В отверстия ротора-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

55 гидравлической 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 автоматическоiл режиме происходят следующие операции: вращение роторного суппорта с прижимными стержнями защитного материала, возвратно-поступательное движение трубы, начало процесса нагрева, 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 Harpeaa.

Предлагаемый способ 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 материалов на обычную углеродистую стальную поверхность трубы, штанги и детали, придавая им коррозионную износоСТОЙКОСТЬ.

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 20-60 МПа, время нагрева 10-60 с, осевое усилие 50-500 кН.

1671433

I1 р и м е р 1. В отвер гия роторного суппорта вставляется свинцовый стержень, Прижимное давление 20 MIla, окружная скорпсть вращения 2,5 м/с, время нагрева до наплава 5 с, толщина защитного слоя 1,8 5 л м, 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 натрия с одновременным накрытием наплавленного слоя сульфатом свинца, нерастворимого в воде. Эффект защиты от коррозии составил 100 .

Пример 2. Труба иэ стали Ст,45 15 диаметром 168 мм с толщиной стенки 9 мм и внутренним диаметром 150 мм покрыва ся защигныл слоем покрытия путем контактногоо трения с защи;ным материалом стержневым из сплава алюминий -магний — 20 литий марки 01420. Давление нагрева 50

МПа, время контакта 60 с, частота вращения

porop»oro сунпорта с прижимными зз.ци.ныл,и стержнями 6,6 с . При контактном

-1 трении контактирующие поверхности довс- 25 дены до ювенильной чистоты, повышаегся тсмпература нагрева до 1573 К, атомы алюминия, магния и лития на атомно-молекулярном уровне «недряются в пp:!oоверхIIoe.Tíûl! 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 полиэтилен полиами»овой защитной пленки, предотвращающей металл на 100% or 40 сероводородной коррозии и водородного охрупчи«ания, 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 основой металла трубы ювелирной чистот ы.

Наличие нескольких стержней для наплавки обеспечивает предварительный подогрев, равномерность нагрева и равномерность центровки, Формула изобретения

1. Способ нанесения покрытия на деталь в виде тела вращения, при котором деталь и прижимаемый к ней стержень из наплавляемого материала приводят в относительное вращение и осевое перемещение, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости покрытия, покрытие в процессе нанесения подвергают обработке химическими реагентами путем распыления водных растворов, аэро олей или газов.

2, Способ по и 1, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и повышения качества покрытия трубы, к трубе прижимают дополнительные стержни из наплавляемого материала, которые совместно с основным стержнем располагают равномерно по окружности изнутри и/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, отличающийся тем, что в качестве рабочей среды для прижатия стержня и перемещения заготовки испол ьзуют химический реа гент.

6, Способ попп.1 и2, отлича ющий-; с я тем, что прижатие стержней регулируют..

7. Способпопп,1и2,от лича ющий; с.я тем, что химический реагент подают параллельно стержням.

1671433

f.

@v8,,"

1671433

Св io-íïåëü Э, Ветрова

Техред M Моргентал Корректор M. Максимишинец

Редактор В. Данко

Производс веннс-издатвл .r. ий комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2790 Тираж 497 Подписное

ВНИИПИ l осудчрственнсго комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5