等離子熔覆技術再制造在軸類零件修復中的探索

李莉

摘要：文章結合石油鉆井設備的修理工藝，介紹了長慶鉆井總公司裝備公司通過開發、應用等離子覆技術，提高石油鉆井設備的完好性、可靠性，指出該技術對解決石油鉆井設備故障的重要意義。

關鍵詞：等離子;熔覆;機械維修

0 ?引言

近幾年石油鉆井工業采用工廠化大生產模式，鉆井速度進一步提升，對設備的可靠性、安全性、完好性提出了更高的要求。因此，不斷提高石油鉆井設備的使用可靠性一直是我們裝備公司設備修理與維護的根本要求。另一方面，眾多材料供配企業為了提高市場競爭力，降低生產和管理成本，軸類等非常規零配件常常沒有現貨供應。一旦鉆井隊發生設備故障，由于缺少配件或者配件組織供應緩慢，問題將無法得到及時解決，對保障一線鉆井生產造成了很大影響。再次，裝備公司銀川石油機械修造廠在這幾年的設備大修理中，已經證實了鑲套修復工藝對于目前的鉆井設備使用工況已不適用。因此，等離子熔覆技術再制造鉆井設備軸類等零配件的技術對于石油鉆井設備的修理維護有著極其關鍵重要的意義。

1 ?軸類零件等離子熔覆修復技術應用的目的

在鉆井設備修理中，軸類零件的磨損是最常見的。通常，在軸頸磨損超過0.5mm后，傳統的修復工藝就不能滿足再次修復使用，往往只能報廢更換新軸，造成修理單位成本一直居高不下。但報廢的軸類零件機械性能良好，如果通過增材修復后完全能夠滿足設備的使用要求。

等離子熔覆是一種先進的涂層技術，其與母材的熔覆性、增材后的加工性良好，適宜于軸類表面磨損后增材修復。為降低修理成本、提高設備修理單位效益，研究推廣應用軸類等離子熔覆再制造技術、提高軸類零件使用壽命、降低修理成本是很好的途徑。

1.1 鉆井設備修理中軸類零件的修復現狀

在鉆井設備修理中，傳統的軸類零件的修復主要采取兩種工藝措施：粘膠修復和打樣沖眼修復，修復范圍不超過0.5mm。通常采用的修復工藝是手工打磨。

1.2 軸類零件等離子熔覆粉末的選型

鉆井設備的軸類，其材質主要有35CrMo和45#調質，軸表面硬度一般在HRC35-55之間。因此，在等離子熔覆時，焊粉材質選擇非常重要。選擇焊粉時們主要依據以下原則：

①焊粉材質與母材相同或性能接近。

②焊粉的熔點低，自熔性、浸潤性好，涂層的成型美觀、無缺陷。

③焊粉有良好的流動性，顆粒成型為球狀，大小均勻。

④焊粉有較高的抗開裂能力和較小的收縮線性。

⑤子熔覆一般多用于零件的磨損修理，所以還要求熔覆層有較高的硬度和耐磨性。

此外，在焊粉的選用上，還要考慮加工車床的切削能力等因素。

經過對大量合金粉末的試驗和篩選，鎳基自熔性合金粉末中熔覆后的硬度太高達到HRC60，難以切削，不建議在軸類零件修復時采用。鐵基合金粉末在熔覆時與母材的融合性很好，根據不同的軸表面硬度可以選擇不同組分焊粉，其硬度在軸硬度范圍內，選加工性較好，加工后表面光潔度完全達到技術要求，效果良好。

因此，在鉆井設備軸類零件的等離子熔覆再制造中，選擇鐵基合金焊粉。

2 ?軸類零件等離子熔覆再制造應用實例

對JC-32絞車剎把軸的修復。該軸長1790mm、直徑60mm，材質45#調質處理。以前采用焊修配合孔位置等工藝進行修復，修復周期長，修復工序較多。該剎把軸修復前的情況是：主動拐部位大面積磨損，比標準尺寸小1mm。經分析，決定采用牌號JG-1的鐵基粉末對其磨損表面進行等離子熔覆。根據熔覆部位直徑，設定車床的主軸S軸的轉速15r/min、等離子焊機的電流設定為90A。等離子氣流量調整在1.2L/min。等離子熔覆后，該剎把軸熔覆表面成型均勻，表面硬度檢測為HRC25，效果良好。（圖1）

3 ?結束語

等離子熔覆技術的基本特點是覆層平整、稀釋率低、與母材的冶金結合強度高。低稀釋率有利于保證熔覆層的成分和性能，而覆層的表面均勻性將使后續加工量大大降低，也因此降低了后續加工成本。熔覆過程中工件溫度小、變形量小，對工件原有性能影響小，因而能大大滿足軸類修復的需要，實現在較短的時間內恢復工件使用功能的要求，滿足了鉆井設備“搶修”軸類修復的需求。

在實際應用中發現，等離子熔覆再加工中突出存在的問題是工件發藍退火的問題。解決此問題的一般途徑為：

①從合金成分的設計及輔助工藝條件的改善出發，避免過高溫度的產生。

②從修復工藝的角度出發分清楚工件的使用情況，而考慮是否用不同的粉末，分層開展熔覆或結合冷、熱噴涂等方法采用復合工藝進行修復。

筆者將結合單位生產實際和技術推廣中發現的問題，進一步深入研究，持續改進，最終實現鉆井設備修理單位軸類零件的再制造，從而為企業的降本增效提供一條有效途徑。

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