[发明专利]一种石油钻具碳化钨耐磨带激光熔覆方法

说明书

技术领域

本发明属于激光熔覆技术领域，特别是涉及一种石油钻具碳化钨耐磨带激光熔覆方法。

背景技术

在石油、天然气及地质勘探钻井工程中，钻井时常用的石油钻具主要有钻杆、钻铤、稳定器及各种接头，其质量及使用寿命对经济效益的影响至关重要。

在钻井过程中，合理使用钻具可使井斜变化率和方位变化率较小，并且能够提高井身质量和钻井速度，降低钻井成本。

石油钻具所采用的材质是高级优质铬钼合金钢或奥氏体不锈钢，其是由一根整体棒料锻造而制成。石油钻具外圆耐磨带是由多条具有一定宽度的直楞或螺旋楞构成，并且其表面需由无磁耐磨材料覆盖，以达到保护扶体、确保抗冲击、韧性、耐磨性、抗腐蚀性的目的。

一般情况下石油钻具耐磨层的主要化学成分为碳化钨(WC)，传统的碳化钨耐磨带制备方法为喷涂、钎焊和手工焊接。由于喷涂方法制成的喷涂层与基体为机械结合，因此在冲击较大的环境中使用时经常会产生剥落现象。而碳化钨焊接方法则存在工件变形、焊层裂纹、表面成型难以控制等难题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够保护扶体、确保抗冲击、韧性、耐磨性、抗腐蚀性的石油钻具碳化钨耐磨带激光熔覆方法。

为了达到上述目的，本发明提供的石油钻具碳化钨耐磨带激光熔覆方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)将石油钻具上待处理的表面用稀料进行预处理，以去除附着在其表面的油污及杂质；

2)以氩气作为保护气体，将合金粉在4.0mm光斑、400-600mm/min速度和4000-4800w功率下用激光器熔覆在待处理的表面，然后室温下快速冷却而形成一层合金熔覆层；所述的合金粉由以重量份计的下列组分组成：2.18-2.80份碳、16.22-18.22份镍、1.12-1.25份铁、1.65-2.05份铬、1.20-1.32份硅、0.41-0.48份硼、0.18-0.15份氧和77.04-73.73份钨；

3)将合金熔覆层的表面进行喷砂处理。

所述的激光器为5000WCO₂横流式激光器。

所述的合金熔覆层的厚度为1-1.5mm。

所述的步骤2)中所使用的钨为球状，这样可以有效增加熔覆层的耐磨性能。

所述的步骤2)中氩气的流量为400-600l/h。

本发明提供的石油钻具碳化钨耐磨带激光熔覆方法是利用高能密度激光作为热源，将耐磨合金碳化钨熔覆在工件表面，形成一层耐磨合金层，由于熔覆层与基体为冶金结合，因此不易剥落。从金相组织分析来看，球状碳化钨在熔覆过程中无破损，金属组织细化、致密。从工件整体上看，由于局部熔池产生及凝固形成熔覆层过程很短(约0.1sec)，熔覆过程工件整体温度≤80℃，内应力小，无裂纹产生，工件无变形，因此工件的使用性能及使用寿命能够显著提高。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明提供的石油钻具碳化钨耐磨带激光熔覆方法进行详细说明。

实施例1：

本实施例提供的石油钻具碳化钨耐磨带激光熔覆方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)将石油钻具上待处理的表面用稀料进行预处理，以去除附着在其表面的油污及杂质；

2)以氩气作为保护气体，氩气的流量为400l/h，将合金粉在4.0mm光斑、400mm/min速度和4500w功率下用5000WCO₂横流式激光器熔覆在待处理的表面，然后室温下快速冷却而形成一层1.5mm厚的合金熔覆层；所述的合金粉由以重量份计的下列组分组成：2.18份碳、16.22份镍、1.12份铁、1.65份铬、1.20份硅、0.41份硼、0.18份氧和77.04份钨。

3)将合金熔覆层的表面进行喷砂处理。

实施例2：

本实施例提供的石油钻具碳化钨耐磨带激光熔覆方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)将石油钻具上待处理的表面用稀料进行预处理，以去除附着在其表面的油污及杂质；

2)以氩气作为保护气体，氩气的流量为500l/h，将合金粉在4.0mm光斑、500mm/min速度和4500w功率下用5000WCO₂横流式激光器熔覆在待处理的表面，然后室温下快速冷却而形成一层1.4mm厚的合金熔覆层；所述的合金粉由以重量份计的下列组分组成：2.50份碳、17.22份镍、1.18份铁、1.85份铬、1.26份硅、0.45份硼、0.16份氧和75.38份钨；其中钨为球状。