[发明专利]一种钛合金钻杆组件的表面强化处理方法

说明书

本发明涉及一种钛合金钻杆组件的表面强化处理方法，包括以下步骤：a、预处理：清洁钛合金钻杆表面；b、装夹：将钛合金钻杆装夹到同步送丝送粉激光熔覆装置的回转机构上；c、激光熔覆：送入的丝材为钛合金丝材，送入的粉末为TiC粉末；丝材的质量百分比为50％‑80％，粉末的质量百分比为20％‑50％，钛合金丝材和TiC粉末分别通过送丝嘴和送粉嘴同时送入激光照射在钛合金钻杆上所形成的熔池区域内，形成熔覆层。本发明的主要用途是提供一种可在钛合金钻杆组件表面加工出机械性能好、脆性小的激光熔覆层，提高钛合金钻杆组件耐磨性的钛合金钻杆组件的表面强化处理方法。

技术领域

本发明涉及一种金属表面处理技术，特别是涉及一种钛合金钻杆组件的表面强化处理方法。

背景技术

钛合金材料具有高比强度，低弹性模量的特点，在小半径水平钻井的应用领域，钛合金钻杆与钢制钻杆相比，钛合金钻杆可大幅降低地面设备载荷，减少接头的水力损失；特别是对于短半径钻井，使用钛合金钻杆可以显著提高钻柱寿命，有望为深井和特深井钻探提供可靠的设备保障。

但是钛合金材料硬度偏低，如TC4钛合金钻杆硬度一般在HRC30左右，在钻井工作尤其是钻探深井时，钻杆和钻杆接头容易产生严重磨损，影响钻杆的使用寿命和钻探工作的顺利进行。为了解决钛合金硬度低耐磨性差等问题，一般采用表面强化处理(比如激光熔覆工艺)提高钛合金钻杆的耐磨性，延长其使用寿命。但采用传统的熔覆强化材料，如铁基、镍基和钴基等材料，由于在熔覆时结合层会产生如Fe-Ti等脆性金属间化合物，所以容易造成熔覆层碎裂、剥落的问题，无法满足使用要求。而在钛合金表面激光熔覆TiC粉末可以解决结合强度、脆性和耐磨性等问题，但和熔覆钛合金丝材相比，钛合金粉末价格昂贵，粉末沉积率低，成本高昂，实用性不高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以在钛合金钻杆组件表面加工出机械性能好、脆性小的激光熔覆层，大大提高钛合金钻杆组件表面耐磨性和使用寿命的钛合金钻杆组件的表面强化处理方法。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种钛合金钻杆组件的表面强化处理方法，包括以下步骤：

S1、预处理：清洁钛合金钻杆表面；

S2、装夹：将钛合金钻杆装夹到同步送丝送粉激光熔覆装置的回转机构上；

S3、激光熔覆：送入的丝材为钛合金丝材，送入的粉末为TiC粉末；丝材的质量百分比为50％-80％，粉末的质量百分比为20％-50％，钛合金丝材和TiC粉末分别通过送丝嘴和送粉嘴同时送入激光照射在钛合金钻杆上所形成的熔池区域内，形成熔覆层。

进一步地，熔覆过程的工艺参数为：送丝速度为1000mm/min-4000mm/min，送粉速度为1g/min-15g/min，激光功率为1500W-3500W，光斑直径为3mm-5mm，激光扫描速度为1000mm/min-4000mm/min。

进一步地，钛合金丝材的直径为0.8mm-1.6mm，TiC粉末的粒度为：36μm-200μm。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明通过大量的实验和验证，得出了一种可以解决钛合金钻杆和钛合金接头表面激光熔覆层的结合脆性大、易剥落等问题的加工方法，根据这种加工方法，实际使用时根据具体的加工零件尺寸进行调整，可以加工出具有良好机械性能的激光熔覆层；大大提高了钛合金钻杆和钛合金接头的表面硬度和耐磨性，在降低熔覆材料成本的同时，大幅增加钛合金钻杆的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的一种钛合金钻杆组件的表面强化处理方法的示意图；

图2为本发明的一种钛合金钻杆组件的表面强化处理方法的工艺流程图；

其中，1、钛合金钻杆；2、送粉嘴；3、送丝嘴。

具体实施方式