機(jī)械零部件電刷鍍?cè)僦圃旒夹g(shù)的研究與應(yīng)用
——防噴器活塞面缺陷修復(fù)

杜漢文，丁 輝

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司 天津300452)

機(jī)械零部件電刷鍍?cè)僦圃旒夹g(shù)的研究與應(yīng)用
——防噴器活塞面缺陷修復(fù)

杜漢文，丁 輝

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司 天津300452)

防噴器是修井機(jī)井控系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，安裝在井口立管上端，連接修井機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)及喇叭口，是用來(lái)控制高壓油、氣、水的裝置。在長(zhǎng)期的高壓環(huán)境使用過(guò)程中，由于密封面材料存在細(xì)微缺陷，防噴器反復(fù)動(dòng)作機(jī)械磨損，導(dǎo)致表面出現(xiàn)較深劃痕，破壞本體密封性，給修井作業(yè)帶來(lái)極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。常規(guī)換件施工周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，利用機(jī)械零件再制造技術(shù)研究成果，對(duì)防噴器表面缺陷進(jìn)行修復(fù)。短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)了設(shè)備的正常使用，對(duì)海洋平臺(tái)恢復(fù)生產(chǎn)有積極意義。

防噴器 再制造 電刷鍍 修復(fù)工藝

0 引 言

電刷鍍技術(shù)最初是電鍍工人在修復(fù)電鍍層缺陷時(shí)，利用摩擦生電原理，將吸有電鍍液的棉織品與修復(fù)處摩擦，使金屬離子得以沉積的一種工藝。該方法具有鍍層均勻、表面精度較高的特點(diǎn)。作為表面維修技術(shù)中的一種，電刷鍍技術(shù)是國(guó)家“六五計(jì)劃”到“九五計(jì)劃”的重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，[1]目前已推廣應(yīng)用到航天、航空、鐵路、交通、冶金、煤炭、水力、電力、石油、化工和國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。應(yīng)用電刷鍍技術(shù)解決了許多國(guó)家重點(diǎn)工程、重要設(shè)備、工程機(jī)械和精密機(jī)械設(shè)備的維修問(wèn)題，取得了顯著的效益。

1 電刷鍍技術(shù)的基本原理

電刷鍍的設(shè)備主要包括電源裝置、鍍筆與陽(yáng)極以及各種輔助材料。鍍筆前端通常采用高純度細(xì)石墨塊作為陽(yáng)極材料，石墨塊包括一層工業(yè)百潔布，刷鍍時(shí)使鍍筆浸滿鍍液。電刷鍍技術(shù)采用電化學(xué)原理，[2]工作時(shí)，專用直流電刷鍍電源的負(fù)極接工件，正極接鍍筆。電刷鍍時(shí)，鍍筆與工件刷鍍表面接觸并做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，含有需鍍金屬離子的電刷鍍專用鍍液不斷供送到陽(yáng)極與工件之間需要刷鍍的表面，在電場(chǎng)力的作用下，溶液中的金屬離子定向遷移到工件表面沉積形成鍍層，鍍層不斷增厚直至達(dá)到所需厚度。[3]

2 防噴器活塞面缺陷修復(fù)

2015年8月，作業(yè)部井控班組在對(duì)一環(huán)形防噴器進(jìn)行檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，該環(huán)形防噴器內(nèi)部零件活塞外圓表面存在多處表面缺陷，其中最嚴(yán)重的一處為約300,mm(長(zhǎng))×8,mm(寬)×10,mm(深)的表面拉傷。由于該活塞外表面為液壓密封面，該拉傷的存在會(huì)嚴(yán)重影響防噴器的正常使用。為保證其正常使用，作業(yè)部人員采用電刷鍍修復(fù)技術(shù)對(duì)該部位拉傷及其他部位的缺陷開(kāi)展了修復(fù)作業(yè)。

2.1 刷鍍修復(fù)工藝

2.1.1 刷鍍準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備好刷鍍用的材料和手持電動(dòng)工具，檢查刷鍍電源和工具狀態(tài)是否完好。用容器盛裝刷鍍液，不同刷鍍液配以不同的石墨鍍筆。不同刷鍍?nèi)芤翰豢苫旌鲜褂茫児P經(jīng)洗凈后方可交換使用。用砂輪打磨待修復(fù)表面，去除表面缺陷，擴(kuò)寬、平滑待修復(fù)表面，以保證鍍層與基體間的結(jié)合力。用丙酮清洗待修復(fù)表面后用清水沖洗；準(zhǔn)備膠帶，用于非鍍面遮蔽；將刷鍍電源打開(kāi)，并連接好電源。對(duì)需要用到的石墨鍍筆進(jìn)行清洗，包裹一定厚度的棉布或百潔布。旋轉(zhuǎn)“電壓調(diào)節(jié)”按鈕，將電刷輸出直接電壓調(diào)節(jié)至5～15,V之間。連接正負(fù)極電線，并將負(fù)極接于工件上，正極分別與不同電刷鍍的刷鍍液正極(石墨鍍筆)連接。

2.1.2 電刷鍍實(shí)施步驟

2.1.2.1 刷鍍作業(yè)

將刷鍍機(jī)電源撥至“開(kāi)”位置，開(kāi)始刷鍍修復(fù)作業(yè)。刷鍍過(guò)程應(yīng)特別注意的是，刷鍍機(jī)正負(fù)極不能短接，防止短路。

2.1.2.2 電凈處理

將刷鍍機(jī)電源上的極性轉(zhuǎn)換撥鍵撥至“正”，用石墨鍍筆沾取電凈液清洗待修復(fù)表面，清洗(及后續(xù)活化)范圍應(yīng)比缺陷范圍略大。電凈的作用是去掉經(jīng)過(guò)機(jī)械打磨后殘留在工件表面的輕微油污。在刷鍍過(guò)程中，最好進(jìn)行2次以上的電凈處理，以確保工件表面無(wú)油污。電凈處理后，用清水沖洗待修復(fù)表面。

值得注意的是，在刷鍍的全過(guò)程中，均要使石墨鍍筆與工件存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且鍍筆一旦和工件接觸就要相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不可將鍍筆停留在工件表面。

2.1.2.3 2號(hào)活化處理

將刷鍍機(jī)電源上的極性轉(zhuǎn)換撥鍵撥至“負(fù)”，用石墨鍍筆沾取2號(hào)活化液處理待修復(fù)表面，作用是去掉工件表面上的氧化膜和銹蝕產(chǎn)物，露出新鮮的純金屬表面。經(jīng)2號(hào)活化后，原先光亮的表面應(yīng)呈均勻的灰色或灰褐色，且基體碳含量越高，顏色越深?；罨笥们逅疀_洗待修復(fù)表面。

2.1.2.4 3號(hào)活化處理

保持極性轉(zhuǎn)換撥鍵在“負(fù)”位置，用石墨鍍筆沾取3號(hào)活化液處理待修復(fù)表面。作用是去除經(jīng)2號(hào)活化后殘留在工件表面的灰色或灰褐色膜層，使待修復(fù)表面出現(xiàn)白色或銀灰色的純金屬表面。活化后用清水沖洗待修復(fù)表面。

2.1.2.5 全能鉻面活化處理

將刷鍍機(jī)電源上的極性轉(zhuǎn)換撥鍵撥至“正”，用石墨鍍筆沾取全能鉻面活化液處理待修復(fù)表面，去除鉻面氧化膜。此步驟活化后無(wú)須沖洗。

2.1.2.6 鉻面底鎳

用石墨鍍筆沾取鉻面底鎳液刷鍍待修復(fù)表面(與鉻面活化間隔時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng))，即在表面刷鍍一層薄薄(μm級(jí))的底鎳，待修復(fù)表面發(fā)亮即可。處理后用清水沖洗待修復(fù)表面。

2.1.2.7 鍍合金銅薄層

用石墨鍍筆沾取超硬快速厚銅合金鍍液刷鍍待修復(fù)表面，使待修復(fù)表面沉積一層薄薄(μm級(jí))的合金銅即可。刷鍍過(guò)程中的超硬快速厚銅合金鍍液可重復(fù)使用。

2.1.2.8 非鍍面遮蔽

用百潔布打磨刷鍍表面、沖洗并擦干刷鍍表面，用膠帶遮蔽非鍍面(即缺陷以外的位置)，膠帶邊緣與待修復(fù)表面邊緣相隔3～5,mm即可，且一般將非遮蔽面做成規(guī)則形狀，如長(zhǎng)方形，便于計(jì)算刷鍍面面積。

2.1.2.9 鍍合金銅尺寸層

用石墨鍍筆持續(xù)沾取超硬快速厚銅合金鍍液刷鍍待修復(fù)表面，使合金銅不斷向待修復(fù)面沉積，填補(bǔ)缺陷，當(dāng)填補(bǔ)后的尺寸大于原始尺寸即可。

2.1.2.10 鍍層表面打磨處理

在電刷鍍過(guò)程中，鍍層厚度達(dá)到既定厚度，需要對(duì)鍍銅層表面進(jìn)行打磨，保證圓周度滿足使用要求。打磨可采用帶式砂輪機(jī)粗處理，再用1000#細(xì)砂紙進(jìn)行人工處理。同時(shí)，利用大外徑千分尺進(jìn)行測(cè)量，調(diào)整整體偏差。

2.1.2.11 快速鎳液造面處理

造面處理即在刷鍍合金銅的位置刷鍍一層鎳，其刷鍍厚度應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，一般為1～5絲左右。造面時(shí)要重復(fù)電凈處理、鉻面活化處理及鉻面底鎳步驟，隨后再用石墨鍍筆沾取3號(hào)快速鎳液刷鍍待修復(fù)表面，完成造面。造面的目的在于提高表面物化性能、美觀度及表面光潔度。

2.1.2.12 拋光處理

若工件修復(fù)后表面要求為鏡面，則用帶拋光輪的砂輪機(jī)配合拋光白蠟，拋光已修復(fù)表面。

2.2 修復(fù)結(jié)果

按照上述刷鍍步驟依次完成電凈清洗、鉻面活化、鉻面底鎳、超薄鍍銅、超厚鍍銅。先用帶式砂輪機(jī)進(jìn)行粗打磨，清除沉積的多余鍍層。再用1000#砂紙進(jìn)行精細(xì)磨光處理，清理表面殘留碎屑。最后按照完整步驟進(jìn)行表面清洗、活化，再用3#快速鎳液進(jìn)行蓋面處理。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)使用及反饋情況

2.3.1 硬度檢測(cè)

完成全部刷鍍工作量后，采用邵氏D型硬度計(jì)對(duì)修復(fù)表面進(jìn)行硬度測(cè)試，硬度在200～220,HRB，附著力良好，在防噴器實(shí)驗(yàn)動(dòng)作期間無(wú)鍍層脫落現(xiàn)象出現(xiàn)。表明鍍層強(qiáng)度能夠滿足防噴器壓力環(huán)境要求。

2.3.2 功能實(shí)驗(yàn)

將防噴器組裝完成后，按照額定工作壓力21,MPa進(jìn)行靜水壓力實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程重復(fù)2次，穩(wěn)壓后壓降值在合理范圍內(nèi)，驗(yàn)證了該鍍層滿足使用要求。

2.4 綜合評(píng)價(jià)比較

防噴器密封面在輕度磨損(深度≤40,mm)下，利用電刷鍍技術(shù)能夠快速完成修復(fù)工作，安全性和使用性滿足要求。施工周期大大縮短，可以在1個(gè)船期內(nèi)返回平臺(tái)，保證了平臺(tái)的正常生產(chǎn)要求。費(fèi)用成本約為常規(guī)采購(gòu)的5%,，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。綜合評(píng)價(jià)比較如表1所示。

表1 常規(guī)采購(gòu)更換和電刷鍍修復(fù)方案綜合評(píng)價(jià)比較Tab.1 Comparison of comprehensive evaluations of conventional purchasing replacement scheme and brush plating scheme

3 結(jié) 論

按照電刷鍍實(shí)施工藝依次進(jìn)行電凈清洗、活化、底鎳、鍍銅、表面鍍鎳等過(guò)程，能夠完成防噴器密封面缺陷位置的修復(fù)工作。防噴器密封面修復(fù)過(guò)程表明，電刷鍍技術(shù)具有可實(shí)施性。此外，該技術(shù)綜合評(píng)價(jià)較高，符合總公司“降本增效、質(zhì)量效益”的總方針，在石油機(jī)械行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 張偉，吉小超，魏敏，等. 國(guó)內(nèi)外再制造技術(shù)體系及競(jìng)爭(zhēng)力分析[J]. 中國(guó)表面工程，2014，27(3)：1-9.

［2］ 孫增偉，趙曉春，劉曉明，等. 電刷鍍?cè)谳S類修復(fù)中的應(yīng)用[J]. 電鍍與精飾，2010，32(7)：30-31.

［3］ 朱勝，姚巨坤. 電刷鍍?cè)僦圃旃に嚰夹g(shù)[J]. 新技術(shù)新工藝，2009(6)：1-3.

Research and Application of Technology of Piston Surface Defect Repair in Blowout Preventer

DU Hanwen，DING Hui
(CNOOC EnerTech Equipment Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China)

BOP is an important component of the control system of workover wells.It is installed in the upper end of the vertical tube to connect workover rig turntable and a bell mouth.It is a device used to control high pressure oil，gas and water.Serving in a long-term high-pressure environment，due to slight defect of sealing surface material and mechanical wear of repeated actions，the BOP may have deep scratches on its surface，which damages its body sealing and brings a great security risk to the workover operations.As the conventional way of part replacement is time consuming，the mechanical parts remanufacturing technology research results were adopted to repair surface defects of the blowout preventer.This method is able to restore the normal use of the equipment in a short time，which has a positive significance to the recovery of marine platform production.

BOP；remanufacture；brush plating；repair process

TE935

：A

：1006-8945(2016)09-0074-03

2016-08-08