Новости

Лазерно-плазменное нанесение покрытий на резьбы насосно-компрессорных труб существенно повышает их надежность и ресурс работы.

Дата публикации: 30/10/2008
Категория: Новости лазерных технологий
Версия для печати

Одним из способов повышения надежности и ресурса работы таких труб является лазерное нанесение резьбовых покрытий. Результаты контроля свидетельствуют о достаточно высокой износоустойчивости покрытия.
Ресурс работы и надежность традиционного резьбового соединения "труба-муфта" насосно-компрессорных труб (НКТ) в условиях нефтедобычи не удовлетворяет современным требованиям промышленности.
Такая резьба НКТ выдерживает не более 5-7 "свинчиваний-развинчиваний", так как подвергается интенсивному абразивному и коррозионному износу.
На сегодня разработаны и успешно внедрены достаточно много различных технологий нанесения таких покрытий, использующих: газотермические методы напыления (высокоскоростное - НVAF, плазменное - АРS, газопламенное – Flame Spray); сверхзвуковое газопламенное напыление (НVOF); газопламенное напыление с последующим оплавлением; газопламенное напыление шнуровыми материалами и газодинамическое напыление.
Каждая технология нанесения покрытий имеет свои преимущества и недостатки, определяющие их области применения.
Так, технологии газотермического напыления имеют ряд недостатков, которые характерны практически для всех методов нанесения покрытий и не позволяют применять данные технологии для нанесения покрытий на трубные резьбы.
К ним относятся:
• невозможность получать качественное покрытие толщиной менее 50 мкм;
• высокая неравномерность толщины покрытия (если она <50 мкм), превышающая ±20 мкм;
• низкая адгезионная прочность наносимого покрытия (менее 80 МПа), не гарантирующая его надежности, особенно при работе в тяжелых условиях эксплуатации.
Анализ указанных технологий нанесения покрытий с помощью газотермического метода показал, что ни одна из них не удовлетворяет всему комплексу требований, предъявляемых к покрытию, наносимому на резьбы НКТ: по толщине, допускам на толщину, износостойкости и уплотнительности, коррозионной стойкости, антифрикционности и шероховатости поверхности (Rz>20 мкм).
Одной из современных тенденций развития технологий обработки материалов является применение гибридных и комбинированных технологий лазерной обработки: лазерно-светолучевых, лазерно-дуговых, лазерно-плазменных, лазерно-индукционных, лазерно-ультразвуковых и тандемные лазерных.
Гибридные и комбинированные лазерно-плазменные технологии позволяют в значительной мере устранить недостатки, присущие плазменному нанесению покрытий, устранив полностью или частично недостатки, присущие газотермическим методам напыления.
Сегодня покрытие, наносимое на резьбы НКТ, должно быть:
• износостойким, обладающим свойствами твердой смазки: быть уплотнительным, противозадирным, антифрикционным;
• защищать резьбу от коррозии в агрессивных нефтепромыс-ловых средах, содержащих сероводород и углекислый газ;
• иметь прочное сцепление с основой;
• быть сплошным и равномерным с толщиной покрытия 30- 40 мкм и шероховатостью Rz <20 мкм.
Требование к износостойкости и уплотнительности покрытия достаточно противоречивы.
Так, износостойкость предполагает высокую твердость, а уплотнительность выдвигает требование высокой пластичности наносимого покрытия.
Нанесение высококачественного покрытия с такими свойствами и толщиной в несколько десятков микрон является трудной технологической задачей.
Для ее решения был предложен лазерно-плазменный способ нанесения покрытий на резьбы труб НКТ.
Для его реализации использовался волоконный лазер модели ЛС-2 компании "IPG".
Проведенные металлографические исследования шлифов поверхностного слоя не выявили пористости покрытия и показали высокую равномерность толщины покрытия.
Оценка качества защитного покрытия проводилась по следующим критериям:
• По внешнему виду покрытия - установили:
- покрытие прочно сцеплено с основным металлом, сплошное, равномерное, шероховатое;
- вздутия, раковины, трещины, наросты и отслоения отсутствуют;
- цвет покрытия однородный - красно-желтый.
• По механическим свойствам металла резьбы - установили:
- свойства металла после нанесения покрытия остались в пределах требования ГОСТ633 для группы прочности "Д";
- временное сопротивление составило 70 кгс/мм2 (при норме не менее 66,8 кгс/мм2);
- предел текучести - 45,4 кгс/мм2 (при норме - 38,7-56,2 кгс/мм2);
- относительное удлинение - 26,8% (при норме не менее 14,3%).
• По шагу резьбы, высоте профиля, углам наклона сторон профиля - установили: после нанесения покрытия все указанные показатели остались в норме.
Кроме того на всех образцах отмечалось увеличение против исходного значения натяга резьбы по резьбовому калибру. Оценку износоустойчивости покрытия проводили методом многократного "свинчивания-развинчивания" резьбового соединения "ниппель НКТ с резьбовым лазерно-плазменным покрытием (ЛПП) - муфта без резьбового покрытия" на автоматической установке САМ Р-4.5/П-К трубной линии участка отделки и сдачи НКТ.
Результаты контроля свидетельствуют о достаточно высокой износоустойчивости покрытия.
После 40 циклов "свинчивания-развинчивания" покрытие на основной резьбовой поверхности сохранилось и не подверглось существенным разрушениям.

Источник: «Фотоника», 2008, № 3, с.36-37, www.electronics.ru .

Статьи по теме:

страницы: 1