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一种合金涂层热喷涂抽油光杆生产工艺及其装置
技术领域
本发明涉及一种新型合金涂层热喷涂抽油光杆生产线，属于石油设备领域。
背景技术
在石油行业中，抽油机有杆泵采油是一种人工举升采油方式，以其设备简单，投资少，管理方便，适应性强等优点被国内外各油田广泛采用。抽油机、抽油杆和抽油泵是有杆泵采油设备的三个主要组成部分，其中抽油杆是将抽油机的运动和动力传递给井下抽油泵进行抽汲的部件。抽油光杆是抽油杆柱上部一根特殊的抽油杆，用来和井口密封盒配合密封抽油井口，因此工作条件比抽油杆更恶劣，除抽油杆的工作条件外，抽油光杆在上冲程时裸露在野外大气中，下冲程时浸在井液中，因此抽油光杆既受大气腐蚀，又受井液腐蚀，不出油时还要承受高温，是工作条件最为苛刻的一根特殊的抽油杆。
为此，对抽油光杆进行表面处理以提高其耐腐蚀性和耐磨性是延长其使用寿命最为有效的处理手段。目前常用的表面处理方法包括电镀铬、化学镀镍磷以及合金涂层热喷涂技术。
电镀铬技术是通过电镀在抽油光杆表面镀上一层铬保护层，这种表面硬度高、光洁度高、有一定的耐磨性和耐腐蚀性，在一定程度上减缓了抽油光杆的耐腐蚀性，但是由于电镀层与基体结合不紧密，电镀层和基体之间有明显的界面，界面两侧基体和电镀层的成分相差非常大，其化学电位差也非常大。一旦表面电镀层由于硬质颗粒例如砂粒的划伤而出现缺陷，造成基体的露出后，在电化学作用下，腐蚀过程会沿着电位差最大的位置即界面迅速扩展，最终导致镀层的大片剥落，导致抽油光杆的腐蚀失效。此外，化学镀镍磷技术也与电镀铬技术类似，镍磷镀层在受到硬质颗粒的划伤后会大片剥落，导致抽油光杆腐蚀失效。
合金涂层热喷涂技术是通过热喷涂技术将具有耐腐蚀耐磨损性能的合金材料喷涂覆盖于抽油光杆表面，并通过重熔工艺使涂层材料与基体材料形成冶金结合，涂层的成分与基体的成分在重熔过程中相互扩散渗透，在涂层和基体材料之间存在一定厚度的过渡区，使得涂层到基体的成分变化相对缓慢，避免了成分突变的界面的形成，也就避免了铬镀层和镍磷镀层在表面出现缺陷后因腐蚀的扩展而导致涂层大片脱落的问题。
但是，由于合金涂层热喷涂技术加工流程相对复杂，而且抽油光杆是典型的超细长杆类零件，导致对抽油光杆进行表面热喷涂加工难度非常高，因此还没有专门的合金涂层热喷涂抽油光杆生产线。目前较为广泛的生产方式是对抽油杆表面淬火设备进行设备改造，利用淬火设备完成对杆体的预热、杆体表面涂层的重熔处理，利用另外增加的放置在抽油杆表面淬火设备旁的砂带磨头和火焰热喷涂喷枪完成杆体表面粗化、涂层抛光打磨和杆体表面合金涂层的热喷涂处理。另外，由于抽油杆表面淬火设备对抽油杆工件的支撑方式是斜向滚轮自然支撑方式，即将抽油杆自由状态放置在一排与抽油杆轴线呈一夹角放置的滚轮上，滚轮转动之后利用摩擦力带动工件一方面轴向旋转，一方面同时轴向移动，即螺旋式前进。在这个过程中抽油杆由于其超细长的尺寸特点而运动稳定性很差，跳动度很高，严重影响了杆体表面的打磨、表面涂层热喷涂处理的加工质量。因此还需要对工件支撑和移动方式进行改造，将工件的螺旋前进方式分解为独立的自转和轴向移动两个运动方式，利用固定位置滚轮支撑实现工件的支撑和旋转，导轨大车带动工件在导轨上运动实现工件的轴向移动。
使用这种改造的设备虽然能够实现抽油光杆的表面涂层的热喷涂加工，但由于各工序的处理都在同一个设备上，各工序对设备和工件的要求不同，对设备和工件的影响不同，会出现不同工艺之间的矛盾。在整个生产过程中，合金涂层的热喷涂处理和中频重熔加热处理对设备的精密度和工件运行的平稳度要求很高，为了提高中频重熔效果和效率，中频加热线圈距离杆体表面距离非常小，一般不超过1cm，这就要求工件的跳动度非常小。另一方面，利用砂带磨头对光杆表面进行打磨处理时，为了保证一定的打磨效果和打磨效率，磨头对杆体的下压载荷会很高，这就导致工件在打磨过程中受力而产生幅度很大的振动，导致工件在行进过程中不停的跳动，极易接触和撞击到中频加热线圈，造成设备的损坏，设备故障率很高。
此外，使用这种设备只能进行单件小批量生产，生产效率低；多工序集成设备对操作工人的操作要求高，易出现人为操作失误，导致成品率下降，这些都极大的降低了合金涂层热喷涂光杆产品的市场竞争力，影响了热喷涂技术这种优秀的表面处理技术在石油设备领域的广泛推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型合金涂层热喷涂抽油光杆生产线，该生产线根据热喷涂工艺和抽油光杆这种细长杆类零件的尺寸特点出发，改变之前使用自制改造的非标设备进行单件加工的思路，将整个抽油光杆表面合金涂层热喷涂工艺进行分解，对分解后的每个工序使用更为通用的标准生产设备进行生产，并将各工序之生产设备按照生产效率最优化原则进行合理的生产排组，通过自动上下料和传输机构组成完整的合金涂层热喷涂抽油光杆生产线。使用这种合金涂层热喷涂抽油光杆生产线进行生产，由于使用标准化设备而提高了设备的稳定性和零部件互换性，有效降低设备的故障率和维护时间，并通过各工序合理的生产排组和配比，有效的优化了加工时间，从而大幅度提高了生产效率，使抽油光杆表面合金涂层的热喷涂加工成为更为标准化的生产流程，便于更规范的生产运营管理。
为实现上述目的，本发明采取以下设计思路进行合金涂层热喷涂抽油光杆生产线的方案设计：
1、分解目前抽油光杆热喷涂处理工艺，得到工序：上料→表面粗化→表面预热→表面热喷涂合金粉末→涂层进行重熔和水冷却降温→对涂层进行回火热处理→对表面进行抛光处理→下料。
2、分析每一工序和与前后工序的衔接，将相关无法分割和易于关联在一起的工序进行分组，得到以下三个工序组：前处理组(包括上料、表面粗化)、涂层处理组(包括表面预热、表面热喷涂合金粉末、对涂层进行重熔和水冷却降温、对涂层进行回火热处理)、后处理组(包括对表面进行抛光处理、下料)。
3、对各工序组的工艺进行细化，形成独立的处理工艺。并结合常规加工手段确定加工设备。得到如下表所示的设备及其加工工艺清单。

  设备名称  功能  加工流程  表面粗化机  对抽油光杆表面进行粗化  处理，为表面喷涂作准备  上料、粗化打磨、下料  表面喷涂机  对表面进行热喷涂、重熔、  回火热处理  上料、预热喷涂、重熔  水冷、回火、下料  表面抛光机  对带有涂层的表面进行抛  光打磨完成最终表面处理  上料、打磨、下料。
4、统计每一个设备和工序的加工时间并进行分析优化，确定最佳设备配比为1台表面粗化机、2台表面喷涂机和1台表面抛光机。
5、在各设备之间设计安装有工件自动传输线用于工件在各设备之间的传输，同时在各设备与自动传输线之间安装有自动机械手，通过机械手的抓举、翻转等动作，以实现工件从设备到传输线的自动上、下料。
本发明采用的技术方案为：一种合金涂层热喷涂抽油光杆生产工艺，其特征是，包括以下的步骤：
(1)对抽油光杆表面进行粗化处理，为表面喷涂作准备；
(2)对经粗化处理的抽油光杆表面进行热喷涂、重熔、回火热处理；
(3)对带有涂层的表面进行抛光打磨完成最终表面处理。
本发明的另一个技术方案是提供了上述的生产工艺中所使用的装置，它包括：第一表面喷涂机、第二表面喷涂机、表面粗化机、表面抛光机、第一滚轮输送线和第二滚轮输送线，第一表面喷涂机和第二表面喷涂机相对平行放置，第一滚轮输送线和第二滚轮输送线平行设置，第一滚轮输送线的尾部与第二滚轮输送线的首部相邻并且位于第一表面喷涂机和第二表面喷涂机之间，表面粗化机设于第一表面喷涂机或第二表面喷涂机的左侧且位于第一滚轮输送线旁边，表面抛光机设于第一表面喷涂机或第二表面喷涂机的右侧且位于第二滚轮输送线旁边，表面粗化机、第一表面喷涂机、第二表面喷涂机和表面抛光机的旁边分别设有三个两指式自动机械手。
所述的第一表面喷涂机和第二表面喷涂机分别由导轨车、和设置在导轨车旁的火焰热喷涂设备和中频加热装置组成，中频加热装置的中频加热线圈和配套冷却水圈自左到右设置在导轨车的车体的右端，中频加热装置的中频加热线圈和配套冷却水圈的轴线与导轨车的左、右卡盘的轴线重合，火焰热喷涂设备的喷枪位于中频加热装置的配套冷却水圈和导轨车的右卡盘之间。
采用本发明的生产线后，原先大约每50分钟生产1根表面合金涂层光杆产品变为大约每20分钟生产2根表面合金涂层光杆产品，生产效率提高了300％以上。
本发明的优点是：
1、本发明通过技术改进，使得抽油光杆表面喷涂的生产可以使用更多的标准设备，降低了设备的加工难度、故障率和维护成本。有利于该生产工艺的推广。
2、该生产线将整个加工过程分解细化，并使用专项设备进行专项工艺生产，大幅度降低了操作工人对设备的操作、维护技术要求的技术要求，降低了劳动强度和，提高了生产质量，使生产管理的得到进一步简化。
3、该生产线的生产效率与比原生产工艺相比，提高了300％以上。
附图说明
图1是该生产工艺所使用的装置图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种合金涂层热喷涂抽油光杆表面的生产装置，它包括：第一表面喷涂机2、第二表面喷涂机4、表面粗化机1、表面抛光机3、第一滚轮输送线5和第二滚轮输送线6，第一表面喷涂机2和第二表面喷涂机4相对平行放置，第一表面喷涂机2和第二表面喷涂机4之间的距离为2米，第一滚轮输送线5和第二滚轮输送线6平行设置，第一滚轮输送线5的尾部与第二滚轮输送线6的首部相邻并且位于第一表面喷涂机2和第二表面喷涂机4之间，表面粗化机1设于第一表面喷涂机2或第二表面喷涂机4的左侧且位于第一滚轮输送线5旁边，表面抛光机3设于第一表面喷涂机2或第二表面喷涂机4的右侧且位于第二滚轮输送线6旁边，表面粗化机1、第一表面喷涂机2、第二表面喷涂机4和表面抛光机3的旁边分别设有三个两指式自动机械手7。上述表面粗化机1采用重庆博益砂带磨床有限公司生产的2M5015型砂带磨床，表面抛光机3采用重庆博益砂带磨床有限公司生产的2M5015B型砂带磨床。
第一表面喷涂机2和第二表面喷涂机4分别由导轨车18、和设置在导轨车旁的火焰热喷涂设备19和中频加热设备10组成，中频加热装置10的中频加热线圈11和配套冷却水圈12自左到右设置在导轨车18右端，中频加热装置10的中频加热线圈11和配套冷却水圈12的轴线与导轨车18的左、右卡盘13、14的轴线重合，火焰热喷涂设备的喷枪15位于中频加热装置的配套冷却水圈12和导轨车右卡盘14之间，火焰热喷涂设备的喷枪15的枪口水平设置并距离导轨车卡盘轴线180mm，中频加热线圈11、配套冷却水圈12和喷枪15相对间隔均为300mm，以保证表面喷涂机在工作中能够实现对抽油光杆表面最佳的喷涂效果和加热、重熔效果。其中，导轨车18采用北京思威盛业工程技术有限公司生产的SWCH1530导轨车，火焰热喷涂设备19采用中国农业科学院表面工程研究所的DZ-5000火焰热喷涂设备，中频加热设备10采用上海华伊感应加热设备有限公司的160KW/8KC中频加热设备。
一种合金涂层热喷涂抽油光杆生产工艺，它通过以下步骤实现：
一、设备组成：选择一台表面粗化机、两台表面喷涂机和一台表面抛光机。表面粗化机采用重庆博益砂带磨床有限公司生产的2M5015型砂带磨床，表面喷涂机采用北京思威盛业工程技术有限公司生产的SWCH1530车床，并装配有中国农业科学院表面工程研究所的DZ-5000火焰热喷涂设备和上海华伊感应加热设备有限公司的160KW/8KC中频加热设备，表面抛光机采用重庆博益砂带磨床有限公司生产的2M5015B型砂带磨床。
二、表面喷涂机的装配：将DZ-5000火焰热喷涂设备和160KW/8KC中频加热设备安置在，使DZ-5000火焰喷涂设备的喷枪枪口水平距离SW1530车床工件轴线180mm，将中频加热设备的加热线圈和配套冷却水圈放置在SW1530车床轨道中央位置，到喷枪距离分别为60cm和30cm，加热线圈和配套冷却水圈的轴线与SW1530车床工件轴线同轴，以保证表面喷涂机在工作中能够实现对抽油光杆表面最佳的喷涂效果和加热、重熔效果。
三、生产线的建造：将两台表面喷涂机并排放置，间距2米。将表面粗化机和表面抛光机分别放置在其中一台表面喷涂机的两侧，四个设备呈一二一布局。在两台表面喷涂机之间的位置排布两条光杆自动传输线，第一条传输线负责将表面粗化机完成粗化的光杆传输到表面喷涂机处，第二条传输线负责将表面喷涂机完成喷涂后的光杆传输到表面抛光机处。此外，在每个设备和自动传输线之间均安置有同步动作的3个机械手，机械手端部为V型钳，可以很方便的抓取工件并进行翻转移动，用于设备和自动传输线之间的上下料。生产线各设备布局参见图1。
三、抽油光杆的表面粗化处理：将毛坯存放区待加工的抽油光杆放置于第一条传输线起始处，自动传输线自动将光杆传输到表面粗化机处。表面粗化机旁的同步自动机械手抓取工件放置于表面粗化机上，表面粗化机启动，开始对光杆表面进行粗化打磨。待整个光杆表面打磨完成后表面粗化机停止工作，同步自动机械手将粗化处理完成的光杆从表面粗化机上卸下放置于第一条自动传输线上。
四、抽油光杆的表面喷涂处理：第一条自动传输线继续运行，将粗化后的光杆传输到表面喷涂机处，表面喷涂机旁的同步自动机械手将粗化处理后的光杆抓取放置于表面喷涂机上。启动表面喷涂机工件旋转控制开关，光杆开始匀速转动。启动车床行进控制开关，车床带动光杆沿导轨正向移动，光杆从一头开始穿过中频感应加热线圈时，启动加热线圈对光杆表面进行预热，待整个光杆通过加热线圈后关闭中频感应加热线圈完成杆体预热。车床带动光杆从另一头开始反向沿导轨移动，经过火焰喷枪时启动氧乙炔火焰热喷涂系统对光杆表面进行喷涂，待整个光杆通过喷枪后关闭火焰热喷涂系统完成杆体表面合金涂层的喷涂。车床带动喷涂后的光杆再次正向移动，从一头穿过中频感应加热线圈，启动中频加热线圈对涂层进行重熔处理，同时启动配套冷却水装置，对重熔过后的杆体表面进行水冷，待整个光杆通过加热线圈和冷却水圈后关闭中频加热装置和配套冷却水装置，完成对杆体表面涂层的重熔处理。车床带动重熔处理后的光杆再次反向移动，从一头穿过中频加热线圈时，启动中频加热线圈再对光杆杆体进行回火热处理，待整个光杆通过加热线圈后关闭中频加热线圈完成回火热处理。关闭旋转装置停止光杆的旋转，同步自动机械手将表面喷涂完成后的光杆从表面喷涂机上卸下放置到第二条传输线上。
五、抽油光杆的表面抛光：第二条传输线将完成喷涂处理的光杆自动传输到表面抛光机处，同步自动机械手将传输线上的光杆抓取放置于表面抛光机上，表面抛光机启动，开始对光杆表面进行抛光打磨。待整个光杆表面抛光打磨完成后关闭表面抛光机，同步自动机械手将抛光处理完成的光杆从表面粗化机上卸下放置于第二条自动传输线上，传输线运行将完成加工的光杆向前传输到成品存放区，即完成整个生产过程。