一种石油行业组合阀的耐磨耐腐处理方法及所述组合阀技术领域
本发明涉及防腐耐磨处理技术，更具体的涉及一种石油行业组合阀的耐磨耐腐处理方法及所述组合阀，特别是涉及一种激光表面改性的组合阀耐磨耐腐处理方法。
背景技术
由于石油大部分蕴藏在孔隙岩中，需要在高压、高温的环境下进行开采。一般在采油井的边上与采油井中心斜相交的注水井，通过注入液体增加富油区的压力，使其更易被开采。注水井通过往复式柱塞泵向井内注入高压液体，从而增加富油区的压力。在注入的过程中，柱塞泵中承受着大量的液体冲刷。石油所在区域环境中存在较高的硫化物、氢化物以及氯化物。一般情况下，石油设备采用的材料为碳钢材料，此类材料的硬度较低，耐冲刷性能较差，且腐蚀失效问题十分严重。组合阀是往复式柱塞泵的核心部件，对控制柱塞泵内液体的流速及压力有着重要的作用。若组合阀冲刷严重，会造成油压装置中安全阀动作不稳定，噪声大，油泵启动冲击大，渗漏点多，密封性差，过流能力小等严重问题。
目前解决石油设备中组合阀磨损问题的主要手段是通过以下两种方式来解决：（1）刷涂耐冲刷涂料；（2）整体采用高硬度材质进行制造。但是这两种技术在实际使用过程中都存在自身明显的不足：使用耐冲刷涂料刷涂在组合阀表面时，不能长时间经受流体冲刷，且在高温环境下不能被使用并容易出现脱层的问题，若冲刷露出金属层后，会因为防腐涂料与金属之间存在电位差而加速对组合阀的腐蚀；采用高成本的高硬度材质如马氏体不锈钢材料为原材料，制造所需的各种零部件，虽然能起到一定耐硫化物，氢化物的腐蚀作用，但是对氯化物的腐蚀缓解情况不明显，且由于整体采用到高成本的马氏体不锈钢，单个零件的成本将提高1-1.5倍，大大的增加了采油的成本，且组合阀寿命未提高到生产需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，创新的提出一种专门针对石油行业组合阀的基于激光熔覆技术的表面耐腐蚀耐磨处理技术，解决了组合阀不能在高温、高压、高腐蚀环境下长期工作的问题，通过本发明所述技术处理后的组合阀的表面硬度≥58HRC，激光熔覆层厚度≥0.5mm，成品率≥95%，耐磨耐腐性更高，且处理效率高，成本低，所述技术可用于对服役期满，受损严重的组合阀体的修复，也可用于新品性能的提升，市场前景广阔。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种石油行业组合阀的耐磨耐腐处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、对组合阀进行表面清理；
（2）、将清理后的组合阀表面采用氩弧焊进行修补，修补过程中保证组合阀表面留有足够的加工余量；
（3）、对步骤（2）修补后的组合阀进行机械加工，对组合阀上下端面的机械加工使其在原有尺寸基础上减少0.5mm以上，对组合阀上下端面以外其他表面的机械加工参照新件标准尺寸与公差执行；
（4）、使用工装将步骤（3）处理后的组合阀安装好后，对组合阀的上下端面进行清理，并调试好激光熔敷装置；
（5）、向激光熔敷装置添加粒度为45~180μm的熔敷粉末，所述熔敷粉末的质量百分比组成为：P≤0.007%，S≤0.005%，Ni：1.25%-3.50%，Cr：15%-18%，Fe余量；
（6）、打开激光熔敷装置的送粉开关，检查粉、气是否通畅，待送粉口均匀稳定送出熔敷粉末后开启激光运行程序，对组合阀的上下端面进行激光熔敷处理，从而在组合阀的上下端面上形成稀释度极低、与基体冶金结合的厚度在0.5mm以上的激光熔敷表面涂层，在激光熔敷处理过程中控制激光熔敷方向为平行于组合阀端面方向的单向熔敷，激光熔敷送粉速度为3-8g/min，激光加热功率为1800-2200W，激光头在待熔敷表面的移动线速度为4-6mm/s，熔敷搭接率为30%~50%；
（7）对激光熔敷处理后的组合阀进行尺寸检验，确保留有足够加工余量后进行进一步的机械加工处理，将组合阀尺寸加工为标准尺寸。
进一步的根据本发明所述的石油行业组合阀的耐磨耐腐处理方法，其中步骤（1）具体包括：使用钢丝刷、抛光片或磨头去除组合阀待处理表面的锈迹、油渣杂质，并对腐蚀坑进行清理，清理后组合阀表面为金属光泽。
进一步的根据本发明所述的石油行业组合阀的耐磨耐腐处理方法，其中步骤（2）中，氩弧焊采用的焊材为直径2.0mm的焊丝，焊丝中各元素的质量百分比组成为：C≤0.03%，Si≤0.6%，Mn，0.25%-1.00%，Cr：23%-25%，Ni：12%-14%，Fe余量，氩弧焊修补时电流为65~80A，电压为12~15V，修补过程中将焊接修复区域的余高控制在2-5mm。
进一步的根据本发明所述的石油行业组合阀的耐磨耐腐处理方法，其中步骤（3）中，对组合阀上下端面以外其他表面的机械加工参照该表面未进行焊接修补的尺寸进行，保证机械加工后组合阀上下端面以外的其他表面具有统一的尺寸。
进一步的根据本发明所述的石油行业组合阀的耐磨耐腐处理方法，其中步骤（4）具体包括：使用三抓卡盘将组合阀端部紧固，露出组合阀的上端面和下端面，并用丙酮溶液清理上下端面，然后将组合阀平稳放置在工作台面上，调整好激光熔敷装置的激光头与端面的距离，在不开光的情况下按设定程序空运行，确认程序无误后归零。
进一步的根据本发明所述的石油行业组合阀的耐磨耐腐处理方法，其中经所述耐磨耐腐处理方法处理后的组合阀的表面硬度在58HRC以上。
一种石油行业组合阀，所述组合阀为经本发明所述耐磨耐腐处理方法进行表面改性处理后的组合阀。
通过本发明的技术方案至少能够达到以下技术效果：
1）、本发明所述方案不仅适用于对旧组合阀的修复，同样也适用与对新组合阀的表面改性，同时也能够适用于除组合阀以外的其他石油设备的防腐耐磨处理，市场前景广阔；
2）、本发明所述方案制备的组合阀耐冲刷性表面，与传统的工艺相比，具有更高的表面耐磨性能，其表面硬度≥58HRC，可对组合阀外表面任何部位进行修复，修复层与基层为冶金结合，结合强度与材料的抗拉强度相当，修复层厚度为0.5mm，可大幅度提高处理后零件在石油工作面下恶劣环境中表面的耐磨性能；
3）、本发明所述方案采用了最先进表面处理技术，相对于传统工艺具有更高的表面耐腐蚀性,可大幅度提高处理后零件在石油工作面下恶劣环境中表面的耐腐蚀性能；
4）、本发明所述方案在组合阀零件进行激光熔敷之前，将组合阀零件先整体进行降尺寸处理，在保证熔敷后零件的尺寸基础上，将熔敷中的性能最不稳定的热影响区避开，在表面留下性能最稳定的焊缝区域，不仅保证了零件的尺寸精度，装备精度，更保证了设备的运行稳定性及可靠性；
5）、本发明所述方案中的表面与基体为冶金结合，结合强度高，因此能长时间经受流体冲刷，高温环境下仍保持表面的完整性；
6）、本发明所述方案完全避免了传统有机涂料技术带来的环境污染问题，具有良好的环保性；
7）、本发明所述方案相对传统的抗冲刷组合阀与刷涂抗冲刷有机涂料的方式具有更高的稳定性能及表面耐腐蚀性能，与不锈钢材质组合阀相比，本发明采用普通碳钢材质组合阀为基体，具有更好的工艺适用性，并在大幅提高零件表面性能（如硬度，耐磨性能）前提下兼顾了良好的经济适用性，在组合阀零件表面耐磨耐腐蚀处理中具有广阔的市场推广前景。
附图说明
附图1为通过本发明所述方法对石油行业组合阀进行耐磨耐腐处理的原理示意图。
图中各附图标记的含义如下：
1—激光机械手臂，2—三爪卡盘，3—组合阀上端面，4—组合阀，5—组合阀下端面，6—三爪卡盘。
具体实施方式
以下对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。
本发明所述方法专门针对石油行业组合阀的磨损进行耐磨耐腐强化处理，经过申请人的长期创新试验与磨损分析，发现石油行业组合阀多为碳钢材料制作，在所处区域环境中硫化物、氢化物以及氯化物等的腐蚀以及冲刷下，结合组合阀的使用工作方式，发现组合阀整体受到的磨损和腐蚀强度存在着较大的差异，在组合阀的上下端面相对于其他表明存在着更加严重的磨损和腐蚀，本发明基于这种创新发现的差异磨损腐蚀提出一种能够以低成本、高效率的组合阀表面耐磨耐腐处理方法，包括以下步骤：
（1）、使用钢丝刷、抛光片、磨头等工具去除组合阀待处理表面的锈迹、油渣等杂质，确保锈斑完全去除，有腐蚀坑的应将腐蚀坑完全清理干净，表面为金属光泽；
（2）、将步骤（1）处理的组合阀的表面用氩弧焊进行修补，修补过程中保证组合阀表面留有足够的加工余量，保证组合阀能完全加工出来。具体的所述氩弧焊采用的焊材选用：直径为2.0mm的焊丝，如2.0mm的ER309L焊丝，焊丝中各元素的质量分数组成如下所示：C≤0.03%，Si≤0.6%，Mn，0.25%-1.00%，Cr：23%-25%，Ni：12%-14%，Fe余量，焊接工艺参数为电流65~80A，电压12~15V；组合阀表面留有的加工余量为焊接修复区域的余高（原尺寸基础上增加高度）控制在2-5mm；
（3）、将步骤（2）经氩弧焊处理后的组合阀进行机械加工，机加过程主要针对氩弧焊修补处进行，除组合阀上下端面外其他表面参照新件尺寸及公差执行，使得经机加处理后组合阀表面修补处与未修补处的尺寸一致。同时对组合阀的上下端面通过机加留出加工余量，所述加工余量为上下端面在原尺寸基础上分别减少0.5mm以上，给后续激光熔敷处理留下加工尺寸；
（4）、将适量专用粉末装进送粉桶中，使用工装将步骤（3）处理后的组合阀安装好，如附图1所示，组合阀4被三抓卡盘2和6卡夹紧，露出组合阀的上端面3和下端面5，检查装夹是否牢固，装夹完后用丙酮清理待熔覆的上下端面，所述专用粉末的粒度为45~180μm，具体组成为（各元素的质量百分比组成）：P≤0.007%，S≤0.005%，Ni：1.25%-3.50%，Cr：15%-18%，Fe余量；所述粉末为本发明首创的专业激光熔敷材料；
（5）、将组合阀装夹好后，平稳的放置在工作台面上，然后调整好激光头1与工件表面的距离，在不开光的情况下空运行程序，确认程序无误；
（6）、程序空运行无误后，归零。打开送粉开关，检查粉、气是否通畅。待送粉口均匀稳定的送出金属粉末后开启激光运行程序，对组合阀的上下端面进行激光熔敷处理，激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低、与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。本发明采用激光熔敷技术对组合阀的上下端面进行处理，将上述专用粉末作为涂层材料，并经激光辐照使之和组合阀上下端面薄层材料同时熔化并快速凝固形成稀释度极低、与基体成冶金结合的表面涂层，控制激光熔敷方向为平行于组合阀端面方向，且单向熔覆，如附图1所示，激光熔敷过程的参数控制如下：激光熔敷送粉速度3-8g/min，激光加热功率1800-2200W，激光头1在待熔覆表面上的移动线速度4-6mm/s，焊接过程中每道熔敷含道之间的重叠率即搭接率为30%~50%。激光熔敷的厚度约为组合阀端面机加处理中预留的加工余量即约为0.5mm。
（7）、对激光熔覆后的组合阀进行尺寸检验，若出现局部不足，可继续采用激光熔覆进行修补。确保留有足够的加工余量后转交下一步进行机加处理，机加过程中，应防护好非机加面，防止搬运加工过程中出现磕碰，机加处理后保证组合阀整体尺寸与标准尺寸一致。
通过本发明所述方法处理后的组合阀其表面硬度达到58HRC以上，耐磨耐腐性能高于传统处理方法，表1具体给出本发明所述方法与传统方法的处理性能对比，可见本发明所述方法处理后的组合阀抗腐蚀性能和耐磨性能更强。上述实施方式中针对组合阀的端面以外的表面部分采用氩弧焊结合机械打磨加工的方法进行强化处理，针对组合阀的端面采用氩弧焊、激光熔敷结合机械打磨加工的方法进行强化处理，能够以高效率、低成本的方式获得对组合阀的性能再制造，完全满足石油行业组合阀的使用要求，提高了其使用强度，同样本领域技术人员也可将所述激光熔敷技术应用于除组合阀端面以外的其他磨损严重的部位，结合氩弧焊、激光熔敷和机加工艺来处理组合阀的任何部位，这些都属于本发明的保护范畴。
表1多种工艺的对比说明
工艺成本抗腐蚀性能耐磨性结合方式
本发明低好好冶金结合
抗腐蚀涂料低差差物理结合
不锈钢材质较高一般一般-
以下给出本发明所述方法的具体实施例。
实施例1
本发明所述适用于组合阀的表面强化优选处理方法具体包括以下步骤：
（1）使用钢丝刷、抛光片、磨头等工具去除待表面改性组合阀表面锈迹、油渣等杂质，确保锈斑完全去除，有腐蚀坑的应将腐蚀坑完全清理干净，表面为金属光泽；
（2）将步骤（1）处理的组合阀表面用氩弧焊修补，修补过程中保证留有足够的加工余量，保证组合阀能完全加工出来，焊丝采用直径为2.0mm的焊丝，其中各元素的质量分数如下所示：碳≤0.03%，Si≤0.6%，Mn，0.25%-1.00%，Cr：23%-25%，Ni：12%-14%，Fe余量，焊接工艺参数为电流65A，电压12V，焊接修复处余量为原零件尺寸基础上增加2mm；
（3）将步骤（2）处理的组合阀对氩弧焊修补处进行机械加工，其中对上下端面以外的修补处的机械加工要求：机加处理后的尺寸参照新件尺寸或与未修补处的对应尺寸保持一致，对上下端面进行机加要求：上下端面在原尺寸基础上分别减少0.5mm，给后续激光熔敷留下加工尺寸；
（4）将成分合适的、粒度为46μm粉末装进送粉桶中，使用工装将步骤（3）处理后的组合阀安装好，并检查装夹是否牢固，装夹完后用丙酮清理待熔覆面。粉末中各元素的质量分数如下所示：P≤0.007%，S≤0.005%，Ni：1.25%-3.50%，Cr：15%-18%，Fe余量；
（5）将组合阀装夹好后，平稳的放置在工作台面上，调整好激光头与工件的距离，在不开光的情况下空运行程序，确认程序无误；
（6）步骤（5）的程序空运行无误后，归零，打开送粉开关，检查粉、气是否通畅。待送粉口均匀稳定的送出金属粉末后开光运行程序。激光熔敷针对经上述处理后的组合阀的上下端面进行，控制激光熔敷方向为平行于组合阀端面方向，且单向熔覆，如附图1所示，激光熔敷过程的参数控制如下：激光熔敷送粉速度3g/min，激光加热功率1800W，激光头在待熔覆表面上的移动线速度5mm/s，焊接过程中搭接率为30%。激光熔敷的厚度约为0.5mm。
（7）对激光熔覆后的组合阀进行尺寸检验，若出现局部不足，可采用激光熔覆进行修补。确保留有足够的加工余量后转交下一步进行机加，机加过程中，应防护好非机加面，防止搬运加工过程中出现磕碰，机加处理后保证组合阀整体尺寸与标准尺寸一致。
本实施例再制造的组合阀耐腐蚀性能强，表面光洁、硬度高，结合强度高，具有良好的耐磨性以及高温抗氧化性，性能测试结果参见表2。
实施例2
本发明所述适用于组合阀的表面强化优选处理方法具体包括以下步骤：
（1）使用钢丝刷、抛光片、磨头等工具去除待表面改性组合阀表面锈迹，油渣等杂质，确保锈斑完全去除，有腐蚀坑的应将腐蚀坑完全清理干净，表面为金属光泽；
（2）将步骤（1）处理的组合阀上下端面用氩弧焊修补。修补过程中保证留有足够的加工余量，保证组合阀能完全加工出来。焊丝采用直径为2.0mm的焊丝，其中各元素的质量分数如下所示：碳≤0.03%，Si≤0.6%，Mn，0.25%-1.00%，Cr：23%-25%，Ni：12%-14%，Fe余量，焊接工艺参数为电流80A，电压15V；焊接修复处余量为原零件尺寸基础上增加3mm；
（3）将步骤（2）处理的组合阀对氩弧焊修补处进行机械加工，其中对上下端面以外的修补处的机械加工要求：机加处理后的尺寸参照新件尺寸或与未修补处的对应尺寸保持一致，对上下端面进行机加要求：上下端面在原尺寸基础上分别减少0.6mm，给后续激光熔敷留下加工尺寸；
（4）将成分合适的、粒度为180μm粉末装进送粉桶中，使用工装将步骤（3）处理后的组合阀安装好，并检查装夹是否牢固，装夹完后用丙酮清理待熔覆端面。粉末中各元素的质量分数如下所示：P≤0.007%，S≤0.005%，Ni：1.25%-3.50%，Cr：15%-18%，Fe余量；
（5）将组合阀装夹好后，平稳的放置在工作台面上，调整好激光头与工件的距离，在不开光的情况下空运行程序，确认程序无误；
（6）步骤（5）的程序空运行无误后，归零，打开送粉开关，检查粉、气是否通畅。待送粉口均匀稳定的送出金属粉末后开光运行程序。激光熔敷针对经上述处理后的组合阀的上下端面进行，控制激光熔敷方向为平行于组合阀端面方向，且单向熔覆，如附图1所示，激光熔敷过程的参数控制如下：激光熔敷送粉速度8g/min，激光加热功率2200W，激光头在待熔覆表面上的移动线速度5mm/s，焊接过程中搭接率为50%。激光熔敷的厚度约为0.6mm。
（7）对激光熔覆后的组合阀进行尺寸检验，若出现局部不足，可采用激光熔覆进行修补。确保留有足够的加工余量后转交下一步进行机加，机加过程中，应防护好非机加面，防止搬运加工过程中出现磕碰，机加处理后保证组合阀整体尺寸与标准尺寸一致。
本实施例再制造的组合阀耐腐蚀性能强，表面光洁、硬度高，结合强度高，具有良好的耐磨性以及高温抗氧化性，性能测试结果参见表2。
对比例1
采用常规刷涂防腐蚀涂料的组合阀。
对比例2
采用常规马氏体不锈钢材质组合阀。
表2多种处理工艺下组合阀的性能检验结果
可见通过本发明所述方法处理后的组合阀耐磨耐腐蚀性能更强，整体表面光洁、硬度高，针对上下端面激光处理后的硬度及耐磨耐腐性能更高，能够很好的满足组合阀在使用过程中对端面的耐磨损强化性能和高温抗氧化性能要求，使得整个组合阀能够经受得住石油开采环境下的冲刷磨损，大大提高了组合阀的使用寿命。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。