RU2186148C2 - Method for spraying coating on internal surface of tubular articles - Google Patents
Method for spraying coating on internal surface of tubular articles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2186148C2 RU2186148C2 RU2000115042/02A RU2000115042A RU2186148C2 RU 2186148 C2 RU2186148 C2 RU 2186148C2 RU 2000115042/02 A RU2000115042/02 A RU 2000115042/02A RU 2000115042 A RU2000115042 A RU 2000115042A RU 2186148 C2 RU2186148 C2 RU 2186148C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- spraying
- strips
- article
- axis
- Prior art date
Links
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к газотермическому и плазменному напылению покрытий и предназначается для нанесения покрытий на внутреннюю поверхность деталей типа труб, например детали "Цилиндр" штангового глубинного насоса (ШГН). The invention relates to thermal and plasma spraying of coatings and is intended for coating on the inner surface of parts such as pipes, for example, parts "Cylinder" of a sucker rod pump (SHG).
Деталь "Цилиндр" ШГН представляет собой трубу длиной 4000 мм и диаметрами 57, 44 и 32 мм в зависимости от марки насоса. Detail "Cylinder" SHGN is a pipe with a length of 4000 mm and diameters of 57, 44 and 32 mm, depending on the brand of pump.
Внутри "Цилиндра" совершает возвратно-поступательные движения деталь "Плунжер", обеспечивая подачу нефти с глубины до 3500 м. Inside the “Cylinder”, the “Plunger” part reciprocates, providing oil supply from a depth of up to 3500 m.
В тяжелых условиях работы ШГН (присутствие абразива, температура до 120oС, агрессивные среды) трущиеся поверхности деталей принято упрочнять покрытиями высокой твердости. В общепринятой практике внутренняя поверхность "Цилиндра" покрывается гальваническим хромом толщиной 60 мкм и твердостью 800-1100 кг/мм2. Существует широкая группа материалов, которая может быть нанесена на внутреннюю цилиндрическую поверхность только методом плазменного напыления.In severe conditions of operation of the SHGN (the presence of abrasive, temperature up to 120 o C, aggressive environments), the friction surfaces of parts are usually strengthened with high hardness coatings. In common practice, the inner surface of the "Cylinder" is coated with galvanic chrome 60 microns thick and hardness 800-1100 kg / mm 2 . There is a wide group of materials that can be applied to the inner cylindrical surface only by plasma spraying.
Известен способ нанесения внутреннего покрытия в трубах и полостях малого сечения (см. Заявка ФРГ 3642375, МКИ4 Н 05 Н 1/42, Н 05 Н 1/28, опубл. 23.06.88 г. ). В известном способе для нанесения покрытия в трубу с внутренним диаметром < 30 мм вводят плазмотрон и после его включения трубу вращают и одновременно аксиально перемещают.A known method of applying an internal coating in pipes and cavities of small cross-section (see Application Germany 3642375, MKI 4 N 05 N 1/42, H 05 N 1/28, publ. 23.06.88). In the known method for coating, a plasmatron is introduced into a pipe with an internal diameter <30 mm and, after its inclusion, the pipe is rotated and axially moved at the same time.
Однако при данном способе образующееся покрытие имеет температуру значительно выше температуры материала основы (трубы). При остывании готового изделия термическая усадка покрытия соответственно значительно больше усадки материала основы. В результате этого возникают значительные усилия, отрывающие покрытие от подложки, значительно ухудшается адгезия, что приводит к частичному или полному отслоению покрытия. However, with this method, the resulting coating has a temperature significantly higher than the temperature of the base material (pipe). When cooling the finished product, the thermal shrinkage of the coating is correspondingly significantly greater than the shrinkage of the base material. As a result of this, significant efforts arise, tearing the coating from the substrate, adhesion is significantly deteriorated, which leads to partial or complete delamination of the coating.
Из японских заявок 61-231155(МПК4 С 23 С 4/16, 1988) и 64-462 (МПК4 С 23 С 4/16, 1989г.) известен способ напыления покрытия на внутреннюю поверхность тонкостенного цилиндра, согласно которому поверхность цилиндра подвергают обработке с целью получения шероховатости ≤ 20 мкм. Затем с помощью перемещаемого вдоль оси распылительного сопла (плазмотрона) на внутреннюю поверхность цилиндра напыляют покрытие, одновременно охлаждая внешнюю поверхность цилиндра разбрызгиваемой по всей длине цилиндра водой.From Japanese applications 61-231155 (IPC 4 C 23 C 4/16, 1988) and 64-462 (IPC 4 C 23 C 4/16, 1989) there is a known method of spraying a coating on the inner surface of a thin-walled cylinder, according to which the surface of the cylinder is subjected processing to obtain a roughness of ≤ 20 μm. Then, using a spray nozzle (plasma torch) moved along the axis, a coating is sprayed onto the inner surface of the cylinder, while cooling the outer surface of the cylinder with water sprayed along the entire length of the cylinder.
В этом способе охлаждение ограничивает участок "горячего покрытия" и, соответственно, размерной термической усадки. Охлаждение тем эффективнее и размеры горячего покрытия тем меньше, чем тоньше стенки цилиндра. Для "Цилиндров" ШГН независимо от модификации насоса толщина стенок составляет 6 мм. При данном способе охлаждения участок горячего покрытия будет цилиндрическим, т.е. причины уменьшения адгезии сохраняются. In this method, cooling limits the area of the "hot coating" and, accordingly, dimensional thermal shrinkage. The cooling is more efficient and the dimensions of the hot coating are the smaller, the thinner the cylinder wall. For "Cylinders" of SHGN, regardless of the modification of the pump, the wall thickness is 6 mm. With this cooling method, the hot coating area will be cylindrical, i.e. the reasons for the decrease in adhesion persist.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому, т.е. прототипом, является способ нанесения алюминиевого газотермического покрытия по а. с. СССР 1791464, МПК С 23 С 4/18, 1990. Согласно известному способу на стальную трубу наносят покрытие металлизатором, который перемещают вдоль трубы, зафиксированной от вращения. По окончании напыления первой полосы металлизатор смещают в перпендикулярном направлении на определенную величину и повторным перемещением вдоль трубы наносят следующую полосу, которая частично перекрывает предыдущую, и т.д. до получения сплошного покрытия нужной толщины. Closest in technical essence to the claimed, i.e. the prototype is a method of applying an aluminum thermal coating according to a. from. USSR 1791464, IPC С 23 С 4/18, 1990. According to the known method, a metallizer is coated on a steel pipe, which is moved along a pipe fixed against rotation. At the end of the spraying of the first strip, the metallizer is displaced in the perpendicular direction by a certain amount and repeated movement along the pipe causes the next strip, which partially overlaps the previous one, etc. to obtain a continuous coating of the desired thickness.
Однако при нанесении покрытия известным способом также получается широкая полоса напыленного слоя, имеющего высокую температуру. При остывании термическая усадка покрытия будет значительно превышать усадку материала основы. При напылении покрытия на внутреннюю поверхность трубы, учитывая сравнительно большую ширину покрытия (окончательно - это замкнутая окружность), большая разность усадки материалов покрытия и основы создаст значительные усилия, отрывающие покрытие от подложки. В результате этого ухудшается адгезия, что приводит к частичному или полному отслоению покрытия. However, when coating in a known manner, a wide strip of a sprayed layer having a high temperature is also obtained. During cooling, the thermal shrinkage of the coating will significantly exceed the shrinkage of the base material. When spraying the coating on the inner surface of the pipe, taking into account the relatively large width of the coating (finally, this is a closed circle), the large difference in shrinkage of the coating materials and the base will create significant forces tearing the coating from the substrate. As a result, adhesion deteriorates, which leads to partial or complete peeling of the coating.
Настоящее изобретение направлено на повышение прочности сцепления основы с покрытием за счет устранения причин уменьшения адгезии, сведения к минимуму усилий отрыва покрытия, возникающих вследствие термической усадки. The present invention is directed to increasing the adhesion strength of the substrate to the coating by eliminating the reasons for the decrease in adhesion, minimizing the forces of tearing of the coating resulting from thermal shrinkage.
Поставленная цель достигается тем, что в способе напыления покрытия на внутреннюю поверхность изделий трубчатой формы, например штангового глубинного насоса, включающем нанесение покрытия параллельными полосами в процессе взаимных вращательно-поступательных перемещений напыляющего устройства и изделия и смещения полос друг относительно друга, согласно заявляемому изобретению нанесение полос осуществляют, располагая их по поверхности дискретно. This goal is achieved by the fact that in the method of spraying the coating on the inner surface of the tubular shape, for example a sucker rod pump, comprising applying parallel strips in the process of mutual rotational-translational movements of the spraying device and the product and the displacement of the strips relative to each other, according to the claimed invention, applying strips carry out by placing them on the surface discretely.
Другое отличие предлагаемого способа заключается в сообщении обрабатываемому изделию поворота по окончании каждого прохода напыляющего устройства вдоль оси изделия. Another difference of the proposed method is to inform the workpiece about the rotation at the end of each pass of the spraying device along the axis of the product.
Еще одним отличием является то, что после окончания каждого полного оборота изделия вокруг своей оси, в начале следующего, полосу смещают относительно предыдущей с ее перекрытием, увеличивая дополнительно угол поворота изделия. Another difference is that after the end of each complete revolution of the product around its axis, at the beginning of the next, the strip is shifted relative to the previous one with its overlap, increasing the angle of rotation of the product.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ напыления покрытия на внутреннюю поверхность изделий трубчатой формы отличается режимами выполнения операции нанесения полос. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна". Comparative analysis with the prototype shows that the inventive method of spraying a coating on the inner surface of tubular products differs in the modes of performing the operation of applying strips. Thus, the claimed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty."
При изучении уровня техники, известного в данной области, признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень". When studying the level of technology known in this field, the features that distinguish the claimed invention from the prototype were not identified and therefore they provide the claimed technical solution with the criterion of "inventive step".
В результате дискретного нанесения покрытия на внутренней поверхности трубчатых изделий образуются узкие полосы покрытия, которые успевают остыть к моменту напыления следующих перекрывающих их полос, и их температура выравнивается с температурой подножки (материала трубы). При остывании всего изделия после напыления отсутствует разница термических усадок покрытия и трубы и, следовательно, отсутствуют усилия отрыва, уменьшающие адгезию покрытия. Таким образом, заявляемое техническое решение отвечает критерию изобретения "промышленная применимость". As a result of discrete coating on the inner surface of the tubular products, narrow coating strips are formed, which have time to cool by the moment of spraying the following strips overlapping them, and their temperature is equalized with the temperature of the step (pipe material). When cooling the entire product after spraying, there is no difference in the thermal shrinkage of the coating and the pipe and, therefore, there is no tearing force that reduces the adhesion of the coating. Thus, the claimed technical solution meets the criteria of the invention of "industrial applicability".
Предлагаемый способ напыления схематически поясняется чертежом. The proposed method of spraying is schematically illustrated by the drawing.
В изделие 1 трубчатой формы вводят напыляющее устройство 2 и перемещают его вдоль продольной оси изделия. При этом последнее либо зафиксировано от вращения, либо его вращают. В результате этого на внутренней поверхности трубы получают прямую или спиралеобразную полосу покрытия. По окончании прохода изделие поворачивают, например, на прямой угол (90o), после чего напыляющее устройство 2 совершает возвратный проход, образуя другую параллельную полосу, расположенную дискретно от предыдущей и не перекрывающую ее. Далее вышеуказанные действия повторяют. После совершения изделием полного оборота вокруг своей оси (560o) величину угла поворота дополнительно увеличивают для перекрытия полосы, нанесенной в начале предыдущего полного поворота, и т.д. до получения сплошного покрытия. Для задания угла поворота изделия можно использовать делительные головки. Неравномерность толщины покрытия вследствие возможной погрешности угла поворота исключена, т.к. обычно наносится 3-5 слоев покрытия.A spray device 2 is introduced into the tubular-shaped product 1 and moved along the longitudinal axis of the product. In this case, the latter is either fixed from rotation, or it is rotated. As a result of this, a straight or spiral-shaped coating strip is obtained on the inner surface of the pipe. At the end of the passage, the product is rotated, for example, at a right angle (90 ° ), after which the spraying device 2 makes a return passage, forming another parallel strip located discretely from the previous one and not overlapping it. Further, the above steps are repeated. After the product has completed a full revolution around its axis (560 ° ), the rotation angle is further increased to cover the strip applied at the beginning of the previous full rotation, etc. until a continuous coating is obtained. To set the angle of rotation of the product, you can use dividing heads. The unevenness of the coating thickness due to a possible error in the angle of rotation is excluded, because 3-5 coatings are usually applied.
Осуществление заявляемого способа рассмотрим на примерах, которые, однако, не ограничивают всех его возможностей. The implementation of the proposed method will consider examples, which, however, do not limit all of its capabilities.
Пример 1. Example 1
Конкретное осуществление способа приведем на примере напыления участка детали "Цилиндр" ШГН внутренним диаметром 57 мм и длиной 1000 мм. На стальную трубу марки 38Х2МЮА необходимо нанести покрытие порошка ПР-Н70Х17С4Р4 толщиной 0,3 мм. Для напыления покрытия используют плазмотрон ПВН-17 конструкции ООО "Ассоциация Полиплазма". A specific implementation of the method is given by the example of spraying a section of a part of the "Cylinder" of a SHGN with an inner diameter of 57 mm and a length of 1000 mm. It is necessary to apply a powder coating of PR-N70X17C4P4 powder with a thickness of 0.3 mm to a steel pipe of grade 38X2MYUA. For spraying the coating, the PVN-17 plasmatron is used by the Association Polyplasm Association design.
Подготовка внутренней поверхности трубы под напыление включала в себя:
1. Нарезание резьбы треугольного профиля высотой 0,2-0,3 мм.Preparation of the inner surface of the pipe for spraying included:
1. Threading a triangular profile with a height of 0.2-0.3 mm.
2. Абразивно-струйная обдувка поверхности корундовой крышкой. 2. Abrasive blasting of the surface with corundum lid.
3. Обезжиривание поверхности ацетоном. 3. Degreasing the surface with acetone.
Труба устанавливалась в поворотное устройство установки напыления, угол поворота фиксировался по визуальным отметкам. Установка обеспечивала возвратно-поступательное движение плазмотрона, струя которого была направлена вверх под углом 55o.The pipe was installed in a rotary device for spraying, the angle of rotation was fixed according to visual marks. The installation provided a reciprocating motion of the plasma torch, the jet of which was directed upward at an angle of 55 o .
Плазмотрон работал на следующем режиме:
Плазмообразующий газ - аргон.The plasma torch worked in the following mode:
Plasma-forming gas is argon.
Транспортирующий газ - азот. The carrier gas is nitrogen.
Расход аргона - 0,2 - 0,6 г/с. Argon consumption is 0.2-0.6 g / s.
Постоянный ток - 200 А. DC current - 200 A.
Напряжение - 25 В. Voltage - 25 V.
Размер частиц напыляемого порошка - 20-40 мкм. The particle size of the sprayed powder is 20-40 microns.
Дистанция напыления - 20 мм. Spraying distance - 20 mm.
Скорость линейного перемещения плазмотрона - 1 м/мин. The linear velocity of the plasma torch is 1 m / min.
После каждого рабочего прохода плазмотрона труба поворачивалась на 90o. После каждого прохода напылялась полоса шириной 10 мм и толщиной по центру 0,1 мм. После каждого поворота трубы на 360o угол поворота увеличивали на 20o. Всего было напылено 5 слоев покрытия.After each working passage of the plasma torch, the pipe turned 90 o . After each pass, a strip 10 mm wide and 0.1 mm thick in the center was sprayed. After each rotation of the pipe 360 o rotation angle was increased by 20 o . A total of 5 layers of coating were sprayed.
В результате напыления было получено покрытие внутренней цилиндрической поверхности толщиной 0,4 мм без учета нарезанной резьбы. As a result of sputtering, a coating of the inner cylindrical surface with a thickness of 0.4 mm was obtained without regard to cut threads.
После остывания трубы не было замечено отслоений и других разрушений покрытия. Покрытие не разрушилось и при дальнейшей механической обработке (хонингование). After cooling of the pipe, delamination and other damage to the coating were not noticed. The coating was not destroyed during further machining (honing).
Пример 2. Напыление трубы ШГН диаметром 57 производилось на установке ассоциации "Полиплазма". Подготовка поверхности под напыление и режимы работы плазмотрона те же, что и в примере 1. При внутреннем напылении плазматрон продольно перемещался со скоростью 2 м/мин. Труба вращалась со скоростью 30 об/мин, что давало возможность получить напыленную полосу в виде спирали с углом около 45o. При выходе плазмотрона из трубы вращение прекращалось и труба поворачивалась на угол 90o. Затем вращение трубы возобновлялось с обратной скоростью 30 об/мин, совместно с движением плазмотрона в противоположном направлении. В результате обратного хода получалась напыленная спиральная полоса, не пересекающая предыдущую и отстоящая от нее на расстояние 35 мм, при ширине напыленной полосы около 10 мм. Толщина напыленного слоя по центру полосы составила около 0,03 мм. Чтобы исключить взаимное термическое влияние напыляемых полос при изменении направления движения плазмотрона, угол поворота трубы может меняться от 45o до 180o в зависимости от диаметра напыляемой трубы к ширины напыляемой полосы. При этом должно выполняться условие: расстояние между соседними полосами должно быть не меньше ширины полосы.Example 2. The spraying of the SHGN pipe with a diameter of 57 was carried out at the installation of the Polyplasm association. The surface preparation for sputtering and the plasma torch operating modes are the same as in Example 1. During internal sputtering, the plasmatron moved longitudinally at a speed of 2 m / min. The pipe rotated at a speed of 30 rpm, which made it possible to obtain a sprayed strip in the form of a spiral with an angle of about 45 o . When the plasma torch exited the pipe, the rotation stopped and the pipe turned through an angle of 90 o . Then the rotation of the pipe was resumed with a reverse speed of 30 rpm, together with the movement of the plasma torch in the opposite direction. As a result of the return stroke, a sprayed spiral strip was obtained that did not intersect the previous one and was separated by a distance of 35 mm, with a sprayed strip width of about 10 mm. The thickness of the sprayed layer in the center of the strip was about 0.03 mm. To exclude the mutual thermal effect of the sprayed strips when changing the direction of movement of the plasma torch, the angle of rotation of the pipe can vary from 45 o to 180 o depending on the diameter of the sprayed pipe to the width of the sprayed strip. In this case, the condition must be fulfilled: the distance between adjacent strips should be no less than the width of the strip.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000115042/02A RU2186148C2 (en) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | Method for spraying coating on internal surface of tubular articles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000115042/02A RU2186148C2 (en) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | Method for spraying coating on internal surface of tubular articles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000115042A RU2000115042A (en) | 2002-06-10 |
| RU2186148C2 true RU2186148C2 (en) | 2002-07-27 |
Family
ID=20236022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000115042/02A RU2186148C2 (en) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | Method for spraying coating on internal surface of tubular articles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2186148C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2650222C2 (en) * | 2011-10-17 | 2018-04-11 | Форд-Верке ГмбХ | Plasma spraying method |
| EA032976B1 (en) * | 2016-06-27 | 2019-08-30 | Государственное Научное Учреждение "Объединенный Институт Машиностроения Национальной Академии Наук Беларуси" | Method for recovery of a hydraulic cylinder rod |
| CN116288128A (en) * | 2023-02-03 | 2023-06-23 | 北京动力机械研究所 | Preparation tool and preparation method based on inner hole thermal barrier coating |
-
2000
- 2000-06-09 RU RU2000115042/02A patent/RU2186148C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2650222C2 (en) * | 2011-10-17 | 2018-04-11 | Форд-Верке ГмбХ | Plasma spraying method |
| EA032976B1 (en) * | 2016-06-27 | 2019-08-30 | Государственное Научное Учреждение "Объединенный Институт Машиностроения Национальной Академии Наук Беларуси" | Method for recovery of a hydraulic cylinder rod |
| CN116288128A (en) * | 2023-02-03 | 2023-06-23 | 北京动力机械研究所 | Preparation tool and preparation method based on inner hole thermal barrier coating |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101504385B1 (en) | Lateral side protection of a piston ring with a thermally sprayed coating | |
| AU2009221571B2 (en) | Manufacture of pipes | |
| US5626674A (en) | High pressure water jet apparatus for preparing low density metallic surface for application of a coating material | |
| US9109276B2 (en) | Cylindrical internal surface processing method | |
| US5468568A (en) | Printing roller with a sleeve of thermally wound fiber-reinforced thermoplastics and a plasma-sprayed coating of copper or copper alloy | |
| US10746128B2 (en) | Cylinder bore having variable coating | |
| EP1812616B1 (en) | A thermal spraying preprocessing method and a cylinder block of an engine so preprocessed | |
| CN105386032A (en) | Method for preparing wear-resisting super-hydrophobic coating through cold spraying technology and product of method | |
| US20130291823A1 (en) | Cylinder Bore With Selective Surface Treatment And Method of Making The Same | |
| US10214803B2 (en) | Method for machining a cylinder wall of an internal combustion engine | |
| US20060048386A1 (en) | Process for producing a cylinder crankcase having a thermally sprayed cylinder bearing surface | |
| CN103953772B (en) | Tungsten carbide nitrogenizes the superhard wear valve of chromium composite coat | |
| JPH08210177A (en) | Manufacture of cylinder block by using coated cylinder bore liner and aluminum cylinder block | |
| CN106979093A (en) | The cated aluminum cylinder jacket of coating for cast aluminium cylinder block | |
| US20060027205A1 (en) | Process for producing a thermally coated cylinder bearing surface having an end bevel | |
| RU2186148C2 (en) | Method for spraying coating on internal surface of tubular articles | |
| US20190301393A1 (en) | A coating method, a thermal coating and a cylinder having a thermal coating | |
| US20060026829A1 (en) | Process for producing a thermally coated cylinder bearing surface having an insertion bevel | |
| CN113278959B (en) | Production method of sink roll | |
| US20050089712A1 (en) | CVT housing having wear-resistant bore | |
| US20020081388A1 (en) | Method of coating of bulk goods | |
| CN113578712B (en) | Partition spraying method suitable for large-span piston rod and piston rod surface coating structure | |
| US20070137038A1 (en) | Work rolls having an engineered surface texture prepared by controlled surface modification after chrome coating | |
| CN101045258A (en) | On-line controlling method for form of texture on surface of thin band continuous casting crystallization roller | |
| CA3030055A1 (en) | Coating cylinder bores without prior activation of the surface |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060610 |