[发明专利]硬质合金随钻测井工具激光自动化修复设备及其修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工领域，尤其涉及一种硬质合金随钻测井工具激光自动化修复设备及其修复方法。

背景技术

一般的石油测井钻具包括以下零部件：轴承套，套筒，扶正器，分流器，稳定器，钻杆，钻铤，钻头等。测井钻具在使用中长期暴露在井下的恶劣环境下，最常见的损坏形式有两种：钻具配合端面的磨损以及泥浆冲刷对钻具裸露部位造成的磨损。由于钻具的零件昂贵，修复能带来显著的经济效益。当前，针对高性能金属零件修复的熔焊方法有钨极氩弧焊、等离子焊以及电子束焊等，其中手工钨极氩弧焊和等离子焊是较成熟的熔焊修复工艺，但是这两种方法在修复过程中热输入较大，易产生较大的热应力和热影响区，易造成裂纹、气孔等冶金缺陷，影响修复质量与零件使用寿命；电子束焊具有很好的能量聚焦性和可控性，但是需要较高的真空度和专门的真空设备，修复成本较高。

发明内容

本发明提供一种硬质合金随钻测井工具激光自动化修复设备及其修复方法，以采用激光熔覆技术为修复钻具提供低成本且可靠性高的柔性修复。

为达到上述目的，本发明提供一种硬质合金随钻测井工具激光自动化修复设备，其包括计算机、光纤激光器、机械臂、送粉器、激光头、三维扫描仪和安装底座，所述硬质合金随钻测井工具安设于所述安装底座上，所述光纤激光器与所述激光头通过光缆连接，所述送粉器将修复材料粉末送到所述激光头的喷嘴处，所述机械臂带动所述激光头在空间内做六自由度运动，所述三维扫描仪对所述硬质合金随钻测井工具进行三维扫描，所述计算机与所述光纤激光器、机械臂、送粉器和三维扫描仪电信连接。

本发明还提供一种上述硬质合金随钻测井工具激光自动化修复设备的修复方法，其包括：

步骤一：清洗所述硬质合金随钻测井工具的表面油污，去除其表面氧化层；

步骤二：将所述硬质合金随钻测井工具安置在所述安装底座上的固定位置；

步骤三：通过所述三维扫描仪对所述硬质合金随钻测井工具进行三维扫描，并将扫描结果发送给所述计算机进行三维形面处理；

步骤四：通过所述计算机进行数模比对分析，进而生成进行激光熔覆所需的加工路径，并根据该路径对所述机械臂输入动作指令；

步骤五：通过所述计算机开启所述光纤激光器发出激光，同时开启所述送粉器向激光头中送去修复材料粉末，激光通过所述激光头聚焦后与修复材料粉末一起投射到所述硬质合金随钻测井工具上，所述机械臂根据之前输入的指令带动所述激光头在空间内做六自由度运动，激光沿着设定好的路径对所述硬质合金随钻测井工具进行激光熔覆；

步骤六：完成激光熔覆后，对所述硬质合金随钻测井工具进行机械精加工，使其各部位形状、尺寸均符合图纸要求；

步骤七：对完成激光修复的硬质合金随钻测井工具进行质量、装配检查，当其形状、尺寸及表面质量均合格时，结束该激光修复过程，否则返回步骤三。

可选的，所述修复材料粉末包括一种以镍为主要修复材料的镍基合金粉末。

进一步的，所述镍基合金粉末由如下按重量百分比分配的修复材料组成：镍：40-60；铬：2-20；铁：0.5-15；硅：2-5；碳：0.05-1。

进一步的，所述镍基合金粉末中还包括其他微量元素：锰、钼、硼。

可选的，所述修复材料粉末包括一种以钴为主要修复材料的钴基合金粉末。

进一步的，所述钴基合金粉末由如下按重量百分比分配的修复材料组成：钴：50-80；铬：10-40；钨：1-10；碳：0.1-5。

进一步的，所述钴基合金粉末中还包括其他微量元素：镍、铁、锰、钼、硅、硼。

进一步的，所述修复材料粉末由如下按重量百分比分配的修复材料组成：镍基合金粉末或钴基合金粉末：20-100；碳化钨粉末：0-80；所述镍基合金粉末或钴基合金粉末与所述碳化钨粉末的颗粒度分别为45-150微米和10-150微米。

进一步的，所述光纤激光器发出的激光的激光功率为100-2000瓦，激光扫描速度为1-50毫米每秒，激光离焦量为2-20毫米，所述送粉器的送粉流量为2-10克每分钟。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的硬质合金随钻测井工具激光自动化修复设备及其修复方法使用激光熔覆技术对硬质合金随钻测井工具进行净形修复，具有较好的灵活性、可控性和精确的能量输入，为修复钻具提供了经济可靠的柔性修复手段。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：