[发明专利]一种压裂泵阀腔的喷丸强化工艺方法

说明书

涉及到金属表面喷丸强化的一种压裂泵腔的喷丸强化工艺方法，它是一种用手持式的气动或电动的旋转电机夹持粘有碳化钨弹丸的旋片，对压裂泵腔采用旋片喷丸，其工艺方法包括：喷丸工具的选择、试片喷丸工艺过程、泵阀腔喷丸强化工艺实施、检验、泵阀腔喷丸后处理。本发明能在易产生疲劳失效区域的压裂泵腔内壁表面形成一定的残余应力分布，增强泵阀箱承载能力，提高泵阀箱的疲劳寿命，且操作简单、设备投入费用低。

技术领域

本发明涉及一种压裂泵阀腔的喷丸强化工艺方法，涉及金属表面喷丸强化工艺技术领域。

背景技术

石油、页岩气开发常用的水力压裂工艺中压裂泵的应用非常广泛，压裂泵是工作在腐蚀介质下，泵阀箱的吸入腔和排出腔存在着较大的压力差，泵阀箱承受高振幅的脉动交变载荷，在交变应力的作用下，泵腔承受着疲劳应力；由于泵阀腔形状复杂，特别是在泵阀腔孔相贯处会形成应力集中，应力值超过正常工作压力值的几倍，这一点从有限元分析上得到证实，在泵阀箱工作时该处更易发生应变疲劳。为提高泵阀箱的承载能力，避免发生应变疲劳和早期疲劳失效，就有必要对泵阀腔进行强化处理；我们所知道的压裂泵阀腔强化方法有液压自增强法和爆破强化法，上述两种方法是分别通过向泵阀箱内注入高压液体或产生爆炸冲击波使泵阀腔内壁产生弹性至塑性变形，泵阀腔内压力释放后，由于弹性恢复使得泵阀腔产生残余压应力分布，提高泵阀箱的疲劳强度、抗应力腐蚀的能力，从而提高泵阀箱的服役寿命；上述两种方法都能取得很好的强化效果，但都需建立专业的试验室或工作室，工艺实施起来较为复杂，液压自增强法需要投入形成超高压的泵注设备以及要解决增压器、管路、泵阀箱等系统的高压密封问题；爆破强化法效率很高，但是爆破时间极短，通常在千分之几秒范围内，控制非常困难，该方法也只停留在实验室研究阶段，未见广泛的工业应用。

发明内容

本发明提出一种在压裂泵阀腔的喷丸强化工艺方法，它是一种用手持式的气动或电动的旋转电机夹持粘有碳化钨弹丸的旋片，高速旋转拍击金属材料的表面，在压裂泵腔采用旋片喷丸，达到表面强化的效果，使易产生疲劳失效区域的泵阀腔内壁表面形成一定的残余压应力分布，增强泵阀箱承载能力，从而提高泵阀箱的疲劳寿命的强化工艺方法。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种压裂泵阀腔的喷丸强化工艺方法，它包括以下几个步骤：

（1）喷丸工具的选择：

喷枪的选择：选择手持式的气动或电动的旋转电机进行喷丸，其转速应能保持在确定转速的±5%范围内；

旋片的选择：依据图纸中压裂泵阀腔孔径的大小尺寸，选择粘附有碳化钨弹丸如图2所示的旋片，并确定其规格尺寸，孔径尺寸大的选择尺寸大的旋片，孔径尺寸小的选择尺寸小的旋片；并将选择后的旋片装入如图2所示的喷丸旋片喷头的套3中；

（2）弧高度试片的选择：弧高度试片分为A、N、C三种类型，其三种类型的弧高度试片的长度与宽度的尺寸相同，其厚度尺寸不相同，A型厚度尺寸1.29mm，C型厚度尺寸2.39mm，依据图纸中压裂泵阀腔孔径的大小尺寸，选择弧高度试片的类型；

（3）试片固定夹具的选择：选择磁性试片固定座；

（4）确定旋片喷丸强度值：依据泵阀箱材料的机械性能以及图纸要求确定喷丸强度值；

（5）试片喷丸：依据喷丸强度值选择喷枪转速对固定在磁性试片固定座的的A型试片进行喷丸，需进行多组试片喷丸，每组不少于5片，每一片喷丸后的的A型弧高度试片与放在弧高度测试仪下测量并记录弧高度值、喷丸时间和等参数，然后制作喷丸饱和曲线，确定喷丸饱和点，此饱和点所示的即为喷丸强度值及喷丸时间；

（6）泵阀腔喷丸强化工艺实施：对泵阀腔孔相贯线倒圆处按照步骤5，确定的喷丸工艺参数进行旋片喷丸；