機械零部件電刷鍍再制造技術的研究與應用
——防噴器活塞面缺陷修復

杜漢文，丁 輝

(中海油能源發展裝備技術有限公司 天津300452)

機械零部件電刷鍍再制造技術的研究與應用
——防噴器活塞面缺陷修復

杜漢文，丁 輝

(中海油能源發展裝備技術有限公司 天津300452)

防噴器是修井機井控系統的重要組成設備，安裝在井口立管上端，連接修井機轉盤及喇叭口，是用來控制高壓油、氣、水的裝置。在長期的高壓環境使用過程中，由于密封面材料存在細微缺陷，防噴器反復動作機械磨損，導致表面出現較深劃痕，破壞本體密封性，給修井作業帶來極大的安全風險。常規換件施工周期長、費用高，利用機械零件再制造技術研究成果，對防噴器表面缺陷進行修復。短時間內恢復了設備的正常使用，對海洋平臺恢復生產有積極意義。

防噴器 再制造 電刷鍍 修復工藝

0 引 言

電刷鍍技術最初是電鍍工人在修復電鍍層缺陷時，利用摩擦生電原理，將吸有電鍍液的棉織品與修復處摩擦，使金屬離子得以沉積的一種工藝。該方法具有鍍層均勻、表面精度較高的特點。作為表面維修技術中的一種，電刷鍍技術是國家“六五計劃”到“九五計劃”的重點推廣項目，[1]目前已推廣應用到航天、航空、鐵路、交通、冶金、煤炭、水力、電力、石油、化工和國防等各個領域。應用電刷鍍技術解決了許多國家重點工程、重要設備、工程機械和精密機械設備的維修問題，取得了顯著的效益。

1 電刷鍍技術的基本原理

電刷鍍的設備主要包括電源裝置、鍍筆與陽極以及各種輔助材料。鍍筆前端通常采用高純度細石墨塊作為陽極材料，石墨塊包括一層工業百潔布，刷鍍時使鍍筆浸滿鍍液。電刷鍍技術采用電化學原理，[2]工作時，專用直流電刷鍍電源的負極接工件，正極接鍍筆。電刷鍍時，鍍筆與工件刷鍍表面接觸并做相對運動，含有需鍍金屬離子的電刷鍍專用鍍液不斷供送到陽極與工件之間需要刷鍍的表面，在電場力的作用下，溶液中的金屬離子定向遷移到工件表面沉積形成鍍層，鍍層不斷增厚直至達到所需厚度。[3]

2 防噴器活塞面缺陷修復

2015年8月，作業部井控班組在對一環形防噴器進行檢修時發現，該環形防噴器內部零件活塞外圓表面存在多處表面缺陷，其中最嚴重的一處為約300,mm(長)×8,mm(寬)×10,mm(深)的表面拉傷。由于該活塞外表面為液壓密封面，該拉傷的存在會嚴重影響防噴器的正常使用。為保證其正常使用，作業部人員采用電刷鍍修復技術對該部位拉傷及其他部位的缺陷開展了修復作業。

2.1 刷鍍修復工藝

2.1.1 刷鍍準備工作

準備好刷鍍用的材料和手持電動工具，檢查刷鍍電源和工具狀態是否完好。用容器盛裝刷鍍液，不同刷鍍液配以不同的石墨鍍筆。不同刷鍍溶液不可混合使用，鍍筆經洗凈后方可交換使用。用砂輪打磨待修復表面，去除表面缺陷，擴寬、平滑待修復表面，以保證鍍層與基體間的結合力。用丙酮清洗待修復表面后用清水沖洗；準備膠帶，用于非鍍面遮蔽；將刷鍍電源打開，并連接好電源。對需要用到的石墨鍍筆進行清洗，包裹一定厚度的棉布或百潔布。旋轉“電壓調節”按鈕，將電刷輸出直接電壓調節至5～15,V之間。連接正負極電線，并將負極接于工件上，正極分別與不同電刷鍍的刷鍍液正極(石墨鍍筆)連接。

2.1.2 電刷鍍實施步驟

2.1.2.1 刷鍍作業

將刷鍍機電源撥至“開”位置，開始刷鍍修復作業。刷鍍過程應特別注意的是，刷鍍機正負極不能短接，防止短路。

2.1.2.2 電凈處理

將刷鍍機電源上的極性轉換撥鍵撥至“正”，用石墨鍍筆沾取電凈液清洗待修復表面，清洗(及后續活化)范圍應比缺陷范圍略大。電凈的作用是去掉經過機械打磨后殘留在工件表面的輕微油污。在刷鍍過程中，最好進行2次以上的電凈處理，以確保工件表面無油污。電凈處理后，用清水沖洗待修復表面。

值得注意的是，在刷鍍的全過程中，均要使石墨鍍筆與工件存在相對運動，且鍍筆一旦和工件接觸就要相對運動，不可將鍍筆停留在工件表面。

2.1.2.3 2號活化處理

將刷鍍機電源上的極性轉換撥鍵撥至“負”，用石墨鍍筆沾取2號活化液處理待修復表面，作用是去掉工件表面上的氧化膜和銹蝕產物，露出新鮮的純金屬表面。經2號活化后，原先光亮的表面應呈均勻的灰色或灰褐色，且基體碳含量越高，顏色越深。活化后用清水沖洗待修復表面。

2.1.2.4 3號活化處理

保持極性轉換撥鍵在“負”位置，用石墨鍍筆沾取3號活化液處理待修復表面。作用是去除經2號活化后殘留在工件表面的灰色或灰褐色膜層，使待修復表面出現白色或銀灰色的純金屬表面。活化后用清水沖洗待修復表面。

2.1.2.5 全能鉻面活化處理

將刷鍍機電源上的極性轉換撥鍵撥至“正”，用石墨鍍筆沾取全能鉻面活化液處理待修復表面，去除鉻面氧化膜。此步驟活化后無須沖洗。

2.1.2.6 鉻面底鎳

用石墨鍍筆沾取鉻面底鎳液刷鍍待修復表面(與鉻面活化間隔時間不宜過長)，即在表面刷鍍一層薄薄(μm級)的底鎳，待修復表面發亮即可。處理后用清水沖洗待修復表面。

2.1.2.7 鍍合金銅薄層

用石墨鍍筆沾取超硬快速厚銅合金鍍液刷鍍待修復表面，使待修復表面沉積一層薄薄(μm級)的合金銅即可。刷鍍過程中的超硬快速厚銅合金鍍液可重復使用。

2.1.2.8 非鍍面遮蔽

用百潔布打磨刷鍍表面、沖洗并擦干刷鍍表面，用膠帶遮蔽非鍍面(即缺陷以外的位置)，膠帶邊緣與待修復表面邊緣相隔3～5,mm即可，且一般將非遮蔽面做成規則形狀，如長方形，便于計算刷鍍面面積。

2.1.2.9 鍍合金銅尺寸層

用石墨鍍筆持續沾取超硬快速厚銅合金鍍液刷鍍待修復表面，使合金銅不斷向待修復面沉積，填補缺陷，當填補后的尺寸大于原始尺寸即可。

2.1.2.10 鍍層表面打磨處理

在電刷鍍過程中，鍍層厚度達到既定厚度，需要對鍍銅層表面進行打磨，保證圓周度滿足使用要求。打磨可采用帶式砂輪機粗處理，再用1000#細砂紙進行人工處理。同時，利用大外徑千分尺進行測量，調整整體偏差。

2.1.2.11 快速鎳液造面處理

造面處理即在刷鍍合金銅的位置刷鍍一層鎳，其刷鍍厚度應根據實際需要，一般為1～5絲左右。造面時要重復電凈處理、鉻面活化處理及鉻面底鎳步驟，隨后再用石墨鍍筆沾取3號快速鎳液刷鍍待修復表面，完成造面。造面的目的在于提高表面物化性能、美觀度及表面光潔度。

2.1.2.12 拋光處理

若工件修復后表面要求為鏡面，則用帶拋光輪的砂輪機配合拋光白蠟，拋光已修復表面。

2.2 修復結果

按照上述刷鍍步驟依次完成電凈清洗、鉻面活化、鉻面底鎳、超薄鍍銅、超厚鍍銅。先用帶式砂輪機進行粗打磨，清除沉積的多余鍍層。再用1000#砂紙進行精細磨光處理，清理表面殘留碎屑。最后按照完整步驟進行表面清洗、活化，再用3#快速鎳液進行蓋面處理。

2.3 現場使用及反饋情況

2.3.1 硬度檢測

完成全部刷鍍工作量后，采用邵氏D型硬度計對修復表面進行硬度測試，硬度在200～220,HRB，附著力良好，在防噴器實驗動作期間無鍍層脫落現象出現。表明鍍層強度能夠滿足防噴器壓力環境要求。

2.3.2 功能實驗

將防噴器組裝完成后，按照額定工作壓力21,MPa進行靜水壓力實驗。實驗過程重復2次，穩壓后壓降值在合理范圍內，驗證了該鍍層滿足使用要求。

2.4 綜合評價比較

防噴器密封面在輕度磨損(深度≤40,mm)下，利用電刷鍍技術能夠快速完成修復工作，安全性和使用性滿足要求。施工周期大大縮短，可以在1個船期內返回平臺，保證了平臺的正常生產要求。費用成本約為常規采購的5%,，具有較高的經濟價值。綜合評價比較如表1所示。

表1 常規采購更換和電刷鍍修復方案綜合評價比較Tab.1 Comparison of comprehensive evaluations of conventional purchasing replacement scheme and brush plating scheme

3 結 論

按照電刷鍍實施工藝依次進行電凈清洗、活化、底鎳、鍍銅、表面鍍鎳等過程，能夠完成防噴器密封面缺陷位置的修復工作。防噴器密封面修復過程表明，電刷鍍技術具有可實施性。此外，該技術綜合評價較高，符合總公司“降本增效、質量效益”的總方針，在石油機械行業具有廣闊的應用前景。

［1］ 張偉，吉小超，魏敏，等. 國內外再制造技術體系及競爭力分析[J]. 中國表面工程，2014，27(3)：1-9.

［2］ 孫增偉，趙曉春，劉曉明，等. 電刷鍍在軸類修復中的應用[J]. 電鍍與精飾，2010，32(7)：30-31.

［3］ 朱勝，姚巨坤. 電刷鍍再制造工藝技術[J]. 新技術新工藝，2009(6)：1-3.

Research and Application of Technology of Piston Surface Defect Repair in Blowout Preventer

DU Hanwen，DING Hui
(CNOOC EnerTech Equipment Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300452，China)

BOP is an important component of the control system of workover wells.It is installed in the upper end of the vertical tube to connect workover rig turntable and a bell mouth.It is a device used to control high pressure oil，gas and water.Serving in a long-term high-pressure environment，due to slight defect of sealing surface material and mechanical wear of repeated actions，the BOP may have deep scratches on its surface，which damages its body sealing and brings a great security risk to the workover operations.As the conventional way of part replacement is time consuming，the mechanical parts remanufacturing technology research results were adopted to repair surface defects of the blowout preventer.This method is able to restore the normal use of the equipment in a short time，which has a positive significance to the recovery of marine platform production.

BOP；remanufacture；brush plating；repair process

TE935

：A

：1006-8945(2016)09-0074-03

2016-08-08