電刷鍍技術在活塞桿修復中的研究及應用

崔重印，丁 輝，杜漢文，蘭曉冬，邢承軍

（1.中石油冀東油田分公司，河北唐山 063000；2.中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300452）

0 引言

液壓缸是將液壓能轉變為機械能、做直線往復運動或擺動運動的液壓執行元件，在海洋油氣開采裝備中廣泛應用，但受特殊作業工況和腐蝕性海洋環境的影響，海洋油氣開采裝備上的液壓缸活塞桿表面出現點蝕、磨損、拉傷及非正?？呐龅葥p傷概率比較高，造成液壓缸無法正常使用，甚至影響了海上油氣開采的正常作業。

近年來，中海油能源發展裝備技術有限公司結合裝備運維產業優勢，立足裝備零部件再制造技術的研究，針對液壓缸活塞桿表面缺陷修復方法進行了深入的工藝研究，通過采用新的電刷鍍工藝成功實現了對石油鉆采頂部驅動裝置主旋轉液壓缸、海洋吊車變幅液壓缸及修井機井架伸縮液壓缸等活塞桿表面修復。

1 電刷鍍修復技術

1.1 電刷鍍技術原理

電刷鍍是借助于電化學方法，以浸滿鍍液的鍍筆作為陽極，使鍍液中的金屬離子在負極（工件）表面上放電結晶，形成金屬覆蓋層的工藝過程。電刷鍍修復技術主要應用于機械零部件的尺寸修復、改善零部件的表面性能和表面修飾及獲得某些特需的功能性表面，具備鍍層與基體結合強度高、有穩定的物理性能、化學性能,被廣泛的應用到國民經濟的各個領域[1]。電刷鍍是表面工程技術的重要組成部分，也屬于一種再制造修復技術。使用電刷鍍時，工件接電源的負極，鍍筆接電源的正極，靠浸滿溶液的陽極在工件表面擦拭，溶液中的金屬離子在零件表面與陽極相接觸的各點上發生放電結晶，并隨時間增長逐漸加厚，電刷鍍工作原理如圖1所示。

圖1 電刷鍍工作原理

1.2 電刷鍍技術特點

（1）設備簡單，適用于現場修復。

（2）工藝簡單，操作靈活。

（3）鍍液中金屬離子含量高，鍍積速度快。

（4）溶液種類多，應用范圍廣。

（5）無毒，不燃、不爆，運輸方便。

（6）費用低，經濟效益高。

2 電刷鍍新工藝技術研究

電刷鍍技術有著廣泛的、較長時間的實踐應用，但是由于存在工藝技術方面和操作方法上的缺陷，一直無法徹底解決鍍層結合力、超厚修復刷鍍及鉻面刷鍍等技術難題，因此，為了滿足液壓缸活塞桿表面點蝕、磨損、拉傷及非正?？呐龅热毕菪迯?，開展了電刷鍍新工藝技術的研究。

2.1 工藝技術研究

按照電刷鍍工藝流程和操作方法，確定本次電刷鍍工藝技術流程主要分為3個步驟：①對活塞桿表面的損傷部位進行機械修整和鍍前處理（清洗、電凈、活化等）。②對損傷部位進行打底刷鍍和快速加厚刷鍍。③機械處理（打磨、切削）和表面處理。工藝流程參見表1。

表1 特種電刷鍍修復工藝流程表

2.2 關鍵技術指標

鍍筆與工件相對速度（8～12）m/min，表面電凈處理≥3次，鉻面鍍底鎳（10～20）μm，鍍合金銅薄層（10～20）μm，快速加厚刷鍍（0～5）mm，造面修復（20～30）μm。

2.3 電刷鍍關鍵資源

（1）電刷鍍電源。電刷鍍電源具有鍍層厚度實時監測、顯示、到位報警，且具有智能化的窗口設置功能，電刷鍍電源型號R100A-15V-3，交流220V電壓輸入，額定輸出電壓（0～15）V，額定輸出電流（0～100）A。

（2）電刷鍍溶液。根據特種電刷鍍工藝流程，結合油缸活塞桿修復技術特點，配置電刷鍍溶液：電凈液、活化液（2號、3號、全能鉻面）、鉻面底鎳鍍液、合金銅溶液、超硬快速厚銅合金鍍液及快鎳鍍液。

3 電刷鍍新工藝技術應用

3.1 頂驅主液缸活塞

在頂驅拆解維修過程中，操作不當，導致頂驅主液缸活塞與工裝磕碰，造成活塞表面鍍層脫落，脫落鍍層最大深度為1.32mm，脫落鍍層最大寬度3.5mm，脫落鍍層形式呈圓周性，脫落鍍層范圍2條脫落部位。頂驅主液缸活塞損傷程度如圖2所示。

圖2 頂驅主液缸活塞損傷程度

頂驅主液缸外形尺寸 Φ530mm（法蘭）×700mm（長），活塞外徑尺寸 279.4mm（11英寸），活塞外徑公差（-0.05～0）mm，活塞表面粗糙度要求鏡面。

3.2 修復工藝設計

（1）將頂驅主液缸活塞安裝至車床，準備電刷鍍所需資源。

（2）采用手持電動砂輪機打磨待修復部位至弧形平滑過渡，保證電刷鍍筆能夠接觸到最大脫落層凹坑的底部。

（3）采用電凈液去除待修復工件表面的油污，為防止油污污染刷鍍液，因盡可能擴大電凈的范圍，重復3次電凈操作。

（4）采用全能鉻面活化液去除鍍鉻層表面的氧化膜，電壓（3～8）V。

（5）采用刷鍍鉻面底鎳，電壓（6～15）V；厚度（10～20）μm 提高鍍層與鍍鉻面基材的結合力，鍍鉻面底鎳時間不宜過長，以修復面表面呈均勻亮白色為宜。如呈灰色或暗灰色，則應磨去底層，重新電凈、活化和鍍底鎳。

（6）采用合金銅溶液刷鍍，電壓（6～15）V；厚度（10～20）μm，對工件非鍍面遮蔽。

（7）采用快速厚銅合金鍍液刷鍍，電壓（6～15）V，厚度（1.6～1.7）mm。在此期間，如果間隔或休息時間過長，則重復電凈、活化、鍍鉻面底鎳后，繼續刷鍍快速厚銅合金鍍液至目標尺寸。

（8）采用硬質合金鋼刀具對修復表面精車后，再用手持拋光機進行拋光處理，修復尺寸（279.35～279.37）mm。

（9）重復電凈、活化、鍍鉻面底鎳后，刷鍍快速鎳液電壓（6～15）V；厚度（20～30）μm。

（10）采用拋光機、白蠟對修復表面進行拋光處理。頂驅主液缸活塞修復效果如圖3所示。

圖3 頂驅主液缸活塞修復效果

3.3 現場應用

2015年6月客戶將修復后的頂驅主液缸活塞運回工廠，并對頂驅進行了回裝和功能測試。2015年7月修復的頂驅用于鉆井平臺作業，頂驅主液缸活塞表面未出現任何脫落和異樣，密封效果良好，目前該頂驅仍在使用中。當年又成功完成海洋某平臺吊車變幅液壓缸活塞、海洋修井機井架伸縮液壓缸活塞及某型號環形防噴器活塞的缺陷修復，維修后設備使用正常，修復工件表面質量穩定、可靠。

4 結論

（1）通過對電刷鍍工藝技術的深入研究，成功解決了鍍層結合力、超厚修復刷鍍及鉻面刷鍍等技術難題，實現了液壓缸活塞桿表面缺陷的在線修復；

（2）超厚鍍銅、鉻面刷鍍、造面修復等技術，為其他領域中的特殊零部件修復提供了技術借鑒；

（3）電刷鍍新工藝技術的成功應用，有助于企業降低裝備的運維成本，提升了裝備運維核心競爭力；

（4）裝備零部件電刷鍍再修復技術，助推了客戶實現綠色生活方式的轉變，也是企業實現再制造的重要舉措[2]。

［1］朱曉剛，杜鋒，等.電刷鍍技術的發展與應用［J］.山東工業技術，2014（12）：24.

［2］徐濱士，梁秀兵，等.汽車工業綠色再制造的開發與應用［J］.裝甲兵工程學報，2003（1）：1-3.