石油钻具螺纹刷镀铜技术.doc

石油钻具螺纹刷镀铜技术
薛伯生
南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司   江苏常州（213011）
摘要  本文综述了石油钻具螺纹镀铜各种镀覆办法优劣，重点简介了石油钻具螺纹电刷镀使用阳极、包裹材料、溶液及工艺。
核心词  钻具螺纹  电刷镀
    钻具是石油钻井施工中传播动力、疏导泥浆重要工具，工作中钻具与钻具之间大扭矩上卸扣很频繁，泥浆介质对其也有一定限度侵蚀，导致钻具螺纹腐蚀和磨损严重。石油钻具螺纹在设计时规定进行防腐减磨解决，实际使用时更需要对其进行防腐减磨防护，开展钻具螺纹防护技术专项研究对减少钻具使用费用品有重要实际意义。  国内外重要采用对螺纹表面进行表面感应淬火强化解决，以增长螺纹牙强度和硬度，采用镀铜办法对石油钻杆螺纹进行防腐减磨防护。石油钻杆螺纹镀铜，有各种镀覆办法可供选取：电镀、流镀、自动摩擦电喷镀、手工电刷镀、自动电刷镀。电镀是把螺纹头放入电镀槽中浸镀，而后把螺纹头与钻杆管体进行焊接，该工艺采用电镀槽及今年电镀设备，由于环保问题，电镀上马困难。电刷镀可以不将螺纹头与钻杆管体分割，工艺灵活，钻具螺纹较重，在现场电刷镀施工可以节约运费。手工电刷镀设备简朴，投入少，上马快。自动电刷镀、自动摩擦电喷镀各道工序都是程序控制，避免了手工操作而影响镀层质量，但投入太大。当前在国内进行批量生产镀覆办法重要是电镀、电刷镀。自动摩擦电喷镀是在总结了电刷镀、流镀和摩擦电喷镀技术特点基本上研究出来一种新技术，解决了镀层均匀性问题，均匀镀层对提高钻具螺纹防磨和减磨性能具备积极作用，有待重点发展。各种镀覆办法优缺陷比较见表1。
表1
工艺办法
镀层外观
螺纹大小头镀层厚度均匀性
齿顶、侧、底镀层厚度均匀性
镀覆效率
工装成本
镀覆成本
工艺灵活性
电镀
较好
较好
差
高
低
低
差
流镀
较差
较好
较差
较高
较高
较高
较差
自动摩擦电喷镀
较好
较好
较好
较高
高
较高
差
手工电刷镀
好
较差
较好
较低
低
高
好
自动电刷镀
好
差
较好
较低
高
高
差
国内当前投入批量生产办法重要是电镀和手工电刷镀，本文重要简介石油钻杆螺纹电刷镀铜阳极、包裹材料、溶液及工艺。
 
1.         电刷镀阳极选取
钻具螺纹刷镀铜最初是使用绒布包裹石墨作为仿形阳极，工作中绒布极易被钻具螺纹磨穿，而导致阴阳极短路，仿形螺纹也容易被电化学腐蚀掉。刷镀中需要经常进行仿形石墨阳极修扣和重新包裹，工作效率低。仿形金属阳极克服了石墨阳极容易被化学腐蚀缺陷，使用寿命大大延长。
螺纹刷镀铜虽然采用了与钻具螺纹仿形阳极，但由于其包裹了绒布，其阳极扣形角就变成了钝角，阳极与钻具螺纹接触后，阴阳极间距不同，导致刷镀铜后钻具螺纹牙顶、牙侧、牙根部镀层厚度很不均匀，牙顶镀层最厚，牙根部镀层最薄，最大差20倍。
为理解决刷镀铜后钻具螺纹牙顶、牙侧、牙根部镀层厚度不均匀问题，研制出了单片金属组合阳极，各种阳极优缺陷比较见表2。 仿形阳极制作成本较高，镀层厚度齿顶、侧、底均匀性依然不好，单片金属组合阳极有待重点研发。
表2
阳极材料
制作成本
使用寿命
刷镀速度
镀层厚度齿顶、侧、底均匀性
仿形石墨阳极
较高
短
慢
差
仿形金属阳