崔重印，丁 辉，杜汉文，兰晓冬，邢承军

（1.中石油冀东油田分公司，河北唐山 063000；2.中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300452）

0 引言

液压缸是将液压能转变为机械能、做直线往复运动或摆动运动的液压执行元件，在海洋油气开采装备中广泛应用，但受特殊作业工况和腐蚀性海洋环境的影响，海洋油气开采装备上的液压缸活塞杆表面出现点蚀、磨损、拉伤及非正常磕碰等损伤概率比较高，造成液压缸无法正常使用，甚至影响了海上油气开采的正常作业。

近年来，中海油能源发展装备技术有限公司结合装备运维产业优势，立足装备零部件再制造技术的研究，针对液压缸活塞杆表面缺陷修复方法进行了深入的工艺研究，通过采用新的电刷镀工艺成功实现了对石油钻采顶部驱动装置主旋转液压缸、海洋吊车变幅液压缸及修井机井架伸缩液压缸等活塞杆表面修复。

1 电刷镀修复技术

1.1 电刷镀技术原理

电刷镀是借助于电化学方法，以浸满镀液的镀笔作为阳极，使镀液中的金属离子在负极（工件）表面上放电结晶，形成金属覆盖层的工艺过程。电刷镀修复技术主要应用于机械零部件的尺寸修复、改善零部件的表面性能和表面修饰及获得某些特需的功能性表面，具备镀层与基体结合强度高、有稳定的物理性能、化学性能,被广泛的应用到国民经济的各个领域[1]。电刷镀是表面工程技术的重要组成部分，也属于一种再制造修复技术。使用电刷镀时，工件接电源的负极，镀笔接电源的正极，靠浸满溶液的阳极在工件表面擦拭，溶液中的金属离子在零件表面与阳极相接触的各点上发生放电结晶，并随时间增长逐渐加厚，电刷镀工作原理如图1所示。

图1 电刷镀工作原理

1.2 电刷镀技术特点

（1）设备简单，适用于现场修复。

（2）工艺简单，操作灵活。

（3）镀液中金属离子含量高，镀积速度快。

（4）溶液种类多，应用范围广。

（5）无毒，不燃、不爆，运输方便。

（6）费用低，经济效益高。

2 电刷镀新工艺技术研究

电刷镀技术有着广泛的、较长时间的实践应用，但是由于存在工艺技术方面和操作方法上的缺陷，一直无法彻底解决镀层结合力、超厚修复刷镀及铬面刷镀等技术难题，因此，为了满足液压缸活塞杆表面点蚀、磨损、拉伤及非正常磕碰等缺陷修复，开展了电刷镀新工艺技术的研究。

2.1 工艺技术研究

按照电刷镀工艺流程和操作方法，确定本次电刷镀工艺技术流程主要分为3个步骤：①对活塞杆表面的损伤部位进行机械修整和镀前处理（清洗、电净、活化等）。②对损伤部位进行打底刷镀和快速加厚刷镀。③机械处理（打磨、切削）和表面处理。工艺流程参见表1。

2.2 关键技术指标

镀笔与工件相对速度（8～12）m/min，表面电净处理≥3次，铬面镀底镍（10～20）μm，镀合金铜薄层（10～20）μm，快速加厚刷镀（0～5）mm，造面修复（20～30）μm。

2.3 电刷镀关键资源

（1）电刷镀电源。电刷镀电源具有镀层厚度实时监测、显示、到位报警，且具有智能化的窗口设置功能，电刷镀电源型号R100A-15V-3，交流220 V电压输入，额定输出电压（0～15）V，额定输出电流（0～100）A。

（2）电刷镀溶液。根据特种电刷镀工艺流程，结合油缸活塞杆修复技术特点，配置电刷镀溶液：电净液、活化液（2号、3号、全能铬面）、铬面底镍镀液、合金铜溶液、超硬快速厚铜合金镀液及快镍镀液。

3 电刷镀新工艺技术应用

3.1 顶驱主液缸活塞

在顶驱拆解维修过程中，操作不当，导致顶驱主液缸活塞与工装磕碰，造成活塞表面镀层脱落，脱落镀层最大深度为1.32 mm，脱落镀层最大宽度3.5 mm，脱落镀层形式呈圆周性，脱落镀层范围2条脱落部位。顶驱主液缸活塞损伤程度如图2所示。

图2 顶驱主液缸活塞损伤程度

顶驱主液缸外形尺寸 Φ530 mm（法兰）×700 mm（长），活塞外径尺寸 279.4 mm（11英寸），活塞外径公差（-0.05～0）mm，活塞表面粗糙度要求镜面。

3.2 修复工艺设计

（1）将顶驱主液缸活塞安装至车床，准备电刷镀所需资源。

（2）采用手持电动砂轮机打磨待修复部位至弧形平滑过渡，保证电刷镀笔能够接触到最大脱落层凹坑的底部。

（3）采用电净液去除待修复工件表面的油污，为防止油污污染刷镀液，因尽可能扩大电净的范围，重复3次电净操作。

（4）采用全能铬面活化液去除镀铬层表面的氧化膜，电压（3～8）V。

（5）采用刷镀铬面底镍，电压（6～15）V；厚度（10～20）μm 提高镀层与镀铬面基材的结合力，镀铬面底镍时间不宜过长，以修复面表面呈均匀亮白色为宜。如呈灰色或暗灰色，则应磨去底层，重新电净、活化和镀底镍。

（6）采用合金铜溶液刷镀，电压（6～15）V；厚度（10～20）μm，对工件非镀面遮蔽。

（7）采用快速厚铜合金镀液刷镀，电压（6～15）V，厚度（1.6～1.7）mm。在此期间，如果间隔或休息时间过长，则重复电净、活化、镀铬面底镍后，继续刷镀快速厚铜合金镀液至目标尺寸。

（8）采用硬质合金钢刀具对修复表面精车后，再用手持抛光机进行抛光处理，修复尺寸（279.35～279.37）mm。

（9）重复电净、活化、镀铬面底镍后，刷镀快速镍液电压（6～15）V；厚度（20～30）μm。

（10）采用抛光机、白蜡对修复表面进行抛光处理。顶驱主液缸活塞修复效果如图3所示。

图3 顶驱主液缸活塞修复效果

3.3 现场应用

2015年6月客户将修复后的顶驱主液缸活塞运回工厂，并对顶驱进行了回装和功能测试。2015年7月修复的顶驱用于钻井平台作业，顶驱主液缸活塞表面未出现任何脱落和异样，密封效果良好，目前该顶驱仍在使用中。当年又成功完成海洋某平台吊车变幅液压缸活塞、海洋修井机井架伸缩液压缸活塞及某型号环形防喷器活塞的缺陷修复，维修后设备使用正常，修复工件表面质量稳定、可靠。

4 结论

（1）通过对电刷镀工艺技术的深入研究，成功解决了镀层结合力、超厚修复刷镀及铬面刷镀等技术难题，实现了液压缸活塞杆表面缺陷的在线修复；

（2）超厚镀铜、铬面刷镀、造面修复等技术，为其他领域中的特殊零部件修复提供了技术借鉴；

（3）电刷镀新工艺技术的成功应用，有助于企业降低装备的运维成本，提升了装备运维核心竞争力；

（4）装备零部件电刷镀再修复技术，助推了客户实现绿色生活方式的转变，也是企业实现再制造的重要举措[2]。