ТВЕРДОСПЛАВНОЕ ПОКРЫТИЕ, НАНОСИМОЕ РОБОТОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОДОГРЕВА

1. Система для нанесения материала твердосплавного покрытия на части бурового долота и скважинного инструмента, содержащая:
устройство предварительного нагрева для нагревания части бурового долота или скважинного инструмента;
первого робота, включающего программно управляемый шарнирный манипулятор, соединенный с закрепленной на нем дуговой горелкой с переносом плазмы, имеющей сопло, и программируемого для установки положения горелки над поверхностью части бурового долота в нужной плоскости над ней перед нанесением материала твердосплавного покрытия на часть бурового долота, и для осуществления колебаний горелки относительно части бурового долота;
источник плазменного газа для горелки, имеющий электрически управляемый регулятор расхода;
источник защитного газа для горелки, имеющий электрически управляемый регулятор расхода;
источник транспортирующего газа для горелки, имеющий электрически управляемый регулятор расхода;
систему дозирования порошка, соединенную с источником транспортирующего газа;
второго робота, включающего программно управляемый шарнирный манипулятор и программируемого для установки положения поверхности резца в, по существу, горизонтальной плоскости под горелкой перед нанесением на резец материала твердосплавного покрытия;
кулачковый зажимной патрон, прикрепленный к программно управляемому шарнирному манипулятору второго робота и закрепляющий шарошку бурового долота;
по меньшей мере один датчик для определения положения поверхности шарошки; и
программируемую систему управления, электрически соединенную с первым роботом, вторым роботом и по меньшей мере одним датчиком.
2. Система для нанесения материала твердосплавного покрытия на часть бурового долота или скважинного инструмента, содержащая:
устройство предварительного нагрева для нагревания части бурового долота или скважинного инструмента;
манипулятор горелки, программно перемещаемый в вертикальной плоскости;
дуговую горелку с переносом плазмы, прикрепленную к манипулятору горелки с по существу вертикальной ориентацией и направленным вниз соплом;
источник плазменного газа для горелки, имеющий электрически управляемый регулятор расхода;
источник защитного газа для горелки, имеющий электрически управляемый регулятор расхода;
источник транспортирующего газа для горелки, имеющий электрически управляемый регулятор расхода;
систему дозирования порошка, соединенную с источником транспортирующего газа;
робота, включающего программно управляемый шарнирный манипулятор;
кулачковый зажимной патрон, прикрепленный к программно управляемому шарнирному манипулятору и закрепляющий шарошку бурового долота;
по меньшей мере один датчик для определения положения поверхности шарошки;
программируемую систему управления, электрически соединенную с манипулятором горелки, горелкой, роботом и по меньшей мере одним датчиком;
причем робот программируется для установки поверхности шарошки в по существу горизонтальной плоскости под горелкой перед нанесением материала твердосплавного покрытия на шарошку; а
манипулятор программируется для создания колебаний горелки вдоль по существу горизонтальной оси.
3. Система по п.2, в которой:
манипулятор горелки запрограммирован для перемещения горелки по вертикальной оси; и
движение горелки вдоль вертикальной оси обеспечивает управление напряжением на выходе горелки.
4. Система по п.2, содержащая:
электрически заземленную плиту переходника, прикрепленную к программно управляемому шарнирному манипулятору; и
кулачковый зажимной патрон, прикрепленный к электрически заземленному переходнику.
5. Система по п.4, содержащая кулачковый зажимной патрон с тремя кулачками, каждый кулачок которого включает часть цилиндрического сегмента, захватывающую внутреннюю часть дорожки подшипника скольжения шарошки; и, каждый кулачок включает часть тороидального сегмента, в которую входит внутренняя часть дорожки качения подшипника шарошки.
6. Система по п.2, содержащая переходник, центровка которого обеспечивает в целом точное вращение вокруг программируемой оси движения робота.
7. Система по п.2, содержащая кулачковый зажимной патрон, центровка которого по индикатору с конусным фланцем обеспечивает допустимое отклонение при вращении в пределах 0,005 дюйма (0,0127 см).
8. Система по п.2, содержащая:
плиту переходника, прикрепленную к программно управляемому шарнирному манипулятору;
кулачковый зажимной патрон, прикрепленный к плите переходника; и теплоизолятор, установленный между плитой переходника и шарошкой.
9. Система по п.2, содержащая воздушный промежуток между шарошкой и кулачковым зажимным патроном.
10. Система по п.2, содержащая термоизоляционный материал, прикрепленный к кулачковому зажимному патрону.
11. Система по п.2, содержащая горелку с колпаком для защитного газа, окружающим анод, и анод с жидкостным охлаждением.
12. Система по п.2, содержащая горелку с колпаком для защитного газа, окружающим анод и имеющим длину менее 4,40 дюйма (11,176 см).
13. Система по п.2, содержащая горелку с колпаком для защитного газа, окружающим анод и выходящим за пределы анода менее чем на 0,020 дюйма (0,0508 см).
14. Система по п.2, содержащая горелку с колпаком для защитного газа, окружающим анод и имеющим диаметр менее 0,640 дюйма (1,6256 см).
15. Система по п.2, содержащая горелку с колпаком для защитного газа, окружающим анод, и изолирующий материал, прикрепленный снаружи к колпаку для защитного газа горелки.
16. Система по п.2, содержащая датчик изображения, направленный в зону зуба, на который наносится твердосплавное покрытие.
17. Система по п.2, содержащая датчик изображения, электрически соединенный с программируемой системой управления.
18. Система по п.2, содержащая регулятор расхода защитного газа, управляемый программируемой системой управления с постепенным увеличением расхода защитного газа для предотвращения пористости.
19. Система по п.2, в которой обеспечивается управление скоростью подачи материала-наполнителя программируемой системой управления.
20. Система по п.2, в которой обеспечивается управление подачей электрического тока к горелке программируемой системой управления.
21. Система по п.2, содержащая другой робот с программно управляемым шарнирным манипулятором, к которому прикреплена горелка.
22. Способ нанесения материала твердосплавного покрытия на часть бурового долота или скважинного инструмента, при осуществлении которого:
подготавливают устройство предварительного нагрева;
подготавливают вертикально ориентированную дуговую горелку с переносом плазмы, прикрепленную к манипулятору с управляемым перемещением в по существу вертикальной плоскости;
прикрепляют шарошку к зажимному патрону, установленному на шарнирном манипуляторе робота;
размещают поверхность зуба шарошки под горелкой в целом перпендикулярно горелке;
выполняют колебания горелки вдоль по существу горизонтальной оси;
перемещают шарошку шарнирным манипулятором робота в плоскости под колеблющейся горелкой; и
наносят материал твердосплавного покрытия на зуб шарошки.
23. Способ по п.22, в котором:
измеряют напряжение дуги прямого действия между электродом горелки и шарошкой;
вводят данные измерения напряжения в программируемый логический контроллер (ПЛК);
вычисляют разницу между измеренным напряжением и требуемым напряжением;
вычисляют коррекцию по длине дуги, необходимую для получения требуемого напряжения; и
приводят в действие манипулятор горелки для вертикального перемещения для коррекции по длине дуги.
24. Способ по п.22, в котором выполняют колебания горелки в вертикальном направлении для поддержания, по существу, постоянного напряжения на выходе горелки.
25. Способ по п.22, в котором увеличивают ток горелки по мере смещения траектории наварки к более толстой части зуба.
26. Способ по п.22, в котором ток горелки пропорционален длине пересекающего отрезка.
27. Способ по п.22, в котором колебания горелки вдоль, по существу, горизонтальной оси имеют длину траектории примерно от 6 до 10 мм.
28. Способ по п.22, в котором выполняют колебания горелки вдоль, по существу, горизонтальной оси и перемещают шарошку посредством шарнирного манипулятора робота в плоскости под колеблющейся горелкой для получения в целом треугольной формы колебаний.
29. Способ по п.22, в котором:
подготавливают заданную траекторию, образующую первую форму колебаний вокруг центральной линии поверхности зуба, на которую наносится твердосплавное покрытие и которая включает пересекающие отрезки, в целом параллельные гребню зуба, и переходной отрезок, соединяющий два пересекающих отрезка и в целом параллельный краю зуба, и
перемещают шарошку так, что средняя точка колебаний горелки в целом следует по заданной траектории.
30. Способ по п.29, в котором обеспечивают отрезок поджига дуги, соединенный с заданной траекторией для начала нанесения твердосплавного покрытия.
31. Способ по п.30, в котором заданная траектория начинается вблизи гребня зуба и кончается вблизи основания зуба.
32. Способ по п.31, в котором пересекающие отрезки и переходные отрезки формируют в целом трапецеидальную траекторию вокруг центральной линии зуба, а первая форма колебаний имеет нарастающую амплитуду в направлении основания зуба.
33. Способ по п.32, в котором скорость движения на переходном отрезке больше скорости движения на пересекающем отрезке.
34. Способ по п.33, в котором колебания горелки на короткое время приостанавливаются на крайних точках колебаний.
35. Способ по п.34, в котором продолжительность паузы составляет примерно от 0,1 до 0,4 с.
36. Способ по п.22, в котором нагревают часть бурового долота или скважинного инструмента, используя устройство нагрева, удерживаемое манипулятором робота во время нанесения твердосплавного покрытия на часть бурового долота или скважинного инструмента.
37. Способ нанесения материала твердосплавного покрытия на часть инструмента для нефтедобычи, при осуществлении которого:
подготавливают устройство предварительного нагрева для нагревания инструмента для нефтедобычи;
подготавливают вертикально ориентированную дуговую горелку с переносом плазмы, прикрепленную к манипулятору с управляемым перемещением в по существу вертикальной плоскости;
прикрепляют шарошку к зажимному патрону, установленному на шарнирном манипуляторе робота;
подогревают инструмент для нефтедобычи в устройстве предварительного нагрева;
размещают поверхность инструмента для нефтедобычи под горелкой в целом перпендикулярно горелке;
подготавливают заданную траекторию с первой формой колебаний;
выполняют колебания горелки вдоль, по существу, горизонтальной оси; и перемещают резец шарнирным манипулятором робота ниже средней точки траектории колебаний горелки с тем, чтобы наложить вторую траекторию колебаний горелки на колебания первой формы заданной траектории для создания структуры твердосплавного покрытия на части инструмента для нефтедобычи.
38. Способ по п.37, в котором выполняют колебания ориентации инструмента для нефтедобычи относительно горелки вокруг оси z средней точки колебаний горелки при движении инструмента для нефтедобычи, при этом колебания инструмента для нефтедобычи являются функцией положения инструмента для нефтедобычи на участке с первой формой колебаний заданной траектории.
39. Способ по п.38, в котором приостанавливают колебание инструмента для нефтедобычи при его движении вдоль переходных отрезков.
40. Способ по п.38, в котором нагревают инструмент для нефтедобычи при нанесении на него твердосплавного покрытия.
41. Способ по п.38, в котором подогревают инструмент для нефтедобычи до температуры в интервале от 400°F до 1000°F.
42. Способ по п.38, в котором поддерживают температуру части инструмента для нефтедобычи в интервале от 400°F до 1000°F в процессе нанесения на него твердосплавного покрытия.