激光熔覆技術在高壓壓縮機壓縮缸維修中的應用

溫艷軍 常記佳 柏萬明

（中國石油塔里木油田分公司天然氣事業(yè)部)

1 凝析氣田注氣壓縮機使用情況

中國石油塔里木油田牙哈作業(yè)區(qū)的凝析氣田注氣壓縮機，其制造商為美國Cooper公司，設計出口壓力達到55 MPa。該壓縮機自2000年10月至今累計運行時間已經(jīng)達到78 944 h，目前注氣壓縮缸已經(jīng)出現(xiàn)裂紋17處，刺漏造成天然氣泄漏2次，嚴重影響了氣田的安全運行和正常注氣生產(chǎn)。注氣壓縮機機組如圖1所示，壓縮缸入口的裂紋如圖2所示。

圖1 注氣壓縮機機組

圖2 壓縮缸入口的裂紋 (打磨后)

高壓往復式壓縮機經(jīng)過十年多使用后，在壓縮缸進出口的短接處出現(xiàn)了裂紋，裂紋最深處達3 mm，嚴重影響了安全生產(chǎn)。本文通過激光熔覆技術對出現(xiàn)裂紋的壓縮缸進行了維修。與購買新的壓縮缸相比，采用激光熔覆技術修復具有周期短、價格便宜等特點，而且完全能滿足注氣壓縮機高效注氣的要求。

2 維修方案的確定

該壓縮機在2008年首次出現(xiàn)裂紋時，氣田采取的處理方法是購買新的壓縮缸進行更換。但購買新的壓縮缸周期長、費用高，不僅給生產(chǎn)單位帶來巨大的成本壓力，也影響了機組的正常運行。

激光熔覆技術利用大功率激光束聚集能量極高的特點，瞬間將被加工件表面微熔，同時使零件表面預置的或與激光束同步自動送置的合金粉完全熔化，獲得與基體冶金結合的致密覆層。該技術具有以下幾個特點：

（1）激光熔覆層與基體為冶金結合，結合強度不低于原基體材料的90%。

（2）基體材料在激光熔覆加工過程中僅表面微熔，微熔層厚度為0.05～0.1 mm。基體熱影響區(qū)極小，一般為0.1～0.2 mm。

（3）激光熔覆加工過程中基體溫升不超過80℃，加工后基本無熱變形。

（4）熔覆層與基體均無粗大的鑄造組織，熔覆層及其界面組織致密，晶體細小，無孔洞、夾雜、裂紋等缺陷。

目前激光熔覆技術在冶金、石化、電力等行業(yè)都有良好的應用，已先后在壓縮機轉(zhuǎn)子、煙機主軸、燃氣輪機一級噴嘴、航空發(fā)動機導流盤等零部件的維修中取得了很好的效果。因此筆者所在公司于2010年開始使用激光熔覆技術對出現(xiàn)裂紋的壓縮缸進行激光熔覆維修。

3 維修處理及效果

為確保激光熔覆的效果，首先對損傷部位進行清洗除污和著色探傷，詳細檢查裂紋表面狀況。然后對裂紋部位進行材質(zhì)分析和硬度檢測，確定壓縮缸材料的力學性能指標，選配合適的激光熔覆粉末材料進行激光熔覆維修。

裂紋處維修后的外觀形貌如圖3所示。

圖3 裂紋處維修后檢測圖片

維修后須對維修部位進行無損檢測，對壓縮缸缸體進行55 MPa水壓試驗。所有的測試均合格后，才能進行安裝使用。目前，經(jīng)激光熔覆修復后的壓縮缸已經(jīng)使用達2年以上，未出現(xiàn)裂紋、刺漏等失效現(xiàn)象。

4 結語

采用激光熔覆技術對高壓往復式壓縮機壓縮缸進行修復，具有維修周期短、價格便宜等特點，而且完全能滿足注氣壓縮機高效注氣的要求。

激光熔覆再制造技術之所以能在短期內(nèi)得到快速發(fā)展，得到用戶和行業(yè)的認可與歡迎，是因為它是一門高新技術，有許多優(yōu)良的特點。激光熔覆再制造既克服了氬弧焊等熱加工修復熱影響區(qū)大、零部件易變形的弱點，又克服了等離子噴涂、電刷鍍等修復技術不能實現(xiàn)冶金結合的弱點，所以它是一項值得推廣和應用的高新技術。