石油管道關鍵閥門的激光復合強化技術應用

梁旭(長慶油田分公司第四采油廠，陜西 靖邊 718500)

石油管道關鍵閥門的激光復合強化技術應用

梁旭(長慶油田分公司第四采油廠，陜西 靖邊 718500)

石油管道關鍵閥門在使用中，如果應用傳統的技術手段，存在較多的弊端和不足，將激光復合強化技術應用于閥門的操作中，使操作效率和質量得到了顯著地提高，同時，降低了資金的投入量，但是激光復合強化技術也存在著一定的弊端，技術人員需要結合實際的操作狀況進行工藝的調整，使閥門的強度以及高溫耐磨性和耐腐蝕能力得到提高。本文就石油管道關鍵閥門的激光復合強化技術的應用進行了詳細的討論。

石油管道；關鍵閥門；激光復合強化技術

1 激光復合強化工藝的發展

1.1 激光熔覆強化

激光熔覆發展于二十世紀八十年代，是一項表面工程技術手段，和熱噴涂技術與對焊技術相比較，這種技術的能量密度值更大，具有較小的熱影響區，構件的形狀改變量較小，組織的均勻程度較高，具有良好的力學性能。在基層與涂層結合處，能夠承受較大的荷載。但是在我國并沒有得到較多的應用，應用范圍還比較小，主要的原因可能激光熔覆存在著兩個較為重要的缺陷：第一，熔池中具有較高的溫度梯度值，冷卻速率較高，覆層的殘余應力值偏高，容易導致裂紋產生；第二，加工效率不好，速率較慢，無形中增加了資金的投入量。

1.2 激光-感應復合熔覆強化

激光復合強化技術在原有的技術基礎上，做出了改進和優化，克服了激光熔覆強化技術中存在的兩個主要弊端。研究人員的主要研究內容是中小型構件的激光-感應復合熔覆，已經成功研究出結構緊密型較高的專用型激光-感應復合熔覆加工頭。本世紀初期，我國很多高校也開始了熔覆技術的科研工作，并取得了一定的研究進展。和國外的同種技術相比較，這種技術具有兩個顯著的特點，就是將研究對象設定為大尺寸以及超級大尺寸的金屬構件，應用的感應熱源的功率和其他同類產品相比，有所偏高。第二，對激光-感應的復合熔覆裝置進行了研究，研究表明可以將其應用于管狀金屬零部件的強化和修復，成果顯著。

1.3 激光-超音速熱噴涂復合沉積強化

這種技術的應用原理是氣體動力學原理，是一種十分先進的表面改進技術，技術本身所需要應用功率大于50千瓦的加熱設備，實現高壓氦氣的加熱，所需要的資金投入量較大，并且超音速沉積涂層具有較大的孔隙率，結合力不強，現階段超音速熱噴涂技術的應用還不是十分成熟，存在著一定的缺陷，基本只能通過使用純金屬鋁來實現。但是，當加工技術將激光和熱噴涂技術相結合，則可以實現加熱與冷加工的融合，降低超音速沉積的資金投入量，使沉積的質量得到保證。激光-超音速熱噴涂復合沉積技術的優勢在于使涂層和基體的粘結力得到了有效的提高，保證了涂層的組織構造和性質不發生變化。利用激光復合強化技術具有沉積效率高、溫度差值小，覆層開裂的概率低等優勢，將金屬間化合物基復合材料應用于石油管道閥門的表面，得到性能良好的涂層，具有極好的耐磨損、耐高溫性能。

2 石油管道關鍵閥門激光復合強化技術的潛力和挑戰

激光復合強化技術的優勢在于具有較高的沉積效率、溫度梯度值不大，對于覆層開裂的問題能夠實現很好的預防，為了獲取具有良好耐磨性、耐高溫、具有較好防腐蝕性的涂層，可以將金屬間化合物復合在石油管道的閥門面層。激光復合強化技術的應用是使閥門的強度得到了顯著的提高，同時，具有較好的耐高溫能力以及耐腐蝕性能。但是在工作中還存在一些問題，有待于進一步的解決。

2.1 開發復雜曲面形狀工件

基于激光復合強化是一個涉及多個領域、多重學科的復雜性技術，是光、電、激光加工等方面技術的有效融合，所以要實現截面形狀改變的工件的激光復合強化技術，具有一定的難度，還需要進一步的研究。

2.2 開發專用熔覆粉末材料

將傳統的鎳基合金、合金和WC材料系統應用于復合強化技術中心，盡管具有較好的硬度和耐磨性，但是其機械加工性能較差，為磨削操作設置了一定的障礙。所以，要想促進激光復合強化技術高效的應用于石油管道重要閥門領域，必須使其熱穩定性、耐高溫的能力、以及耐腐蝕性、耐磨性得到進一步的改善和提高，同時，具有極好的機械加工性，成為一類專用熔覆材料。

2.3 冶金缺陷抑制機理研究

金屬材料的優勢在于具有極強的抵御高溫的能力，抗腐蝕性強、抗磨損能力強，缺陷是如果單獨作為一類材料，則在應用中具有極差的抵御沖擊的能力。金屬間化合物基復合材料在以后的工業應用中是否能夠取得較大的進展，最主要的影響因素之一就是結構是否具有無裂紋等冶金缺陷的涂層。

3 結語

綜上所述，激光復合強化技術的主要優勢在于：使熱輸入顯著降低，降低熱應力，減少了形狀的改變量以及后續加工的程序，有效避免了高溫環境所產生的氣孔、裂紋等一系列缺陷，使沉積效率顯著提高，效率是單一形式的三倍以上，使設備的制造和使用所需要的資金投入量降低?，F階段我國的激光強化復合技術，基于其技術與方法較為先進，使石油管道關鍵閥門的性能得到了顯著的改善，具有極大的發展空間和潛力。

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