梁旭(長(zhǎng)慶油田分公司第四采油廠(chǎng)，陜西 靖邊 718500)

石油管道關(guān)鍵閥門(mén)的激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用

梁旭(長(zhǎng)慶油田分公司第四采油廠(chǎng)，陜西 靖邊 718500)

石油管道關(guān)鍵閥門(mén)在使用中，如果應(yīng)用傳統(tǒng)的技術(shù)手段，存在較多的弊端和不足，將激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用于閥門(mén)的操作中，使操作效率和質(zhì)量得到了顯著地提高，同時(shí)，降低了資金的投入量，但是激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)也存在著一定的弊端，技術(shù)人員需要結(jié)合實(shí)際的操作狀況進(jìn)行工藝的調(diào)整，使閥門(mén)的強(qiáng)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(guān)鍵閥門(mén)的激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的討論。

石油管道；關(guān)鍵閥門(mén)；激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)

1 激光復(fù)合強(qiáng)化工藝的發(fā)展

1.1 激光熔覆強(qiáng)化

激光熔覆發(fā)展于二十世紀(jì)八十年代，是一項(xiàng)表面工程技術(shù)手段，和熱噴涂技術(shù)與對(duì)焊技術(shù)相比較，這種技術(shù)的能量密度值更大，具有較小的熱影響區(qū)，構(gòu)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(xué)性能。在基層與涂層結(jié)合處，能夠承受較大的荷載。但是在我國(guó)并沒(méi)有得到較多的應(yīng)用，應(yīng)用范圍還比較小，主要的原因可能激光熔覆存在著兩個(gè)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(yīng)力值偏高，容易導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生；第二，加工效率不好，速率較慢，無(wú)形中增加了資金的投入量。

1.2 激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆強(qiáng)化

激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)在原有的技術(shù)基礎(chǔ)上，做出了改進(jìn)和優(yōu)化，克服了激光熔覆強(qiáng)化技術(shù)中存在的兩個(gè)主要弊端。研究人員的主要研究?jī)?nèi)容是中小型構(gòu)件的激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆，已經(jīng)成功研究出結(jié)構(gòu)緊密型較高的專(zhuān)用型激光-感應(yīng)復(fù)合熔覆加工頭。本世紀(jì)初期，我國(guó)很多高校也開(kāi)始了熔覆技術(shù)的科研工作，并取得了一定的研究進(jìn)展。和國(guó)外的同種技術(shù)相比較，這種技術(shù)具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是將研究對(duì)象設(shè)定為大尺寸以及超級(jí)大尺寸的金屬構(gòu)件，應(yīng)用的感應(yīng)熱源的功率和其他同類(lèi)產(chǎn)品相比，有所偏高。第二，對(duì)激光-感應(yīng)的復(fù)合熔覆裝置進(jìn)行了研究，研究表明可以將其應(yīng)用于管狀金屬零部件的強(qiáng)化和修復(fù)，成果顯著。

1.3 激光-超音速熱噴涂復(fù)合沉積強(qiáng)化

這種技術(shù)的應(yīng)用原理是氣體動(dòng)力學(xué)原理，是一種十分先進(jìn)的表面改進(jìn)技術(shù)，技術(shù)本身所需要應(yīng)用功率大于50千瓦的加熱設(shè)備，實(shí)現(xiàn)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(jié)合力不強(qiáng)，現(xiàn)階段超音速熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用還不是十分成熟，存在著一定的缺陷，基本只能通過(guò)使用純金屬鋁來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，當(dāng)加工技術(shù)將激光和熱噴涂技術(shù)相結(jié)合，則可以實(shí)現(xiàn)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(zhì)量得到保證。激光-超音速熱噴涂復(fù)合沉積技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于使涂層和基體的粘結(jié)力得到了有效的提高，保證了涂層的組織構(gòu)造和性質(zhì)不發(fā)生變化。利用激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)具有沉積效率高、溫度差值小，覆層開(kāi)裂的概率低等優(yōu)勢(shì)，將金屬間化合物基復(fù)合材料應(yīng)用于石油管道閥門(mén)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(guān)鍵閥門(mén)激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)的潛力和挑戰(zhàn)

激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于具有較高的沉積效率、溫度梯度值不大，對(duì)于覆層開(kāi)裂的問(wèn)題能夠?qū)崿F(xiàn)很好的預(yù)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(fù)合在石油管道的閥門(mén)面層。激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用是使閥門(mén)的強(qiáng)度得到了顯著的提高，同時(shí)，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(wèn)題，有待于進(jìn)一步的解決。

2.1 開(kāi)發(fā)復(fù)雜曲面形狀工件

基于激光復(fù)合強(qiáng)化是一個(gè)涉及多個(gè)領(lǐng)域、多重學(xué)科的復(fù)雜性技術(shù)，是光、電、激光加工等方面技術(shù)的有效融合，所以要實(shí)現(xiàn)截面形狀改變的工件的激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)，具有一定的難度，還需要進(jìn)一步的研究。

2.2 開(kāi)發(fā)專(zhuān)用熔覆粉末材料

將傳統(tǒng)的鎳基合金、合金和WC材料系統(tǒng)應(yīng)用于復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)中心，盡管具有較好的硬度和耐磨性，但是其機(jī)械加工性能較差，為磨削操作設(shè)置了一定的障礙。所以，要想促進(jìn)激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)高效的應(yīng)用于石油管道重要閥門(mén)領(lǐng)域，必須使其熱穩(wěn)定性、耐高溫的能力、以及耐腐蝕性、耐磨性得到進(jìn)一步的改善和提高，同時(shí)，具有極好的機(jī)械加工性，成為一類(lèi)專(zhuān)用熔覆材料。

2.3 冶金缺陷抑制機(jī)理研究

金屬材料的優(yōu)勢(shì)在于具有極強(qiáng)的抵御高溫的能力，抗腐蝕性強(qiáng)、抗磨損能力強(qiáng)，缺陷是如果單獨(dú)作為一類(lèi)材料，則在應(yīng)用中具有極差的抵御沖擊的能力。金屬間化合物基復(fù)合材料在以后的工業(yè)應(yīng)用中是否能夠取得較大的進(jìn)展，最主要的影響因素之一就是結(jié)構(gòu)是否具有無(wú)裂紋等冶金缺陷的涂層。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于：使熱輸入顯著降低，降低熱應(yīng)力，減少了形狀的改變量以及后續(xù)加工的程序，有效避免了高溫環(huán)境所產(chǎn)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(shè)備的制造和使用所需要的資金投入量降低?，F(xiàn)階段我國(guó)的激光強(qiáng)化復(fù)合技術(shù)，基于其技術(shù)與方法較為先進(jìn)，使石油管道關(guān)鍵閥門(mén)的性能得到了顯著的改善，具有極大的發(fā)展空間和潛力。

[1]柳宇.石油管道關(guān)鍵閥門(mén)的激光復(fù)合強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用分析[J].機(jī)械工程師，2013，(11)：207-208.

[2]楊大龍.淺析石油管道焊接接頭的腐蝕與防護(hù)[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2016，(11).

[3]劉士超,周蕾.天然氣管道閥門(mén)技術(shù)探討[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2012，(15).