西安国盛激光科技有限公司
第3年
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第3年
来源：西安国盛激光科技有限公司 时间：2024-12-13 11:55:36 [举报]
油田的工作条件比较恶劣。许多金属零件长期在重负荷下工作，伴随着腐蚀、摩擦和磨损，导致其过早失效。缩短其使用寿命。停产检查、更换新件，不仅增加材料成本，而且影响油田生产，造成多方面损失。油田许多金属零件摩擦副的磨损间隙都在近毫米量级。但常规表面技术的处理层较薄，导致磨损件表面修复困难，限制了这些技术的应用范围。
激光熔覆技术作为一种新型的表面工程技术，已经在许多领域得到了广泛的应用。在油田中，激光熔覆主要应用于石油钻杆、抽油杆、石油管道等方面。下面我们将分别介绍这些应用。
1、石油钻杆
石油钻杆是石油钻井作业中钻遇地层的重要工具之一。由于钻杆在井下受到冲击、摩擦和腐蚀，其表面容易出现裂纹、磨损和腐蚀等问题，严重影响钻井作业的安全和效率。了解决这一问题，激光熔覆技术被广泛应用于石油钻杆的表面强化与修复。
通过激光熔覆技术，在钻杆表面形成一层硬度高、耐腐蚀、耐磨损、耐高温的涂层，可显著提高钻杆的性和使用效率。同时，激光熔覆技术还可以修复钻杆表面的损伤，延长钻杆的使用寿命，降低更换成本。
2、抽油杆
抽油杆是油田采油的重要工具之一。由于长期受到来自地下原油的腐蚀和摩擦，抽油杆容易出现磨损、裂纹、变形等问题，严重影响了原油的开采和提率。为了解决这一问题，激光熔覆技术被广泛应用于抽油杆的表面强化与修复。
经过激光熔覆技术，在抽油杆表面形成一层高硬度、高韧性的涂层，可显著提高抽油杆的度和使用效率。激光熔覆技术还可以修复抽油杆表面的损伤，延长抽油杆的使用寿命，降低更换成本。
3、石油管道
输油管道是石油生产中不可缺少的重要设施之一。由于输送的原油中往往含有腐蚀性物质，这些物质会对管道造成腐蚀和破坏，严重影响石油生产的安全和稳定。因此激光熔覆技术被广泛应用于输油管道防腐和修复。
通过激光熔覆技术，可以在管道内外表面形成一层具有高耐腐蚀性能的涂层，显著提高管道的耐久性和安全性。同时，激光熔覆技术还可以对管道表面的损伤进行修复，避免了管道泄漏等事故的发生，降低了维修成本。
总之激光熔覆技术在油田的应用可以在抽油机上得到实现，大大提高了设备的寿命及安全性，也给企业带来的益处，降低了成本。
激光熔覆是一种对基材的表面改性技术。通过预先设定熔覆路径，利用激光辐照，使熔覆材料与基体表层快速熔化成激光所经过的熔池，然后快速凝固成冶金结合、低稀释的熔覆层，因此即对机械零件进行原位修复，或熔覆工艺，以提高原基材表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能。
与传统加工技术相比，激光熔覆技术具有以下特点：
1、熔覆层与基体能形成冶金结合;
2、基体受到的热影响小，不易变形;
3、熔覆层的稀释率低，节约昂贵的熔覆材料;
4、熔覆层的厚度大小可以控制;
5、可以修复零部件的特定部位及其他方法难以处理的部位。
在对农机零部件进行熔覆和修复之前，需要对农机零部件的表面进行预处理。由于农机工作环境恶劣，农机零部件表面常常覆盖有土壤、油污、水、化肥、农药、铁锈、氧化层等，因此与其他领域相比，零部件的修复工作更多复杂的。对于农业机械的零部件，一般的操作是用水冲洗掉接触土壤的部件表面的污垢。如果破损表面污垢比较牢固，可以采用激光清洗的方法清理。之后，用砂纸打磨待熔覆表面，并用丙酮清洗，避免激光熔覆时表面污渍进入熔覆层，造成缺陷，影响熔覆层的质量和性能。
激光熔覆修复技术，以高能激光为热源，将金属合金材料(粉末、糊状、丝状等)快速凝固，形成致密、均匀、厚度可控的冶金结合层，提供了表面修复的好方法。
激光熔覆在轴修复中的优势如下：
1、优化轴的表面性能：激光熔覆可在轴表面形成与基体熔合、成分和性能完全不同的合金镀层。由于基体熔层极薄，对熔覆层的成分影响很小。我们可以根据具体需要制备具有耐热、耐腐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或光、电、磁性能的表面涂层。从而有效地提高了轴表面的性能。
2、冶金结合强度高：在激光熔覆过程中，添加的熔覆材料完全熔化，成为熔覆层的主体合金;同时，一层薄薄的基础合金也被熔化，与目标合金形成冶金结合。不易脱落，解决了电镀、喷涂等传统冷加工工艺中镀层与基体结合强度差的问题。
3、热输入低变形小：激光熔覆快热快冷，对母材影响小，稀释率≤5-8%；解决了传统电焊、氩弧焊等热熔焊不可避免的热变形加工工艺、热疲劳损伤等一系列技术难题。
4、适用多种材料：可制备铁基、镍基、钴基、铜基、复合材料等多种合金镀层。
对于辊压机轴磨损的传统修复方法，常采用补焊、电刷镀、喷涂等工艺进行离线修复。直接的影响就是停机时间长，整体成本高，劳动强度大。激光增材修复方法实现了在线修复。该技术非常适用于辊压机轴磨损的修复。无需拆卸和加工即可修复。补焊无热应力，补焊厚度不受限制。同时，该产品具有金属材料所不具备的优惠，可吸收设备的冲击和振动，避免了再次磨损的可能性，并大大延长了设备部件的使用寿命，为企业节省了大量的停机时间，创造了的经济价值。
现场修复过程如下：
1、表面处理：清除前后轴肩表面、轴承表面、轴承内圈表面的污垢和高点。清除所有螺栓孔和压板通孔边缘的毛刺。使用砂轮打磨磨损区域，使其恢复原来的金属颜色。
2、确定定位点：先在轴径磨损量处增加一个定位点，高度略一侧磨损量。以样尺为基准，用砂轮机、锉刀等工具打磨，使其高度接近与一侧磨损尺寸相同。
3、空试轴承：安装轴承，并用压板紧固轴承，在压板螺栓紧固过程中保持较小的预紧力，测量同心度和垂直度，精度误差小于0.2 mm。
4、清洁表面：用无水乙醇清洁轴承位置表面和轴承内圈表面，轴承内圈表面刷803脱模剂。
5、涂抹激光增材：将均匀的激光增材直接涂抹在修补面上，并激光增材的填充效果，然后用刮刀均匀涂抹，厚度略支撑点的高度。
6、尺寸恢复：安装轴承，均匀拧紧压板，并留有足够的预紧力。
7、养护：自然养护6—12小时后，拆下压板和轴承，并清除多余激光增材。
8、再次应用激光增材：用砂带打磨修补激光增材表面产生的釉料和脱模剂。清洁后，调和金属修复激光增材，并将其应用于整个轴承位置的表面。
9、安装方式：快速安装轴承，整个安装和紧固过程控制在40分钟内。拧紧螺栓时，要对称拧紧。这次安装螺栓全部拧紧到位。
10、后期预紧：设备空载时每3小时拧紧一次，设备满载时每6小时、12小时、24小时拧紧一次。
目前，国内激光熔覆领域存在这样的情况。新工艺不断在大学实验室进行测试，但没有平台可以实现真正的应用验证。工厂企业激光熔覆工艺更新缓慢，没有科研力量做后盾。这种产学研脱节严重制约了我国激光熔覆行业的发展。
激光熔覆的成本一直是制约其发展的关键因素。设备投入、研发投入、人员成本、粉末成本等。激光熔覆产品价格高与大多数激光加工企业规模大、成本高、单件产品加工成本高有很大关系。一两台设备加工效率低，无法应对大规模加工。十几台设备加工，但设备初期投资太大，没有工作量时大量设备闲置，普通企业承受不起。
激光熔覆合金粉末的成本是除设备成本外的另一大成本支出。对于小规模生产，粉末制造和采购成本占产品成本的很大一部分。只有大量采购和使用，才能降低产品的整体成本。同时，由于激光熔覆后的各种机械工艺，实际熔覆层并不具备初始熔覆层的厚度，因此提高后续加工精度，降低初始熔覆层厚度成为降低成本的必然.
激光熔覆与激光合金化的两个过程类似，但有本质区别，主要区别如下：
1、激光熔覆过程中，熔覆材料完全熔化，基体熔层极薄，因此对熔覆层成分的影响极小，而激光合金化是在表面熔合中加入合金元素基体层，目的是在基体的基础上形成新的合金层。
2、 从本质上讲，激光熔覆不是利用基体表面的熔融金属作为溶剂，而是将单配置的合金粉末熔化，使其成为熔覆层的主体合金，同时形成一层薄薄的基底合金层也熔化，与其形成冶金结合。
激光熔覆技术制备新材料是极端条件下失效零件修复再制造和金属零件直接制造的重要基础，受到了科学界和企业的高度重视。
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