石油管道关键阀门的激光复合强化技术应用

1 激光复合强化工艺的发展

1.1 激光熔覆强化

激光熔覆发展于二十世纪八十年代, 是一项表面工程技术手段, 和热喷涂技术与对焊技术相比较, 这种技术的能量密度值更大, 具有较小的热影响区, 构件的形状改变量较小, 组织的均匀程度较高, 具有良好的力学性能。在基层与涂层结合处, 能够承受较大的荷载。但是在我国并没有得到较多的应用, 应用范围还比较小, 主要的原因可能激光熔覆存在着两个较为重要的缺陷:第一, 熔池中具有较高的温度梯度值, 冷却速率较高, 覆层的残余应力值偏高, 容易导致裂纹产生;第二, 加工效率不好, 速率较慢, 无形中增加了资金的投入量。

1.2 激光-感应复合熔覆强化

激光复合强化技术在原有的技术基础上, 做出了改进和优化, 克服了激光熔覆强化技术中存在的两个主要弊端。研究人员的主要研究内容是中小型构件的激光-感应复合熔覆, 已经成功研究出结构紧密型较高的专用型激光-感应复合熔覆加工头。本世纪初期, 我国很多高校也开始了熔覆技术的科研工作, 并取得了一定的研究进展。和国外的同种技术相比较, 这种技术具有两个显著的特点, 就是将研究对象设定为大尺寸以及超级大尺寸的金属构件, 应用的感应热源的功率和其他同类产品相比, 有所偏高。第二, 对激光-感应的复合熔覆装置进行了研究, 研究表明可以将其应用于管状金属零部件的强化和修复, 成果显著。

1.3 激光-超音速热喷涂复合沉积强化

这种技术的应用原理是气体动力学原理, 是一种十分先进的表面改进技术, 技术本身所需要应用功率大于50千瓦的加热设备, 实现高压氦气的加热, 所需要的资金投入量较大, 并且超音速沉积涂层具有较大的孔隙率, 结合力不强, 现阶段超音速热喷涂技术的应用还不是十分成熟, 存在着一定的缺陷, 基本只能通过使用纯金属铝来实现。但是, 当加工技术将激光和热喷涂技术相结合, 则可以实现加热与冷加工的融合, 降低超音速沉积的资金投入量, 使沉积的质量得到保证。激光-超音速热喷涂复合沉积技术的优势在于使涂层和基体的粘结力得到了有效的提高, 保证了涂层的组织构造和性质不发生变化。利用激光复合强化技术具有沉积效率高、温度差值小, 覆层开裂的概率低等优势, 将金属间化合物基复合材料应用于石油管道阀门的表面, 得到性能良好的涂层, 具有极好的耐磨损、耐高温性能。

2 石油管道关键阀门激光复合强化技术的潜力和挑战

激光复合强化技术的优势在于具有较高的沉积效率、温度梯度值不大, 对于覆层开裂的问题能够实现很好的预防, 为了获取具有良好耐磨性、耐高温、具有较好防腐蚀性的涂层, 可以将金属间化合物复合在石油管道的阀门面层。激光复合强化技术的应用是使阀门的强度得到了显著的提高, 同时, 具有较好的耐高温能力以及耐腐蚀性能。但是在工作中还存在一些问题, 有待于进一步的解决。

2.1 开发复杂曲面形状工件

基于激光复合强化是一个涉及多个领域、多重学科的复杂性技术, 是光、电、激光加工等方面技术的有效融合, 所以要实现截面形状改变的工件的激光复合强化技术, 具有一定的难度, 还需要进一步的研究。

2.2 开发专用熔覆粉末材料

将传统的镍基合金、合金和WC材料系统应用于复合强化技术中心, 尽管具有较好的硬度和耐磨性, 但是其机械加工性能较差, 为磨削操作设置了一定的障碍。所以, 要想促进激光复合强化技术高效的应用于石油管道重要阀门领域, 必须使其热稳定性、耐高温的能力、以及耐腐蚀性、耐磨性得到进一步的改善和提高, 同时, 具有极好的机械加工性, 成为一类专用熔覆材料。

2.3 冶金缺陷抑制机理研究

金属材料的优势在于具有极强的抵御高温的能力, 抗腐蚀性强、抗磨损能力强, 缺陷是如果单独作为一类材料, 则在应用中具有极差的抵御冲击的能力。金属间化合物基复合材料在以后的工业应用中是否能够取得较大的进展, 最主要的影响因素之一就是结构是否具有无裂纹等冶金缺陷的涂层。

3 结语

综上所述, 激光复合强化技术的主要优势在于:使热输入显著降低, 降低热应力, 减少了形状的改变量以及后续加工的程序, 有效避免了高温环境所产生的气孔、裂纹等一系列缺陷, 使沉积效率显著提高, 效率是单一形式的三倍以上, 使设备的制造和使用所需要的资金投入量降低。现阶段我国的激光强化复合技术, 基于其技术与方法较为先进, 使石油管道关键阀门的性能得到了显著的改善, 具有极大的发展空间和潜力。

摘要：石油管道关键阀门在使用中, 如果应用传统的技术手段, 存在较多的弊端和不足, 将激光复合强化技术应用于阀门的操作中, 使操作效率和质量得到了显著地提高, 同时, 降低了资金的投入量, 但是激光复合强化技术也存在着一定的弊端, 技术人员需要结合实际的操作状况进行工艺的调整, 使阀门的强度以及高温耐磨性和耐腐蚀能力得到提高。本文就石油管道关键阀门的激光复合强化技术的应用进行了详细的讨论。

关键词：石油管道,关键阀门,激光复合强化技术

参考文献

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