激光表面處理技術(shù)在石油機械中的應(yīng)用

尹元

摘 要： 石油機械設(shè)備應(yīng)用環(huán)境惡劣，對機械功能、性能要求高。為此，本文主要對激光表面處理技術(shù)開展探析，明確其具有諸多優(yōu)勢，能夠增強機械設(shè)備質(zhì)量。重點探究了激光表面處理技術(shù)在石油機械中的應(yīng)用，如激光熔覆、激光淬火、激光合金化等，接受了其適用條件和自身的優(yōu)缺點，以期深入挖掘激光表面處理技術(shù)優(yōu)勢，將其作用最大化，促使石油機械設(shè)備強度、耐磨性提高，并擁有優(yōu)良自潤滑性，提高綜合性能，滿足不同使用需求，為關(guān)注此類話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞： 激光淬火;石油機械;強度;激光表面處理技術(shù)

【中圖分類號】TE9 【文獻標識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.40.226

引言：石油機械在石油開采中發(fā)揮著重要的作用。在機械使用中，其常暴露在海水、氫化物、二氧化碳等環(huán)境中，會經(jīng)受大排量的鉆井，磨損嚴重。若是石油機械質(zhì)量不達標，很容易出現(xiàn)故障，甚至引發(fā)安全事故，造成人員傷亡。從中可見，加強石油機械研究顯得尤為重要。積極探索激光表面處理技術(shù)在石油機械中的應(yīng)用具有重要的意義，是提高機械強度、抗性的重大舉措，值得深思。

1 激光表面處理技術(shù)相關(guān)概述

激光表面處理技術(shù)屬于一種較為先進的熱加工方式，對工件的處理，主要是借助激光的高能量來實現(xiàn)的。在具體處理過程中，激光束照射工件表面，能夠促使材料進行無損加熱，在高溫的條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)熔化、氣化等，最終可達到改性的目標。因為激光溫度、功率密度分別能夠達到10000攝氏度、108-1010（單位：W/cm2），所以將激光表面處理技術(shù)引入到石油機械中，有助于實現(xiàn)無接觸加工。通過對激光表面處理技術(shù)分析可知，其主要有以下幾個特點：首先，加工成本低，其具有環(huán)保性能，可節(jié)省能源，降低污染。其次激光束易于傳輸，可有效對工件局部進行修復(fù)，也能夠?qū)?fù)雜零件表面進行處理[1]。再次，可與數(shù)控系統(tǒng)相配合，對自動化水平提升具有重要意義。最后，針對于厚的板材，不適合應(yīng)用激光表面處理技術(shù)，而對于薄板金屬，此技術(shù)可發(fā)揮自身優(yōu)越的性能。

2 在石油機械中激光表面處理技術(shù)的應(yīng)用探究

2.1 激光淬火

相對來說，激光淬火更具優(yōu)勢，不僅不需要冷卻介質(zhì)，加熱速度快，而且表面硬度與粗糙度都比較高，冷卻速度快。通常情況下，其得到的硬度、耐磨性會比常規(guī)淬火高些，其分別會提高15%-20%、2-4倍左右。除此之外，對激光淬火方法進行應(yīng)用，還可優(yōu)化硬化層的耐腐性，促使工件綜合機械性能更加優(yōu)越。雖然在石油機械中，激光淬火表現(xiàn)了種種優(yōu)點，但在具體使用時，也呈現(xiàn)了一定的局限性。激光淬火有著屬于自己的適用條件，即淬硬層淺且表面需硬化的零件。為此，在石油機械中，應(yīng)對激光淬火的適用條件加以考慮。針對于工件精度要求高、不需整體淬硬的工件，或者形狀復(fù)雜需提高耐磨性的工件，可對激光淬火進行運用，有助于實現(xiàn)理想的應(yīng)用成果。例如，氣缸、齒輪的表面處理，就可對該方法進行使用。

現(xiàn)階段，在石油機械中，激光淬火得到了較為廣泛的應(yīng)用，在鉆桿接頭螺紋、組合泵缸套等零件的表面改性方面發(fā)揮著重要作用，不僅延長了零件的使用壽命，而且還促使零件耐磨性提高。例如，我國研究學(xué)者葛鵬飛對此方面開展探析，在石油鉆桿加工環(huán)節(jié)，采用了激光淬火手段，大幅提高了接頭表面硬度，有效增強了鉆桿接頭螺紋的機械性能，獲取了理想的應(yīng)用效果，對機械使用壽命的延長具有重要作用。

2.2 激光熔覆

激光熔覆也是激光表面處理技術(shù)的一種。主要是指將熔覆材添加到基層表面上，在此基礎(chǔ)上依托高能量密度光束實現(xiàn)熔化，其熔化的對象為不同性能與成分的合金和基層表層。通過這一操作，可在基層表面形成與基層性能、成分不一的合金層[2]。由于激光熔覆層具有高硬度和良好的強度，所以在石油機械中表現(xiàn)了優(yōu)越性，不僅材料消耗少、冷卻速度快，而且綠色無污染，涂層稀釋率低、性價比高。憑借自身諸多優(yōu)點得到了普及，如可運用到壓裂泵閥座、石油管道閥門等零件的表面修復(fù)與強化。例如，我國研究學(xué)者孫建波在此方面進行了探究，在進行石油鉆桿接頭處理時，對激光熔覆手段進行應(yīng)用，在其表面熔覆一層耐磨的鐵基合金涂層，不僅促使組織致密，而且沒有裂紋，為其后續(xù)制造和加工奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.3 激光合金化

石油機械中，激光合化金的應(yīng)用頻率也是比較高的。其主要是發(fā)揮了高能激光束的作用，促使基體金屬表面熔化，在此過程中還會將適量的合金化元素加入其中，然后將基體作為溶劑，促使合金層形成。通過此種方式制成的合金層，可確保其濃度高。激光合金化的另一大優(yōu)勢表現(xiàn)在其具有良好的經(jīng)濟性，即使是針對于表面性能不佳、廉價的基體材料上，也能夠制作出質(zhì)量較高的表面合金層，可保證其具有抗氧化、耐磨損等特征，可在某方面對整體合金取而代之，解決價格高昂的問題，能夠降低成本，進而實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益[3]。相對于常規(guī)的熱處理來說，在石油機械中，激光合金化的應(yīng)用效果更加理想，合金化層不容易剝削，基本熔化量少，并且敷層稀釋率低，為自動化實現(xiàn)提供了有利條件。另外，將激光合金化應(yīng)用在石油機械中，能夠促使薄層成分更加均勻，比較適合制造重載傳動零件，如重要齒輪、軸類件等等?；诩す夂辖鸹攸c，通常將其用在汽輪機葉片、油管等表面處理環(huán)節(jié)，有利于提高處理效率和質(zhì)量。雖然激光合金化使用越來越廣泛，但是在還存在多種不足之處，如孔洞缺陷、合金化層存在裂紋等等，其整體處理水平有待提升。

結(jié)束語：總而言之，激光表面處理技術(shù)能夠?qū)Σ牧媳砻娴睦韺W(xué)性能進行改善，有助于提高零件的耐蝕、耐磨性，所以在石油機械中應(yīng)注重對此技術(shù)的應(yīng)用。主要是由于石油機械在工作中磨損嚴重，而將激光表面處理技術(shù)運用其中，可強化工件性能，降低工件變形的概率，有助于提高材料綜合性能，減少采油機械設(shè)備成本?；诖?，應(yīng)積極融入激光表面處理技術(shù)，了解激光淬火、激光熔覆的特性，以對其進行充分運用，提高工件表面處理精度。

參考文獻

[1] 楊尹，馬博華.激光表面處理技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量檢測系統(tǒng)研究[J].激光雜志，2020，41（10）：139-143.

[2] 黃俊媛，沈澤俊，張立新，等.激光表面處理技術(shù)在石油機械中的應(yīng)用[J].激光與光電子學(xué)進展，2019，56（06）：65-77.

[3] 王書亮，付朝政，蘇曉慧，等.激光表面處理技術(shù)在石油工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].材料保護，2017，50（06）：72-78.