激光表面处理技术在石油机械中的应用

尹元

摘 要： 石油机械设备应用环境恶劣，对机械功能、性能要求高。为此，本文主要对激光表面处理技术开展探析，明确其具有诸多优势，能够增强机械设备质量。重点探究了激光表面处理技术在石油机械中的应用，如激光熔覆、激光淬火、激光合金化等，接受了其适用条件和自身的优缺点，以期深入挖掘激光表面处理技术优势，将其作用最大化，促使石油机械设备强度、耐磨性提高，并拥有优良自润滑性，提高综合性能，满足不同使用需求，为关注此类话题的人们提供参考。

关键词： 激光淬火;石油机械;强度;激光表面处理技术

【中图分类号】TE9 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.40.226

引言：石油机械在石油开采中发挥着重要的作用。在机械使用中，其常暴露在海水、氢化物、二氧化碳等环境中，会经受大排量的钻井，磨损严重。若是石油机械质量不达标，很容易出现故障，甚至引发安全事故，造成人员伤亡。从中可见，加强石油机械研究显得尤为重要。积极探索激光表面处理技术在石油机械中的应用具有重要的意义，是提高机械强度、抗性的重大举措，值得深思。

1 激光表面处理技术相关概述

激光表面处理技术属于一种较为先进的热加工方式，对工件的处理，主要是借助激光的高能量来实现的。在具体处理过程中，激光束照射工件表面，能够促使材料进行无损加热，在高温的条件下，能够实现熔化、气化等，最终可达到改性的目标。因为激光温度、功率密度分别能够达到10000摄氏度、108-1010（单位：W/cm2），所以将激光表面处理技术引入到石油机械中，有助于实现无接触加工。通过对激光表面处理技术分析可知，其主要有以下几个特点：首先，加工成本低，其具有环保性能，可节省能源，降低污染。其次激光束易于传输，可有效对工件局部进行修复，也能够对复杂零件表面进行处理[1]。再次，可与数控系统相配合，对自动化水平提升具有重要意义。最后，针对于厚的板材，不适合应用激光表面处理技术，而对于薄板金属，此技术可发挥自身优越的性能。

2 在石油机械中激光表面处理技术的应用探究

2.1 激光淬火

相对来说，激光淬火更具优势，不仅不需要冷却介质，加热速度快，而且表面硬度与粗糙度都比较高，冷却速度快。通常情况下，其得到的硬度、耐磨性会比常规淬火高些，其分别会提高15%-20%、2-4倍左右。除此之外，对激光淬火方法進行应用，还可优化硬化层的耐腐性，促使工件综合机械性能更加优越。虽然在石油机械中，激光淬火表现了种种优点，但在具体使用时，也呈现了一定的局限性。激光淬火有着属于自己的适用条件，即淬硬层浅且表面需硬化的零件。为此，在石油机械中，应对激光淬火的适用条件加以考虑。针对于工件精度要求高、不需整体淬硬的工件，或者形状复杂需提高耐磨性的工件，可对激光淬火进行运用，有助于实现理想的应用成果。例如，气缸、齿轮的表面处理，就可对该方法进行使用。

现阶段，在石油机械中，激光淬火得到了较为广泛的应用，在钻杆接头螺纹、组合泵缸套等零件的表面改性方面发挥着重要作用，不仅延长了零件的使用寿命，而且还促使零件耐磨性提高。例如，我国研究学者葛鹏飞对此方面开展探析，在石油钻杆加工环节，采用了激光淬火手段，大幅提高了接头表面硬度，有效增强了钻杆接头螺纹的机械性能，获取了理想的应用效果，对机械使用寿命的延长具有重要作用。

2.2 激光熔覆

激光熔覆也是激光表面处理技术的一种。主要是指将熔覆材添加到基层表面上，在此基础上依托高能量密度光束实现熔化，其熔化的对象为不同性能与成分的合金和基层表层。通过这一操作，可在基层表面形成与基层性能、成分不一的合金层[2]。由于激光熔覆层具有高硬度和良好的强度，所以在石油机械中表现了优越性，不仅材料消耗少、冷却速度快，而且绿色无污染，涂层稀释率低、性价比高。凭借自身诸多优点得到了普及，如可运用到压裂泵阀座、石油管道阀门等零件的表面修复与强化。例如，我国研究学者孙建波在此方面进行了探究，在进行石油钻杆接头处理时，对激光熔覆手段进行应用，在其表面熔覆一层耐磨的铁基合金涂层，不仅促使组织致密，而且没有裂纹，为其后续制造和加工奠定了良好的基础。

2.3 激光合金化

石油机械中，激光合化金的应用频率也是比较高的。其主要是发挥了高能激光束的作用，促使基体金属表面熔化，在此过程中还会将适量的合金化元素加入其中，然后将基体作为溶剂，促使合金层形成。通过此种方式制成的合金层，可确保其浓度高。激光合金化的另一大优势表现在其具有良好的经济性，即使是针对于表面性能不佳、廉价的基体材料上，也能够制作出质量较高的表面合金层，可保证其具有抗氧化、耐磨损等特征，可在某方面对整体合金取而代之，解决价格高昂的问题，能够降低成本，进而实现良好的经济效益[3]。相对于常规的热处理来说，在石油机械中，激光合金化的应用效果更加理想，合金化层不容易剥削，基本熔化量少，并且敷层稀释率低，为自动化实现提供了有利条件。另外，将激光合金化应用在石油机械中，能够促使薄层成分更加均匀，比较适合制造重载传动零件，如重要齿轮、轴类件等等。基于激光合金化特点，通常将其用在汽轮机叶片、油管等表面处理环节，有利于提高处理效率和质量。虽然激光合金化使用越来越广泛，但是在还存在多种不足之处，如孔洞缺陷、合金化层存在裂纹等等，其整体处理水平有待提升。

结束语：总而言之，激光表面处理技术能够对材料表面的理学性能进行改善，有助于提高零件的耐蚀、耐磨性，所以在石油机械中应注重对此技术的应用。主要是由于石油机械在工作中磨损严重，而将激光表面处理技术运用其中，可强化工件性能，降低工件变形的概率，有助于提高材料综合性能，减少采油机械设备成本。基于此，应积极融入激光表面处理技术，了解激光淬火、激光熔覆的特性，以对其进行充分运用，提高工件表面处理精度。

参考文献

[1] 杨尹，马博华.激光表面处理技术的产品设计质量检测系统研究[J].激光杂志，2020，41（10）：139-143.

[2] 黄俊媛，沈泽俊，张立新，等.激光表面处理技术在石油机械中的应用[J].激光与光电子学进展，2019，56（06）：65-77.

[3] 王书亮，付朝政，苏晓慧，等.激光表面处理技术在石油工业中的应用现状与发展趋势[J].材料保护，2017，50（06）：72-78.