抽油管杆激光表面改性研究及应用

激光表面改性技术是一种新型表面改性技术方式,从激光重熔、激光合金化和激光熔覆技术3个方面进行综合激光表面改性处理,在抽油管杆激光表面改性研究和应用中具有非常好效果。     

金属表面激光熔覆技术在油田的应用

激光表面熔覆技术是近年来发展起来的一种新型表面处理工艺。在普通金属表面用激光熔覆一层高性能合金或陶瓷复合材料，能显著提高金属的耐磨和耐蚀性能，而油田各种钻采机械正需要这种技术来提高易损件的耐磨和耐蚀性。综合阐述了金属表面激光熔覆工艺特点，国内外的研究与应用情况以及这种技术在油田未来的应用前景。     

激光表面改性在石油工业中的应用

石油矿场的工况比较恶劣,许多金属零部件长期承受重荷,并在有腐蚀、摩擦和磨损的工况下使用,导致其过早发生失效破坏.利用激光表面改性技术能提高材料的硬度和耐磨性.在激光加工技术中,激光表面强化具有节省能源和材料的优势,文章介绍了激光表面改性的原理、分类和金属表面各种激光改性工艺的特点,重点阐述了激光相变硬化、激光熔覆、激光熔凝、激光合金化、激光冲击硬化在石油工业中的应用情况,展望了该技术在石油工业中的应用前景.     

表面状态对N80油管激光强化影响的试验研究

针对机采井管杆偏磨严重的油井,提出对油管内壁进行激光强化处理,以提高油管耐磨性能。为获得较好的表面强化层,研究了表面状态对N80油管激光强化的影响。利用激光器对表面未处理、表面喷砂、表面喷丸、喷涂吸光材料等不同状态的N80试样进行激光熔凝处理。通过分析不同状态下熔凝试样的表面形貌、熔凝层厚度及表面硬度得出,在相同工艺参数下,喷涂吸光材料能大大提高熔凝效果,喷丸并熔凝处理后的试样具有较高表面硬度和较大熔凝层厚度,且表面成型最好。因此,喷丸最适合作为激光熔凝的表面预处理工艺。     

激光表面处理技术在钻井泵缸套上的应用研究

从缸套磨损机理出发,指出提高缸套的使用寿命主要是提高缸套的表面硬度。讨论了激光表面处理技术在提高钻井泵缸套表面硬度方面的应用,展示了激光这一高新技术在钻井泵缸套表面强化方面的应用前景。     

激光辅助破岩可钻性评价

激光辅助破岩是一种新的破岩方法。采用高能量激光束照射岩石表面,研究岩石对激光束的敏感性,并对激光辅助破岩的可钻性进行评价。结果表明,给定工艺参数下,砂岩激光钻孔处理后表面分为灰色瓷釉层、白色热影响区和褐色热影响区三个区域。与砂岩相比,花岗岩经激光照射后表面生成具有一定尺寸的透明玻璃泡,玻璃泡周围形成大面积起裂区,且相同工艺参数下钻孔深度明显降低。激光照射花岗岩后可钻性级数较未处理岩石明显降低,表面具有明显的磨损和滑擦痕迹,孔周围有裂纹及破碎现象,原始玻璃釉层出现明显的碎裂。激光照射砂岩后可钻性级数变化不大,表面出现磨损和滑擦痕迹,孔周围未见塑性变形。     

组合抽油泵缸套的激光淬火

论述了对内径44～83mm、长度300mm组合抽油泵缸套进行激光淬火的情况。检测结果表明，经激光淬火处理后，缸套内表面硬度达到60～66HRC，硬化层深度达到0．4～0．6mm，缸套直径上变形仅为0．03mm左右，远远小于常规热处理的变形量。实践证明，对组合抽油泵缸套采用激光淬火处理能大幅度提高生产效率，降低生产成本。     

整筒泵泵筒加工中的激光热处理技术

通过增加外导光系统，解决了在φ70mm，长7.6m整筒抽油泵泵筒内表面进行激光淬火的技术难点。经过试验确定了能满足工件技术要求的激光处理工艺参数，并根据现场试验飞速确定了经C－N共渗处理后再进行激光淬火的工艺流程，形成了较完善的整筒泵泵激光热处理工艺路线，保证了产品质量的可靠性。对泵筒激光淬火工艺与目前普遍采用的泵筒中频淬火工艺进行比较表明，整筒抽油泵泵筒采用C－N共渗后再进行激光淬火具有生产效率高，耗能少，成本低等优点，并且扩大了泵筒的选材范围。     

激光热处理及其在牙轮钻头上的应用

本文综述了近年来回内外激光热处理在动力机械和石油机械上的试验研究进展和工业应用情况。着重介绍了江汉钻头厂近年来在牙轮钻头的钢齿上进行款光熔覆碳化钨硬质合金颗拉的试验研究．试验结果表明。与引进生产或的现行表面硬化工艺相比．激光熔覆试样的耐磨性可提高29～90％，且可获得良好的熔覆层，在熔覆层里，碳化钨分布均匀，排列致密。含量高。熔化烧损少，平整光滑。与基体结合牢固．此项研究为牙轮钻头的表面强化提供了一条新的途径．文中对加快激光热处理在江汉局的应用提出了建议．     

激光破岩的物理模型与传热学特性研究

高能激光破岩是一种非接触式的物理化学破岩方法。激光破岩的基本原理是，利用高能光束使岩石基质材料局部快速加热，由固态瞬间相变到热熔和气化状态，并形成气液固多相混合物，然后由高速辅助气流将其携走和排除。文章利用能量守恒原理，建立了激光破岩的基本物理模型；研究表明，激光破岩的机械钻速，主要与激光束的平均功率密度和岩石材料的热物理性能参数有关。同时，对激光束的发散角、主瓣半径和光斑的功率密度等技术参数进行了分析。另外，对岩石表面受激光辐射后的传热学特性、温度场的数学描述及其分布规律等基础问题进行了研究。     

激光工艺参数对Ni/Cr_3C_2复合涂层稀释率的影响

激光熔覆层的稀释率是决定熔覆层性能的重要参数。预置涂层厚度、激光功率和扫描速度对稀释率有很大影响，其中预置涂层厚度是决定复合涂层稀释率的最主要因素，预置涂层厚度越大，在基材表面形成“热屏蔽”效应越大，吸收的热量越多，则稀释率越低。涂层的稀释率随着激光功率的增大而增大，随着激光扫描速度的增大而减小，稀释率和激光工艺参数之间的关系可通过与能量密度之间的关系来综合描述。对于激光熔覆Ni／50％Cr3C2复合涂层，只有稀释率不超过10％时，才能保证涂层的性能，使涂层和基体之间形成良好的冶金结合。     

油管螺纹激光淬火工艺的应用研究

利用激光淬火工艺对油管螺纹进行淬火,经处理后的材料表面呈超细化组织结构,表面硬度340 HV,淬硬层深:牙项0.5～1.1mm、牙底0.2～0.4mm,可解决油管粘扣问题。激光热处理系统由高功率CO_2激光器、功率计、光闸、导光系统、反射镜、聚焦镜及旋转工作台等组成。试验表明,激光淬火工艺生产效率能满足生产线的要求,各项技术指标均达到API标准要求。     

激光辅助破岩实验研究

采用高能激光束照射岩石表面,研究花岗岩和砂岩对激光热作用的敏感性规律,并对两种岩石的激光破岩效果进行表征。结果表明,激光照射花岗岩时,表面发生热应力破碎,生成透明玻璃泡,且有不同程度起裂。当激光功率(P=700 W)和作用时间一定时,随离焦量增大,玻璃泡直径先减小后增大。砂岩表面激光钻孔后,由黑色瓷釉层和褐色热影响区组成。当激光功率和作用时间一定时,随离焦量增大,砂岩钻孔直径、白色区直径和褐色热影响区直径均呈先增大后减小的趋势,且在离焦量L=103 mm时达到最大值。随激光入射角度的增大,砂岩孔型由圆形向椭圆形转变,且钻孔的黑色瓷釉层、红色和褐色热影响区基本呈现逐渐增大的趋势,钻孔直径变化不大,而孔深相应降低。     

黑化及加TiC粉对铝合金焊接成形影响的对比研究

为了提高铝合金对激光的吸收率,改善焊缝表面成形,对3 mm厚的2A14铝合金黑化或加粉后进行激光TIG复合焊接试验。黑化采用的是对激光具有较高吸收率的碳素墨汁,加粉是添加适量Ti C粉末,并分别将两者涂覆于工件表面,然后施焊。对比研究了黑化处理和加粉处理对焊缝成形质量、显微组织以及显微硬度的影响。结果表明,黑化处理后激光吸收率的提高效果优于加粉处理。     

激光诱导分子氧与La2O3晶格氧反应生成过氧的Raman光谱研究

采用原位显微Raman光谱技术详细考察了气相氧分压、试样温度、激光功率(0.04～5mW)和波长(785,632.8,514.5,325 nm)等因素对La2O3上过氧物种激光诱导生成的影响.实验结果表明由激光诱导所产生的过氧物种的Raman谱带的强度及其增长速率与气相氧分压、激光波长和功率以及试样的温度等因素密切相关;除了785 nm的激光外,上述其它波长的激光均可诱导分子氧与La2O3的晶格氧反应并生成过氧物种.通过对La2O3表面过氧物种激光诱导生成过程的分析,认为激光诱导作用的本质是使基态的三态氧分子(3∑g-)跃迁到单态氧(1∑g+),单态氧再与La2O3表面的晶格氧反应生成过氧物种,激光波长的理论阈值为762.7 nm.     

激光冲击强化对TC11钛合金焊接接头层深残余应力的影响

利用激光冲击对TC11钛合金焊缝金属进行强化处理，通过电解抛光的方式获取不同的层深，采用XRD侧倾法对不同层深进行残余应力测试，研究其大小及分布。结果表明，TC11钛合金经过激光冲击强化后，焊缝金属表面压应力平均值为-529.1 MPa，比强化前平均值（-119 MPa）提升了近5倍，随着层深的增大，残余压应力大小整体呈明显下降趋势，下降速度由快变慢；层深1 591μm处压应力平均值为-175.6 MPa，比激光冲击强化前焊缝表面（0μm）残余压应力平均值提升56.6 MPa，进一步说明激光冲击强化达到层深1 591μm时，仍具有良好的强化效果。     

钛合金表面激光熔覆耐磨涂层新技术

1．钛合金的特性 钛合金具有强度高、耐蚀性能好等优点，是航天、航空、石油和化工等工业部门广泛使用的结构材料。特别是在化工领域的耐强酸、强碱方面，钛合金有着其它金属不可比的优点。但钛合金的耐磨性能较差，在一定程度上限制了其应用范围。自大功率激光器问世以来，激光熔覆技术得到了迅速发展，目前已成为提高材料表面性能的有效手段。尤其是激光熔覆金属     

金纳米柱的可控制备及其光学非线性性质

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,采用种子生长法,通过调节合成过程中反应物Ag NO3的加入量,改变生成物金纳米柱的长径比(σ)制备了一系列金纳米柱。利用SEM,TEM,UV-Vis等方法对金纳米柱试样进行了表征,并采用波长为532 nm的纳秒激光和皮秒激光对金纳米柱分别进行Z扫描测试其光学非线性性质。表征结果显示,随着σ的增加,其纵向的表面等离子体共振峰位红移,金纳米柱试样的σ和激发光的能量的不同直接影响其光学非线性性质;在纳秒激光的激发下,金纳米柱的光学非线性性质归因于表面等离子体吸收与非线性散射;而在皮秒激光激发下,其光学非线性性质则归因于基态等离子体的漂白作用。     

大型往复压缩机曲轴裂纹的激光熔覆修复

阐述了激光熔覆技术的原理与特点,介绍了应用激光熔覆技术修复大型往复压缩机曲轴之曲柄销表面裂纹的简要过程,以及该曲轴在裂纹修复后的运行情况。     

碳纤维表面等离子处理及其效果的研究

通过扫描电镜（ＳＥＭ）、Ｘ射线表面能谱（ＸＰＳ）、激光喇曼光谱（ＬＲＳ）以及动态毛吸浸润（ＤＣＷ）等分析方法研究了等离子处理前后碳纤维表面化学结构及浸润特性的变化，并发展了一种以１，１－二苯基，２－苦基肼（ｄＰＰｈ）为探针，利用紫外可见光谱分析碳纤维表面酚羟基、酿基以及等离子处理后产生的游离基的新方法ＤＰＰＨ。通过该方法的分析，确定了等离于处理碳纤维的最佳工艺条件。