激光熔覆Ni60合金涂层裂纹控制研究

为了减少激光熔覆层中裂纹的产生,采用激光熔覆技术在42Cr Mo钢表面制备Ni60熔覆层,通过对熔覆层显微组织、物相以及能谱分析来探究裂纹形成机理,同时还研究了不同激光功率和预热温度对裂纹的影响。研究表明,熔覆层主要由γ-(Fe,Ni)、Fe_0.64Ni_0.36和M₂₃C₆组成,基体与熔覆层之间的热物理性质、温度梯度以及熔覆层的硬质相分布等都会对裂纹数量和长度产生影响;随着激光功率和预热温度的提高,熔覆层中裂纹的数量和长度均有一定改善。研究结果可为激光熔覆Ni基合金裂纹控制提供参考依据。     

闸板表面激光熔覆应力场数值模拟

闸板作为平板闸阀的关键件,闸板的擦伤和腐蚀严重妨碍了平板闸阀在石油行业中的应用。鉴于此,利用SYSWELD有限元分析软件,以热弹塑性理论为基础,采用修正高斯热源模型,对平板闸阀易损件闸板表面激光熔覆Ni基合金过程进行了数值模拟,对激光熔覆温度场和应力场进行了分析,得到了闸板表面激光熔覆残余应力的分布规律。模拟结果表明,激光熔覆过程中升温速率要明显高于冷却速率;闸板熔覆层中,残余应力随着z轴负方向呈增大趋势,越靠近闸板中圆孔处拉应力越大,越易产生裂纹;在熔覆层厚度方向上,残余应力峰值出现在距表层0.53 mm处。研究结果可为平板闸阀的设计和现场使用提供参考。     

激光熔覆金属陶瓷柱塞的研制

油田注水用高压柱塞泵柱塞服役工况恶劣,常用的喷焊Ni60+镍包WC金属陶瓷柱塞因涂层中及涂层与基体界面存在微观空隙和裂纹,易造成涂层块状剥落甚至大面积剥落,使涂层的设计性能未能充分发挥。研制的激光熔覆金属陶瓷柱塞,熔覆合金的优化组分是：C-Si-B-Re共晶合金粉末中加入30%WC粉末和25%TiC粉末;激光器窗口输出功率为2000～2400W,聚焦光斑直径35mm,扫描速度015～020m/min,扫描带搭接系数为03～04。现场试验表明,激光熔覆金属陶瓷柱塞的平均使用寿命达2700h,是喷焊柱塞的4～6倍。     

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。     

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。     

采用激光熔覆修复齿轮推力面

采用激光熔覆对齿轮推力面进行修复可以得到较好组织,熔合线及热影响区较原材料的机械强度略有下降。修复的工作面机械性能优于基材。通过试验操作可以较直观地得出修复状态,保证修复工作的顺利进行。本试验可指导同类型修复工艺的修复效果,也可推广至其它类似零件的修复工作。     

激光熔覆Ni/Cr_3C_2的组织及冲蚀磨损性能

借助x射线衍射仪、扫描电镜、x射线能谱仪和浆罐式冲蚀磨损试验机，研究了在2Crl3马氏体不锈钢基村上经激光熔覆Ni／Cr3C2／（Ni＋Cr）复合涂层的组织与冲蚀磨损性能。研究试验结果表明，Cr3CZ粒子的加入及完全溶解，增加了熔池中Cr和C的含量，使合金在冷凝时析出M7C3化合物。强化表面合金层由细密的奥氏体校晶和技晶间的v－M7C3共晶体组成，并且随Cr3C2粒子含量的增加，熔覆层的枝晶组织细小，硬度增高，其显微硬度可达350－450HV，比2Clr3钢基村的硬度（约220HV）提高约1倍。在酸性砂浆水溶液扣十击角固定在45，在7－9．5m／S冲击速度下，用Ni＋50％CY3CZ强化的熔覆层冲依磨损率比2Cr13钢基材的减小约50％。     

激光熔覆制备镍基选择性吸收涂层的研究

针对太阳能选择性吸收涂层成分及制备技术进行创新性研究,利用SYSWELD软件对镍基涂层熔覆温度场进行研究,通过对不同工艺参数模拟得到的温度场比较分析,得到合理的工艺参数为:激光功率P=900 W,扫描速度V=3 mm/s,光斑直径D=3 mm.利用激光熔覆技术,在316不锈钢基体上制备了镍基金属陶瓷单层涂层.研究表明,...     

Nb对激光熔覆Fe45Mn30Co10Cr10Nb5高熵合金层组织与性能的影响

在304L不锈钢表面采用激光熔覆法制备了Fe50-xMn30Co10Cr10Nbx（x=0, 5）高熵合金熔覆层,通过添加Nb元素和不添加Nb元素进行对比试验,研究Nb元素对于熔覆层组织和性能的影响。研究表明,采用激光熔覆法制备的高熵合金熔覆层顶部为细小的等轴晶,而靠近基体部分则为柱状晶;Nb元素的加入能够促进Laves相产生,提高了高熵合金熔覆层的硬度和耐磨性,Fe45Mn30Co10Cr10Nb5熔覆层的硬度最高可达357.6HV0.05,约为Fe50Mn30Co10Cr10熔覆层最大硬度的1.2倍,Fe45Mn30Co10Cr10Nb5熔覆层磨损失重相比Fe50Mn30Co10Cr10减少约27%。研究结果可为提高304L不锈钢表面性能提供一定的试验依据。     

激光熔覆工艺参数对铅青铜熔覆层微观组织及性能影响

为了探索不同激光工艺参数对铅青铜熔覆层成形质量的影响,采用激光熔覆技术在42CrMo钢表面制备铅青铜熔覆层,并分析了熔覆层微观组织、硬度和减磨性能。结果表明,激光功率240 W、扫描速度5 mm/min为最优工艺参数,采用此工艺参数制备出的铅青铜熔覆层成形质量良好,组织致密、无气孔裂纹;铅青铜熔覆层组织主要由马氏体、α-Cu固溶体、CrMo₃S₄、Pb相组成;熔覆层平均硬度为334HV_0.1;熔覆层试样的磨损类型为黏着磨损和磨粒磨损的复合磨损形式。     

高压压裂泵阀箱的强化处理

高压压裂泵阀箱工作时，内腔表面产生很高的应力。对ＹＬＢ—１４００型压裂泵阀箱的应力分析表明，在两孔相贯线的顶部，峰值应力可达１１６８ＭＰａ，超过了阀箱钢材的屈服极限σｓ，这种阀箱只有在强化处理后才能使用。液压自增强处理和爆炸处理的关键是利用高的液压或爆炸压力对阀箱内腔预压，使阀箱内表面发生塑性变形而外表面发生弹性变形，并通过弹性恢复在内表层形成高而深的残余压应力层。ＹＬＢ—１４００型压裂泵阀箱经强化处理，在内腔表面危险区域形成－４５０～－５３０ＭＰａ的残余压应力，可大幅度提高疲劳寿命。     

基于Ansys/Ls-Dyna的压裂泵泵阀强度分析

泵阀是压裂泵中最重要的易损部件之一,其强度关系到压裂泵的工作特性。运用Ansys有限元分析软件中Ls-Dyna模块,模拟100 MPa高压环境下阀盘以一定速度冲击阀座的整个过程,对泵阀进行静力以及显示动力下应力、应变分析,找出泵阀的失效原因,为改进泵阀提供了理论依据。     

3DT型往复式柱塞泵阀座取出工具的改进

在三次采油中，聚合物驱已成为普遍应用的驱油方式。在聚合物驱油中，注聚泵是主要的注入设备。孤岛油田普遍应用的是3DT型往复式柱塞泵，它是通过动力设备带动柱塞作直线往得运动，配合多个阀组完成吸液和排液的过程。但在长时间的运行中，由于不断受到凡尔的冲击，阀座很容易受到损伤，而造成泵的漏失，使泵效降低，严重的使泵失2效，这就需要更换新的阀座。因此更换阀座是注聚泵维修中经常遇到的情况。     

5ZB-2800型压裂泵液力端阀箱失效分析

研制的5ZB-2800型压裂泵在75MPa压力下工作114h,液力端阀箱出现开裂失效。利用有限元软件进行强度和寿命分析,找出可能出现开裂的部位。解剖失效部件,对开裂部位内部做宏观检查、SEM微观扫描及化学成分、硬度、金相、力学性能等检测。结果表明:毛坯锻造夹层在高压、酸性介质作用下,产生腐蚀疲劳裂纹并快速扩展,导致阀箱早期失效。应加强调质后材料的缺陷检测、改进阀箱高应力区的结构、调整阀箱加工方位,以提高该压力泵的使用寿命。     

F-1600型泥浆泵阀座的接触分析

现场调查F-1600型泥浆泵液力端使用情况,约有80%阀座未达到设计寿命而提前失效。应用有限元软件对阀座、液缸、阀体进行接触分析,探讨了该泵液力端阀座的损坏机理,考察阀座在工作中的应力分布和应变分布情况,找出其失效的原因。根据分析结果提出了提高阀座寿命的几点建议。     

压裂液对水平井滑套球座冲蚀磨损的数值模拟

针对水平井裸眼封隔器投球滑套分段压裂技术在施工过程中出现压裂携砂液对滑套球座冲蚀磨损的问题,采用欧拉多相流理论和Finnie微切削理论,建立压裂液对滑套球座冲蚀的液固两相双流体数学模型,结合实际工程模拟不同砂比、粒径、排量等因素对球座冲蚀磨损速率的影响,并进行失效分析和现场应用。分析结果表明,压裂携砂液冲蚀球座最严重的部位发生在滑套前端锥面;施工排量对球座冲蚀磨损的影响最大,且磨损速率与排量成指数关系;粒径次之,冲蚀磨损速率随支撑剂直径的增大而减小;砂比对球座冲蚀磨损的影响最小。该球座冲蚀磨损规律为非常规油藏水平井分段压裂施工方案的优化提供了理论依据。     

抽油泵固定阀组阀球座密封锥角优选

抽油泵固定阀组是影响整个抽油泵容积效率的重要因素之一,其中固定阀组阀球座密封锥角度数的选取是一个主要因素。以某抽油泵固定阀组流道模型为例,运用CFD软件对其进行不同锥角参数的对比分析,得出60°锥角模型在整个阀球坐回的过程中受到的流体轴向力较90和75°模型更大的结论。因此,60°锥角模型的阀球能更快地坐入阀球座,减少从阀球与阀球座间隙的流体漏失量,进而提高泵的容积效率。     

闸阀阀座变形原因分析及改进措施

针对一起闸阀阀座变形失效事故,采用理论与试验相结合的方法,对闸阀进行了宏观分析、微观分析、阀板厚度分析以及材质理化性能检验。结果表明,阀板加工质量差和阀座装配不当导致阀座受到阀板大的挤压力和摩擦力作用产生变形。提出了改进措施,取得了良好效果。     

分段压裂球座耐冲蚀性能评价

为了提高分段压裂滑套球座的耐冲蚀性,根据球座材料优选、优化后的流道结构及表面处理技术,加工了4种类型的球座试样,对不同类型的试样进行了冲蚀磨损试验,并对冲蚀后的试样进行了加压密封试验,对比分析了球座的冲蚀程度和耐压能力。分析结果表明,不同结构类型的球座试样冲蚀最严重的部位都发生在球座喉道连接处,即球座与球的密封部位;经过材料优选和结构优化的22°锥角+球弧面密封QT500-7球座,在冲蚀累计过砂200 m3后密封仍可达到70 MPa,满足现场压裂应用条件。研究结果可为与球座类似的工具设计提供依据。     

水平井裸眼压裂球座模型的建立与分析

水平井裸眼压裂技术是水平井增产的重要技术,球座是水平井压裂关键工具之一。通过建立球座的几何模型,采用Fluent软件,使用离散相模型和磨蚀模型对球座的磨损形态及流道两相流动状态进行数值分析。分析结果表明,在砂粒对球座的冲蚀磨损过程中,球座壁面处砂粒浓度越高,砂粒与壁面的撞击概率也越大,从而导致较为严重的冲蚀磨损;球座锥段处流道流通面积不断缩小,流场速度梯度变化最为强烈,从而导致部分砂粒脱离主流流线冲击球座锥面,产生冲蚀磨损现象。该项研究结果对球座的设计具有指导作用。