油管内壁激光表面强化研究

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1、摘要随着油田开发不断深入，综合含水逐年上升，我国大部分油田机采井管杆磨蚀问题日益突出，使得油井免修期明显降低，维护作业量大大增加，大大明显提高了采油成本。目前的防偏磨措施主要有采用扶正器、涂覆防腐耐磨涂层等，这些方法取得了一定成效，但存在操作复杂、环境污染等问题。本文采用5kW横流COz激光器及内导光系统对油管内壁进行熔凝处理，以提高油管的整体耐磨耐蚀性能。确定了涂料成分及球磨工艺，然后利用正交试验方法对三个变量进行优化，配制了适合内壁喷涂的激光涂料。试验表明，球磨时间越长，颗粒越细化，喷涂成型能力越强，吸光性能越好；

2、在所选水平范围内，当氧化钇含量7．5％，膨润土含量5％时，涂料吸光率最高：针对内壁喷涂这种特殊的喷涂形式，利用高速旋转雾化原理自行研制了内壁喷涂系统。研究了油管内壁不同的表面状态(喷砂+涂料、喷丸+涂料、未处理+涂料、未处理)对熔凝效果的影响。结果表明，喷砂、喷丸表面处理后，熔凝层表面硬度比基体可提高120％。在满足表面平整的要求下，喷砂、喷丸处理后，试样获得较厚熔凝层的能力比表面不处理状态高15％以上。对比喷砂与喷丸工艺，喷砂后熔凝成型较喷丸差。因此，喷丸最适合做为激光熔凝处理的表面预处理工艺。对油管基体及熔凝层进行

3、显微组织分析表明，母材三维组织具有沿轴向的带状组织特征，主要由带状的铁素体与珠光体组成。激光熔凝后，显微组织明显细化。熔凝区主要由板条马氏体及残余奥氏体组成，而相变区主要由针状马氏体及铁素体组成，相变区与高温回火区都有一定的带状组织特征。对熔凝层进行显微硬度及电化学测试表明，随着扫描功率的升高，熔凝层平均硬度有所降低，但油管整体耐蚀性能上升。对普通油管及螺旋强化的油管进行磨蚀试验，结合磨蚀失重、扫描电镜观察、显微硬度及电化学测试数据等进行分析，结果表明，螺旋强化油管磨蚀性能优于普通油管；而对于激光强化油管，激光功率较高

4、、螺距较小时，耐磨蚀性能较好。扫描电镜分析表明，激光螺旋强化的机理主要是：具有高耐磨耐蚀性能的螺旋强化带对非强化区起到了支撑保护作用，使非强化区只受冲刷腐蚀作用，明显降低了非强化区的磨蚀失重速度，从而大大减小了强化油管的整体磨蚀速度。关键词：激光熔凝，螺旋强化，管杆偏磨，吸光涂料InvestigationonLaserSurfaceHardeningofOilTubeInwallMaHongwei(MaterialprocessingEngineering)DirectedbyProf．WangYongAbstract

5、Withtheexploitingoftheoildeposit,thecompositewatercutoftheoilwellsisascendingdrastically，theeccentricwearconditioninoilwellsisbecomingworseandworseinmostoilfieldsofChina．Amountofmaintenanceworkandthefabricatingcostareascending、析mtheserviceintervalofthewellsbecom

6、ingshortercausedbyeccentricweal'．Centeringdeviceandantisepticwearproofcoatingareusedforprohibitingeccentricwear,andtheproblemssuchascomplexoperationandenvironmentalcontaminationexist谢nlsomeeffectiveness．5kWlaserequipmentandlightguidingsystemWasusedforhelixharden

7、ingontubeinwalltoelevatetheantigallingablityofthetllbe．Firstlythecoatingcompositeandtheballmillprocessaredefined，andthelasercoatingaremanufacturedbyusingorthogonaldesignmethodwhichCanoptimizethethreevariations．Experimentapprovesthatthecoatinghashigherabili锣ofcoa

8、tingformingandlightabsorbing谢mgrainsizebecomingsmallerandevenly．Inthedef'medextent，thecoming谢m7．5％Y203，5％soapclayand3hour’Sballmillingisthebest．Inwallcoatingsystemism