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【天元课堂】激光熔覆技术在阀门再制造中的应用

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阀门是流体输送系统中的控制装置,在管道工程上有着广泛的应用,是石油化工等行业管道输送、流程控制等系统中不可或缺的通用机械产品。

阀门在使用过程中,由于受到复杂介质的长期摩擦、挤压、冲刷、腐蚀及密封件老化等因素影响,使得阀门的阀体、阀板(阀球)、阀座、阀杆、填料及密封件失效,从而引发介质泄漏形成极大安全环境隐患。也正是由于使用工况的复杂性,让阀门的使用寿命大幅降低,更换所产生的综合成本提高。因此,如何修复并提高阀门的使用寿命,降低运营成本成为了产业用户亟待解决的一大课题。

传统的阀门再制造是通过表面堆焊、热喷涂等工艺,对关键零部件(阀板、阀芯、阀座等)密封面进行强化处理。但其工艺技术仍存在一定缺点,例如:使用表面堆焊工艺堆焊层缺陷多,基体热影响区大,易变形;使用热喷涂技术尽管热影响区小,但涂层与基体结合强度较低,材料利用率低,生产成本高。

激光熔覆技术作为近年来在再制造领域的一项重大技术突破,在机械制造、汽车、航空航天、石油化工、煤炭等领域均得到了广泛应用。

 

各种增材再制造技术对比

 

项目

激光熔覆

堆焊

热喷涂

平均寿命(年)

3

3

2

稀释率(%)

0~10

15~60

/

覆层厚度(mm)

0.4~1

0.6~2

0.3-0.4

结合强度(MPa)

≥400

≥400

≤50

热影响区(mm)

0.3~1.0

3~5

<0.1

硬度范围(HRC)

10-60可调

10-60可调

10-60可调

结合方式

冶金结合

冶金结合

机械结合为主

成本

 

天元智造在阀门再制造过程中采用3D打印、激光熔覆、随形表面打印等技术对阀板、阀芯、阀座等关键零部件的损坏表面进行精细修复并强化,解决了原表面硬度低,缺陷多,抗冲击、耐磨、耐腐蚀、耐高温性能等问题。通过对阀板、阀芯、阀座等主要零部件的性能强化,以及完善的再制造检验检测,不仅提高了再制造阀门的使用性能与寿命,极大降低了用户的运营成本,更在阀门再制造行业中形成了自己的技术优势。

阀板再制造前-后
 
天元智造所采用的激光熔覆技术,针对阀门再制造有几大特性:
1、激光熔覆层稀释率低,硬度大于45HRC,有极高的耐磨耐腐蚀性。
2、激光熔覆层与基材为致密冶金结合,结合强度高,耐冲击性能好,熔覆层不易脱落。
3、熔覆工件热影响区和变形小。
4、激光熔覆层质量可靠,无气孔、疏松、夹杂、裂纹等缺陷。
5、可熔覆材料种类广,常见的材料有镍基合金、铁基合金、钴基合金、铜基合金等。可以根据零部件基材和使用工况,设计配置特定性能的特殊材料,具有很强的灵活性,满足各类阀门的要求。
6、加工过程自动化程度高,工期短,质量稳定。

球阀球体表面激光熔覆前-中-后

 

与其他增材再制造技术相比,激光熔覆技术效率高、材料利用率高、自动化程度高相较新品阀门,再制造阀门因对阀板阀座等易损坏部位使用激光熔覆工艺熔覆了一层特种金属粉末,使得再制造阀门的防腐耐磨性能提高,使用寿命延长,采购成本降低截止目前,天元智造成功为油田企业交付再制造高压阀门、球阀约500余件,均已通过第三方合格检测,为客户直接节省采购成本300万元。

天元智造高压阀门再制造成品

 

目前天元智造已将激光熔覆技术广泛应用于石油钻采设备的再制造过程中,为石油产业的固废利用探索了新的途径,取得了较好的经济效益与社会效益。