eng
Выпуск #6/2017
В.Я.Панченко, В.В.Васильцов, И.Н.Ильичев, А.В. Богданов, А.Г.Григорьянц, К.И.Макаренко, М.В.Таксанц
Лазерные технологии газопорошковой наплавки и термической обработки бурового оборудования для задач проекта "Арктика"
Лазерные технологии газопорошковой наплавки и термической обработки бурового оборудования для задач проекта "Арктика"
Просмотры: 3856
Эксплуатация оборудования в арктической зоне требует от инструмента повышенной надежности при работе в жестких климатических условиях. В статье представлены отечественные установки и разработанные технологии газопорошковой лазерной наплавки и термической обработки для восстановления, ремонта и повышения эксплуатационных характеристик бурового оборудования.
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.66.6.22.32
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.66.6.22.32
Теги: drilling equipment extraction of minerals in the arctic region gas-powder laser surfacing буровое оборудование газопорошковая лазерная наплавка добыча полезных ископаемых в арктической зоне
Поскольку экономика Российской Федерации в настоящее время в значительной степени опирается на экспорт за рубеж запасов нефти и газа, принято решение приступить к разработке и освоению новых месторождений полезных ископаемых в Арктической зоне. Эксплуатация оборудования в арктической зоне требует от инструмента повышенной надежности при работе в жестких климатических условиях. В статье представлены отечественные установки и разработанные технологии газопорошковой лазерной наплавки и термической обработки для восстановления, ремонта и повышения эксплуатационных характеристик бурового оборудования.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время перед нашей страной остро стоит проблема истощения крупнейших месторождений полезных ископаемых, в частности нефти и природного газа. К таким месторождениям относятся Мигеонское, Самотлорское, Уренгойское, Ямбургское и ряд других. Согласно большинству экспертных оценок, запасов нефти и газа в этих месторождениях хватит еще всего лишь на несколько десятков лет. Поскольку экономика Российской Федерации в настоящее время в значительной степени опирается на экспорт за рубеж именно этих ископаемых, необходимо в короткие сроки приступить к разработке и освоению новых месторождений. На данный момент известно, что таковые располагаются в Сибири, в области шельфа Северного Ледовитого океана и в ряде арктических территорий. В связи с этим перед отечественными инженерами-технологами, специализирующимися в области высокоэффективных процессов обработки материалов, в частности в области лазерных технологий, встают следующие задачи: оперативно приступить к разработке и усовершенствованию технологий восстановления, ремонта и повышения эксплуатационных характеристик бурового оборудования, используемого для добычи данных полезных ископаемых.
Эти технологии должны обеспечить ряд требований, предъявляемых к буровому оборудованию: долговечность, износостойкость, коррозионная стойкость, механическая прочность и т. д. Помимо этого, необходимо учитывать, что лазерные источники энергии являются дорогостоящими. Для того чтобы применение лазерных технологий было экономически оправдано, необходимо, чтобы при их использовании достигались более высокие свойства обрабатываемых деталей по сравнению с традиционными методами, а также снижалась частота необходимости прибегать к ремонтно-восстановительным операциям.
К подобным технологиям относятся, в первую очередь, газопорошковая лазерная наплавка и лазерное термическое упрочнение. Их рассмотрению отводится основная часть настоящей работы. Помимо этого, в работе приводится краткая характеристика основных разновидностей бурового оборудования, подлежащего лазерной обработке. Взаимодействие важнейших узлов и агрегатов буровой вышки в процессе бурения, схема бурения нефтяной скважины с обозначением основных элементов приведена на рис.1.
Наибольший интерес для специалиста по лазерной обработке представляет оборудование, относящееся к нижней части бурильной колонны, так как оно в первую очередь нуждается в ремонте, восстановлении и повышении эксплуатационных характеристик при использовании высокоэффективных источников энергии.
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ПОДХОДЯЩИЕ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ, И ЕГО ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ПРОИЗВОДИТЕЛИ
Далее в тексте статьи приводится их краткая характеристика. Приведем примеры тех видов бурового оборудования, которые могут быть подвергнуты лазерной обработке, наплавке и термообработке. Но сначала приведем перечень его отечественных производителей:
• "Завод бурового оборудования" (Оренбург);
• АО "Горные машины" (Москва, Красноярск, Екатеринбург);
• ЗАО "Александровский завод бурового оборудования" (Москва);
• ООО "БУРСНАБ (Москва);
• НПЦ "Современная буровая техника" (Москва);
• ОАО НПО "Буровая техника" – ВНИИБТ (Москва);
• ОАО "Буланашский машиностроительный завод" в составе промышленной группы "Генерация" (Свердловская область);
• АО "ПромТехИнвест" (Санкт-Петербург);
• АО "Стройдормаш" в составе промышленного холдинга "Уралинвестэнерго" (Свердловская обл.);
• Группа компаний "Интегра" (Москва).
Стабилизатор веса бурового оборудования ‒ это специальный буровой инструмент, применяемый для предотвращения повреждений стенок скважины бурильной колонной при бурении. Стабилизатор (рис.2) осуществляет центрирование бурильной колонны и забойного двигателя, стабилизацию и изменение траектории ствола скважины. Материал рабочей поверхности (называемой также стенным контактом) состоит из твердых металлов с вставками из алмаза и карбида вольфрама. Условия работы ‒ щелочная среда, температура от ‒50 до 60 С°, гидроабразивный износ.
Долото буровое ‒ основной элемент бурового инструмента для механического разрушения горной породы на забое скважины в процессе её проходки. В основу классификаций буровых долот (рис.3) положены два признака: назначение и характер воздействия на породу.
Бурильная труба ‒ основная составная часть бурильной колонны, предназначенная для спуска в буровую скважину и подъёма породоразрушающего инструмента, передачи вращения, создания осевой нагрузки на инструмент, транспортированию бурового раствора к забою скважины.
Бурильные трубы (рис.5) изготавливают бесшовными, из углеродистых или легированных сталей, в основном с высадкой концов. Диаметр бурильных труб составляет 33,5–168 мм (бурильные трубы диаметром до 60 мм используют в основном для геологоразведочного колонкового бурения).
Буровая штанга (рис.6) изготавливается из очень прочной высокоуглеродистой стали, и применяется для передачи вращения от бурового станка на буровое долото, шнек. Так же буровая штанга служит для передачи ударной силы буровой установки на буровое долото при ударно-вращательном бурении. При бурении с промывкой или продувкой по буровым штангам подается, соответственно, буровой раствор или воздух. Так как буровые штанги подвергаются очень высоким нагрузкам, их выполняют из очень прочной стали. Уровень содержания углерода в стали определяет ее твердость. В зависимости от вида бурения скважин и размеров буровой установки, используют буровые штанги разных размеров и различной прочности. Нет необходимости применять дорогие буровые штанги из легированной стали для бурения, например, неглубоких скважин на воду или при бурении установкой на небольшую глубину. В то же время при бурении глубоких нефтяных или газовых скважин буровые штанги малой прочности ставят под угрозу процесс бурения, ввиду опасности обрыва бурового снаряда в стволе скважины. Длина буровой штанги зависит от высоты мачты или буровой вышки. Чем больше высота, тем больше ход вращателя буровой установки и длинна буровой штанги. В настоящее время существуют два основных способа закалки буровых штанг – водяная и масляная:
• Закалка водой – буровая штанга или другое изделие становится более прочным на сжатие, при этом более хрупким. Изделие легче поддается обработке, чем при масляном закаливании. При этом способе закаливания буровая штанга или другое изделие с трудом поддается сварке.
• Закалка в масле – происходит медленнее, чем в воде, металл более прочный. Буровая штанга, закаленная в масле, труднее поддается обработке и сварке.
При закалке водой изделие из стали нагревают до вишнево-красного цвета, а затем погружают в емкость с водой и дают остыть. Это способствует созданию жесткого, прочного продукта, все еще поддающегося обработке. Если стержень нагреть до вишнево-красного цвета, а затем погрузить в теплое масло, поверхность становится чрезвычайно трудной в металлообработке и может повредить режущий инструмент. Поэтому буровые штанги или другие изделия из стали, перед закаливанием в масле должны быть доведены до готовности. В зависимости от предполагаемого использования, некоторые штанги должны быть менее хрупкими и более пластичными. Для этого производится отпуск металла. Чтобы произвести отпуск стали, ее нужно снова медленно нагреть после закалки. При нагревании стали до 450°С, твердость металла снижается. После этого допускается охлаждение изделия на воздухе. "Отпущенный" металл можно затачивать или полировать.
Разница закалки стали в воде или в масле заключается в том, что вода – лучший проводник тепла, чем масло. Следовательно, в воде охлаждение происходит быстрее, но неравномерно. Это приводит к деформации, поскольку охлаждение происходит неравномерно, от поверхности в глубину. Это важно учитывать при изготовлении точных изделий.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ МЕТОДОМ ГАЗОПОРОШКОВОЙ ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКИ
Преимущества лазерной наплавки перед традиционными технологиями
Лазерная наплавка обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными способами. Высокая концентрация энергии в пятне нагрева создает возможность вести процесс на повышенных скоростях обработки. Это, в свою очередь, обусловливает:
• Возможность формирования наплавленного слоя с малым коэффициентом перемешивания (0,05–0,15) за счет незначительного подплавления основы.
• Минимальное термическое воздействие на основной металл, что особенно важно для материалов, претерпевающих структурные и фазовые превращения.
• Незначительные остаточные деформации наплавленных деталей.
• Возможность наплавки малых поверхностей, соизмеримых с диаметром пятна нагрева в случае применения импульсных и импульсно – периодических лазеров.
• Повышенные свойства наплавленных слоев.
Таким образом, малые деформации, с одной стороны, и высокие эксплуатационные свойства, с другой, создают предпосылки для применения этого способа не только в процессе получения специальных свойств поверхности изделий, но и при изготовлении деталей машин.
Преимущества применения широкополосной газопорошковой лазерной наплавки (широкополосной ГПЛН) при обработке бурового оборудования
Широкополосная ГПЛН является более производительной технологией по сравнению с традиционной ГПЛН, при которой используется луч круглого сечения. В последнем случае спеченный порошок описывает на поверхности обрабатываемой детали узкую спиралеобразную кривую, тогда как при широкополосной ГПЛН прямоугольным лучом эта кривая имеет в 2–3 раза большую ширину. Покрытие всей поверхности происходит за значительно меньшее число проходов при приблизительно одинаковых затратах порошка (рис.7). Таким образом, имеет место экономия времени и дорогостоящей энергии лазерного источника.
Еще одним важным преимуществом широкополосной наплавки перед традиционной лазерной наплавкой является возможность уменьшить объем пустот между валиками, что позволяет получить более сплошную структуру наплавленного слоя и сократить размеры области перекрытия [6], достигая существенной экономии порошкового материала (рис.8).
Технология ГПЛН лучом прямоугольного сечения имеет хорошие перспективы для применения как в серийном, так и в массовом производстве. Высокая производительность процесса позволяет заменить плазменную и электродуговую наплавку лазерной с обеспечением более высокого качества наплавленного слоя и меньшими тепловыми воздействиями на деталь. Данная технология идеально подходит для обработки крупногабаритных деталей, что связано опять же с высокой производительностью процесса. Более того, можно утверждать, что ГПЛН лучом прямоугольного сечения развивается именно с целью обработки крупногабаритных деталей, таких как валы автомобиле- и судостроения и буровое оборудование.
Наплавляемые сплавы
Для лазерной наплавки используют те же наплавочные материалы, что и для традиционных методов. Это компактные присадки, выполненные в виде проволоки, или ленты и порошки.
Порошковые материалы по сравнению с компактными имеют ряд преимуществ:
• Увеличенное поглощение лазерного излучения вследствие разветвленной поверхности и многократного отражения луча от отдельных частиц.
• Меньшая (более чем в 1,5 раза) энергия, необходимая для оплавления порошкового материала.
• Широкие возможности регулирования химического состава наплавляемого слоя.
• Возможность доставки металла в труднодоступные места.
• Простота подачи, что важно при изготовлении деталей сложной конфигурации.
Можно привести следующие примеры материалов, находящих своё применение при ГПЛН бурового оборудования:
• Сплав INCONEL 625 UNS N06625 ‒ сплав никель-хром с добавлением ниобия, который в сочетании с молибденом обеспечивает повышенную прочность без дополнительной термической обработки. Диапазон рабочих температур сплава Инконель 625 – от криогенных до 980 °C. Сплав устойчив к широкому спектру жестких коррозионных сред и особенно устойчив к точечной и щелевой коррозии. Он противостоит газовой коррозии от воздействия высоких температур и отличается высокой технологичностью, в том числе свариваемостью. Отечественным аналогом INCONEL alloy 625 можно рассматривать сплав ХН75МБТЮ ГОСТ 5632. Сплав применяется в химической, нефтехимической и авиационной промышленности, судостроении, в атомных реакторах. В соответствии с ANSI/NACE MR0175 сплав относится к типу 4d для отожженных и холоднодеформированных сплавов на основе никеля со структурой твердого раствора, используемых для любого оборудования и компонентов.
• Сплав ХН65МВ применяется для изготовления сварной химической аппаратуры, эксплуатирующейся в наиболее жестких условиях (среды окислительно-восстановительного характера) химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности при температуре стенки от –70 до 500°C и давлении среды не более 5,0 Н/ммІ. Сплав выплавляется в открытых индукционных печах.
• Карбид вольфрама активно применяется в технике для изготовления инструментов, требующих высокой твёрдости и коррозионной стойкости, а также для износостойкой наплавки деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания с умеренными ударными нагрузками. Этот материал находит применение в изготовлении различных резцов, абразивных дисков, свёрл, фрез, долот для бурения и другого режущего инструмента. Марка твёрдого сплава, известная как "Победит", на 90% состоит из карбида вольфрама. Активно применяется в газотермическом напылении и наплавке в виде порошкового материала для создания износостойких покрытий. Так рэлит, представляющий собой эвтектику WC–W2C, используется для наплавки на буровой инструмент и на другие изделия, подвергаемые абразивному износу. Это один из основных материалов, использующихся для замены гальванического хромирования методом высокоскоростного газопламенного напыления.
Продолжение следует
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время перед нашей страной остро стоит проблема истощения крупнейших месторождений полезных ископаемых, в частности нефти и природного газа. К таким месторождениям относятся Мигеонское, Самотлорское, Уренгойское, Ямбургское и ряд других. Согласно большинству экспертных оценок, запасов нефти и газа в этих месторождениях хватит еще всего лишь на несколько десятков лет. Поскольку экономика Российской Федерации в настоящее время в значительной степени опирается на экспорт за рубеж именно этих ископаемых, необходимо в короткие сроки приступить к разработке и освоению новых месторождений. На данный момент известно, что таковые располагаются в Сибири, в области шельфа Северного Ледовитого океана и в ряде арктических территорий. В связи с этим перед отечественными инженерами-технологами, специализирующимися в области высокоэффективных процессов обработки материалов, в частности в области лазерных технологий, встают следующие задачи: оперативно приступить к разработке и усовершенствованию технологий восстановления, ремонта и повышения эксплуатационных характеристик бурового оборудования, используемого для добычи данных полезных ископаемых.
Эти технологии должны обеспечить ряд требований, предъявляемых к буровому оборудованию: долговечность, износостойкость, коррозионная стойкость, механическая прочность и т. д. Помимо этого, необходимо учитывать, что лазерные источники энергии являются дорогостоящими. Для того чтобы применение лазерных технологий было экономически оправдано, необходимо, чтобы при их использовании достигались более высокие свойства обрабатываемых деталей по сравнению с традиционными методами, а также снижалась частота необходимости прибегать к ремонтно-восстановительным операциям.
К подобным технологиям относятся, в первую очередь, газопорошковая лазерная наплавка и лазерное термическое упрочнение. Их рассмотрению отводится основная часть настоящей работы. Помимо этого, в работе приводится краткая характеристика основных разновидностей бурового оборудования, подлежащего лазерной обработке. Взаимодействие важнейших узлов и агрегатов буровой вышки в процессе бурения, схема бурения нефтяной скважины с обозначением основных элементов приведена на рис.1.
Наибольший интерес для специалиста по лазерной обработке представляет оборудование, относящееся к нижней части бурильной колонны, так как оно в первую очередь нуждается в ремонте, восстановлении и повышении эксплуатационных характеристик при использовании высокоэффективных источников энергии.
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ПОДХОДЯЩИЕ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ, И ЕГО ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ПРОИЗВОДИТЕЛИ
Далее в тексте статьи приводится их краткая характеристика. Приведем примеры тех видов бурового оборудования, которые могут быть подвергнуты лазерной обработке, наплавке и термообработке. Но сначала приведем перечень его отечественных производителей:
• "Завод бурового оборудования" (Оренбург);
• АО "Горные машины" (Москва, Красноярск, Екатеринбург);
• ЗАО "Александровский завод бурового оборудования" (Москва);
• ООО "БУРСНАБ (Москва);
• НПЦ "Современная буровая техника" (Москва);
• ОАО НПО "Буровая техника" – ВНИИБТ (Москва);
• ОАО "Буланашский машиностроительный завод" в составе промышленной группы "Генерация" (Свердловская область);
• АО "ПромТехИнвест" (Санкт-Петербург);
• АО "Стройдормаш" в составе промышленного холдинга "Уралинвестэнерго" (Свердловская обл.);
• Группа компаний "Интегра" (Москва).
Стабилизатор веса бурового оборудования ‒ это специальный буровой инструмент, применяемый для предотвращения повреждений стенок скважины бурильной колонной при бурении. Стабилизатор (рис.2) осуществляет центрирование бурильной колонны и забойного двигателя, стабилизацию и изменение траектории ствола скважины. Материал рабочей поверхности (называемой также стенным контактом) состоит из твердых металлов с вставками из алмаза и карбида вольфрама. Условия работы ‒ щелочная среда, температура от ‒50 до 60 С°, гидроабразивный износ.
Долото буровое ‒ основной элемент бурового инструмента для механического разрушения горной породы на забое скважины в процессе её проходки. В основу классификаций буровых долот (рис.3) положены два признака: назначение и характер воздействия на породу.
Бурильная труба ‒ основная составная часть бурильной колонны, предназначенная для спуска в буровую скважину и подъёма породоразрушающего инструмента, передачи вращения, создания осевой нагрузки на инструмент, транспортированию бурового раствора к забою скважины.
Бурильные трубы (рис.5) изготавливают бесшовными, из углеродистых или легированных сталей, в основном с высадкой концов. Диаметр бурильных труб составляет 33,5–168 мм (бурильные трубы диаметром до 60 мм используют в основном для геологоразведочного колонкового бурения).
Буровая штанга (рис.6) изготавливается из очень прочной высокоуглеродистой стали, и применяется для передачи вращения от бурового станка на буровое долото, шнек. Так же буровая штанга служит для передачи ударной силы буровой установки на буровое долото при ударно-вращательном бурении. При бурении с промывкой или продувкой по буровым штангам подается, соответственно, буровой раствор или воздух. Так как буровые штанги подвергаются очень высоким нагрузкам, их выполняют из очень прочной стали. Уровень содержания углерода в стали определяет ее твердость. В зависимости от вида бурения скважин и размеров буровой установки, используют буровые штанги разных размеров и различной прочности. Нет необходимости применять дорогие буровые штанги из легированной стали для бурения, например, неглубоких скважин на воду или при бурении установкой на небольшую глубину. В то же время при бурении глубоких нефтяных или газовых скважин буровые штанги малой прочности ставят под угрозу процесс бурения, ввиду опасности обрыва бурового снаряда в стволе скважины. Длина буровой штанги зависит от высоты мачты или буровой вышки. Чем больше высота, тем больше ход вращателя буровой установки и длинна буровой штанги. В настоящее время существуют два основных способа закалки буровых штанг – водяная и масляная:
• Закалка водой – буровая штанга или другое изделие становится более прочным на сжатие, при этом более хрупким. Изделие легче поддается обработке, чем при масляном закаливании. При этом способе закаливания буровая штанга или другое изделие с трудом поддается сварке.
• Закалка в масле – происходит медленнее, чем в воде, металл более прочный. Буровая штанга, закаленная в масле, труднее поддается обработке и сварке.
При закалке водой изделие из стали нагревают до вишнево-красного цвета, а затем погружают в емкость с водой и дают остыть. Это способствует созданию жесткого, прочного продукта, все еще поддающегося обработке. Если стержень нагреть до вишнево-красного цвета, а затем погрузить в теплое масло, поверхность становится чрезвычайно трудной в металлообработке и может повредить режущий инструмент. Поэтому буровые штанги или другие изделия из стали, перед закаливанием в масле должны быть доведены до готовности. В зависимости от предполагаемого использования, некоторые штанги должны быть менее хрупкими и более пластичными. Для этого производится отпуск металла. Чтобы произвести отпуск стали, ее нужно снова медленно нагреть после закалки. При нагревании стали до 450°С, твердость металла снижается. После этого допускается охлаждение изделия на воздухе. "Отпущенный" металл можно затачивать или полировать.
Разница закалки стали в воде или в масле заключается в том, что вода – лучший проводник тепла, чем масло. Следовательно, в воде охлаждение происходит быстрее, но неравномерно. Это приводит к деформации, поскольку охлаждение происходит неравномерно, от поверхности в глубину. Это важно учитывать при изготовлении точных изделий.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ МЕТОДОМ ГАЗОПОРОШКОВОЙ ЛАЗЕРНОЙ НАПЛАВКИ
Преимущества лазерной наплавки перед традиционными технологиями
Лазерная наплавка обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными способами. Высокая концентрация энергии в пятне нагрева создает возможность вести процесс на повышенных скоростях обработки. Это, в свою очередь, обусловливает:
• Возможность формирования наплавленного слоя с малым коэффициентом перемешивания (0,05–0,15) за счет незначительного подплавления основы.
• Минимальное термическое воздействие на основной металл, что особенно важно для материалов, претерпевающих структурные и фазовые превращения.
• Незначительные остаточные деформации наплавленных деталей.
• Возможность наплавки малых поверхностей, соизмеримых с диаметром пятна нагрева в случае применения импульсных и импульсно – периодических лазеров.
• Повышенные свойства наплавленных слоев.
Таким образом, малые деформации, с одной стороны, и высокие эксплуатационные свойства, с другой, создают предпосылки для применения этого способа не только в процессе получения специальных свойств поверхности изделий, но и при изготовлении деталей машин.
Преимущества применения широкополосной газопорошковой лазерной наплавки (широкополосной ГПЛН) при обработке бурового оборудования
Широкополосная ГПЛН является более производительной технологией по сравнению с традиционной ГПЛН, при которой используется луч круглого сечения. В последнем случае спеченный порошок описывает на поверхности обрабатываемой детали узкую спиралеобразную кривую, тогда как при широкополосной ГПЛН прямоугольным лучом эта кривая имеет в 2–3 раза большую ширину. Покрытие всей поверхности происходит за значительно меньшее число проходов при приблизительно одинаковых затратах порошка (рис.7). Таким образом, имеет место экономия времени и дорогостоящей энергии лазерного источника.
Еще одним важным преимуществом широкополосной наплавки перед традиционной лазерной наплавкой является возможность уменьшить объем пустот между валиками, что позволяет получить более сплошную структуру наплавленного слоя и сократить размеры области перекрытия [6], достигая существенной экономии порошкового материала (рис.8).
Технология ГПЛН лучом прямоугольного сечения имеет хорошие перспективы для применения как в серийном, так и в массовом производстве. Высокая производительность процесса позволяет заменить плазменную и электродуговую наплавку лазерной с обеспечением более высокого качества наплавленного слоя и меньшими тепловыми воздействиями на деталь. Данная технология идеально подходит для обработки крупногабаритных деталей, что связано опять же с высокой производительностью процесса. Более того, можно утверждать, что ГПЛН лучом прямоугольного сечения развивается именно с целью обработки крупногабаритных деталей, таких как валы автомобиле- и судостроения и буровое оборудование.
Наплавляемые сплавы
Для лазерной наплавки используют те же наплавочные материалы, что и для традиционных методов. Это компактные присадки, выполненные в виде проволоки, или ленты и порошки.
Порошковые материалы по сравнению с компактными имеют ряд преимуществ:
• Увеличенное поглощение лазерного излучения вследствие разветвленной поверхности и многократного отражения луча от отдельных частиц.
• Меньшая (более чем в 1,5 раза) энергия, необходимая для оплавления порошкового материала.
• Широкие возможности регулирования химического состава наплавляемого слоя.
• Возможность доставки металла в труднодоступные места.
• Простота подачи, что важно при изготовлении деталей сложной конфигурации.
Можно привести следующие примеры материалов, находящих своё применение при ГПЛН бурового оборудования:
• Сплав INCONEL 625 UNS N06625 ‒ сплав никель-хром с добавлением ниобия, который в сочетании с молибденом обеспечивает повышенную прочность без дополнительной термической обработки. Диапазон рабочих температур сплава Инконель 625 – от криогенных до 980 °C. Сплав устойчив к широкому спектру жестких коррозионных сред и особенно устойчив к точечной и щелевой коррозии. Он противостоит газовой коррозии от воздействия высоких температур и отличается высокой технологичностью, в том числе свариваемостью. Отечественным аналогом INCONEL alloy 625 можно рассматривать сплав ХН75МБТЮ ГОСТ 5632. Сплав применяется в химической, нефтехимической и авиационной промышленности, судостроении, в атомных реакторах. В соответствии с ANSI/NACE MR0175 сплав относится к типу 4d для отожженных и холоднодеформированных сплавов на основе никеля со структурой твердого раствора, используемых для любого оборудования и компонентов.
• Сплав ХН65МВ применяется для изготовления сварной химической аппаратуры, эксплуатирующейся в наиболее жестких условиях (среды окислительно-восстановительного характера) химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности при температуре стенки от –70 до 500°C и давлении среды не более 5,0 Н/ммІ. Сплав выплавляется в открытых индукционных печах.
• Карбид вольфрама активно применяется в технике для изготовления инструментов, требующих высокой твёрдости и коррозионной стойкости, а также для износостойкой наплавки деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания с умеренными ударными нагрузками. Этот материал находит применение в изготовлении различных резцов, абразивных дисков, свёрл, фрез, долот для бурения и другого режущего инструмента. Марка твёрдого сплава, известная как "Победит", на 90% состоит из карбида вольфрама. Активно применяется в газотермическом напылении и наплавке в виде порошкового материала для создания износостойких покрытий. Так рэлит, представляющий собой эвтектику WC–W2C, используется для наплавки на буровой инструмент и на другие изделия, подвергаемые абразивному износу. Это один из основных материалов, использующихся для замены гальванического хромирования методом высокоскоростного газопламенного напыления.
Продолжение следует
Отзывы читателей
