柱塞泵是油氣開采過程中的重要設備，廣泛用於(yu) 壓裂、固井和注水等作業(ye) 過程。作為(wei) 柱塞泵的關(guan) 鍵零部件，柱塞杆在工作過程中易遭受高頻往複運動的摩擦損傷(shang) 以及介質腐蝕和硬質顆粒的衝(chong) 蝕，其使用壽命隻有15~35天。

長慶油田共有數千台注水泵，每年會(hui) 產(chan) 生大量的廢舊柱塞杆，陝西天元智能再製造股份有限公司多年來本著以修舊利廢、為(wei) 企業(ye) 實現降本增效的目的，針對廢舊柱塞杆開展了以高速激光熔覆技術為(wei) 核心的再製造及表麵強化技術開發與(yu) 應用。

失效的柱塞杆

傳(chuan) 統的柱塞杆表麵處理工藝有電鍍、噴焊等。

電鍍由於(yu) 存在環境汙染和鍍層性能差等問題，已逐漸被淘汰；

噴焊Ni60技術雖可獲得合適的表麵強化層性能，但由於(yu) 熱輸入大，不僅(jin) 對基體(ti) 力學性能有明顯影響，而且變形嚴(yan) 重，機加工後有效熔覆層厚度均勻性較差，易使柱塞杆連接處變形而導致工件報廢。因此火焰噴焊技術不適用於(yu) 柱塞杆再製造，且采用該項技術進行表麵強化的柱塞杆也不適合用於(yu) 再製造毛坯。

區別於(yu) 傳(chuan) 統激光熔覆，高速激光熔覆通過改變激光與(yu) 粉末的作用過程，在熔池之上將粉末融熔或半融熔，將融熔或半融熔狀態的液體(ti) 流送入熔池內(nei) ，形成冶金結合的表麵塗層，其熔覆效率與(yu) 表麵質量均得以提升。與(yu) 噴焊和傳(chuan) 統激光熔覆相比，具有效率高、熱輸入小、稀釋率較小、可熔覆薄層、表麵平整、後續加工量小等優(you) 勢。

傳(chuan) 統激光熔覆（左）與(yu) 高速激光熔覆（右）的區別

從(cong) 高速激光熔覆和常規激光熔覆的參數對比中不難看出：高速激光熔覆在產(chan) 品質量和對基體(ti) 影響等方麵具有明顯優(you) 勢。不僅(jin) 可用於(yu) 表麵強化，也可用於(yu) 柱塞杆再製造。

常規激光熔覆和高速激光熔覆對比

根據工作性質和損壞方式的差異，將柱塞杆按外表麵分成A、B、C三個(ge) 區域（如下圖）：

1、A區域為(wei) 柱塞杆和十字頭挺杆連接位置，此處由於(yu) 尺寸的減小和突變，是整個(ge) 工件的力學薄弱區，易發生斷裂和變形，存在輕微點蝕和鏽蝕，做好表麵去汙除鏽和裂紋檢測即可；

2、B區域是柱塞杆的主要工作麵，也是易損麵，表麵存在明顯的劃傷(shang) 和點蝕坑，是高速激光熔覆再製造的主要部位；

3、C區域是柱塞杆和液體(ti) 直接接觸的端麵，存在明顯的腐蝕，特別是中心孔處腐蝕嚴(yan) 重（或泥沙衝(chong) 蝕），對於(yu) 較深的腐蝕或衝(chong) 蝕坑洞（超過2mm）先采用手工氬弧焊恢複尺寸再進行高速激光熔覆處理。

柱塞杆不同區域的損傷(shang) 方式

柱塞杆高速激光熔覆中（左）、熔覆後（中）、機加工後（右）

用高速激光熔覆技術進行再製造或表麵強化柱塞杆具有以下特點：

熱輸入低、變形小、效率高、熔覆層厚度均勻、對基體(ti) 壽命損傷(shang) 小；運用高速激光熔覆進行表麵強化的柱塞杆，使用後還可進行再製造，節省了杆體(ti) 的原材料采購成本和部分機加工作；高速激光熔覆稀釋率不超過3%，較薄的熔覆層厚度（0.2mm）就可以滿足要求，減少粉末浪費；高速激光熔覆表麵粗糙度低至Ra12.8 m，可直接進行磨床加工。高速激光熔覆金屬基複合粉末熔覆層硬度大於(yu) HRC55，熔覆層的耐磨耐腐蝕和耐衝(chong) 蝕性能不低於(yu) 噴焊Ni60，熔覆層厚度均勻，機加工後熔覆層厚度差別在5微米以內(nei) ，柱塞杆使用壽命得到大幅度提升。以高速激光熔覆技術為(wei) 核心的整個(ge) 柱塞杆再製造生產(chan) 環節綠色、環保、無汙染。通過采用綠色環保的高速激光熔覆技術進行表麵強化，使柱塞杆使用壽命顯著提高，延長更換周期，減少設備運維成本；此外，以高速激光熔覆技術為(wei) 核心的廢舊柱塞杆再製造，不僅(jin) 可提高產(chan) 品的使用壽命，降低生產(chan) 運營成本，更可實現開源節流及明顯的社會(hui) 、環境、經濟效益。