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作為油氣開采過程中的重要設(shè)備，柱塞泵應(yīng)用于壓裂、固井和注水等作業(yè)過程。由于工況復(fù)雜，柱塞泵運(yùn)行過程中設(shè)備部件極易損壞，一直以來這些部件沒有有效可靠的修復(fù)手段，只能廢棄處理。

長慶油田共有數(shù)千臺(tái)注水泵，組合閥作為注水泵的易損件，由于嚴(yán)重的沖蝕和腐蝕，使用壽命只有7~30天，頻繁的更換大幅度增加了設(shè)備運(yùn)維成本，每年注水泵維護(hù)費(fèi)用高達(dá)上億元。為了降低成本、變廢為寶，陜西天元智能再制造股份有限公司進(jìn)行了以金屬3D打印技術(shù)為核心的廢舊組合閥再制造技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用。

失效的組合閥

近年來，3D打印技術(shù)取得長足發(fā)展，廣泛應(yīng)用于增材制造和再制造領(lǐng)域。零部件的再制造和制造有明顯區(qū)別，再制造是在廢舊基體（工件）上進(jìn)行增材制造，對(duì)損傷的基體進(jìn)行修復(fù)，使其恢復(fù)原有尺寸和性能。基于激光定向能量沉積技術(shù)的金屬3D打印技術(shù)可很好地克服實(shí)際生產(chǎn)中批量小、規(guī)格多和高成本的再制造生產(chǎn)難題，實(shí)現(xiàn)多型號(hào)柔性制造和低成本的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，還可同時(shí)完成增材修復(fù)和表面強(qiáng)化處理，既簡化了工藝、提高了效率又降低了成本。

結(jié)合組合閥的結(jié)構(gòu)特征（體積小、工作面多、機(jī)加工作量大）和使用性能要求（耐磨、耐腐蝕），金屬3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這種多孔復(fù)雜工作面的精準(zhǔn)隨形打印修復(fù)和表面強(qiáng)化。

組合閥再制造工藝流程圖

基于激光定向能量沉積技術(shù)（3D打印）的組合閥再制造工藝流程，實(shí)行嚴(yán)格的前處理-增材制造（3D打印）-后處理工序。

組合閥3D打印

3D打印作為整個(gè)組合閥再制造的技術(shù)核心，運(yùn)用計(jì)算機(jī)制圖軟件建立三維模型，通過天元智造自主研發(fā)的3D Print專用3D打印軟件進(jìn)行切片、路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)導(dǎo)入，按程序逐層3D打印。

組合閥再制造前后對(duì)比

再制造組合閥和新品相比，主要具有以下特點(diǎn)：

1）以廢舊組合閥為基體，節(jié)省了閥體的原材料采購成本和大部分機(jī)加工作；

2）3D打印可以對(duì)基體（舊件）工作面進(jìn)行精準(zhǔn)隨形打印，避開孔洞，減少打印面積，避免粉末浪費(fèi)；

3）激光定向能量沉積稀釋率低，只需較薄的打印層就可滿足要求；

4）3D打印表面精度高，可直接進(jìn)行磨床加工，降低機(jī)加工難度；

5）再制造組合閥的耐腐蝕和耐沖蝕性能得到全面提升，工作面硬度從HRC30~40提高至HRC50以上，表面強(qiáng)化層的中性鹽霧試驗(yàn)超過300小時(shí)，使用壽命得到大幅度提升。

通過采用綠色環(huán)保的金屬3D打印技術(shù)對(duì)組合閥實(shí)施再制造，可使廢舊組合閥重獲新生，極大降低了資源消耗，提升了產(chǎn)品的使用壽命，延長了設(shè)備的連續(xù)工作時(shí)間，降低企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營成本，擁有明顯的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。