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石油机械热处理技术现状与发展趋势浅析

前言
     石油机械基本上涵盖了石油勘探、钻井、采油、输油等整个过程中使用的机械装备。全球石油机械制造业经过几十年的发展,已经形成了一定的格局。我国的石油机械企业是建国后,尤其是改革开放之后才发展起来的一个行业。目前,我国的石油机械制造基地主要分布在宝鸡、兰州、西安、南阳、济南、江汉、上海、广汉等基地。石油机械的热处理技术基本上能够代表我国机械制造过程中热处理技术的发展进程,是非常典型的大件热处理技术。
     
1. 石油机械热处理技术概述
      当前,我国石油机械产品中热处理件的类型大概能够分为石油钻头、钻杆接头、钻机齿轮、转盘齿轮、钻机绞车、钻机链条、泥浆泵零件(液缸、缸套、阀体、底座、活塞杆等),钻探工具有吊环、吊卡、吊钳、公母锥、抽油泵、抽油杆、射孔枪、测试工具、工程车辆变速箱、采油树部件等。热处理技术主要就是将金属材料放在相应规定条件下的介质中进行加热、保温和冷却的操作,通过改变材料表面及内部的金相组织结构,从而达到改善材料的力学性能和使用性能的目的。当前常见的热处理工艺有离子渗氮工艺、高铬耐磨铸铁热处理工艺、马氏体强化及碳氮共渗技术等等。热处理技术的应用,对延长器件的使用寿命,提高机械制造零部件的质量,促进石油机械制造业的进一步发展发挥了非常重要的作用。
     
2. 我国石油机械制造行业热处理技术现状
      2.1. 热处理加热设备相对落后
      当前我国热处理加热设备处于相对落后的状态。据不完全统计,当前我国五六十年代技术水平的设备能够占到总设备量的百分之八十五左右,这些设备存在工艺水平不高,消
耗能源量大的缺点。首先,这些热处理设备主要利用的能源时电,部分设备能够使用天然气、煤气等能源。并且大部分的产品在加热过程中需要处于氧化气氛中,因此零部件表面氧化、脱碳情况相对严重,淬火表面也非常容易出现裂纹。另外,当前我国热处理热板预留加工余量也不小,从而导致了热处理质量的不稳定。
      2.2. 冷却循环系统被忽视
      目前,静置方式仍然是多数热处理生产厂家淬火冷却的主要方式,对于冷却系统的建设缺乏足够的重视和资金投入。另外强制冷却或者自动控制循环能力比较差,介质在使用过程中对于浓度、温度、时间等的控制还非常薄弱是当前我国石油机械热处理技术面临问题之一。
      2.3. 专业化生产程度低
      当前,石油机械市场竞争越来越激烈,因此导致小批量、多品种的生产特点更加的突出。产品不定型、零件不批量,并且从常规热处理到化学热处理、表面热处理的工作全部承担,因此专业化发展的程度相对较低,不利于石油机械热处理工艺的进一步发展。
      2.4. 质量控制水平不高
      目前,质量控制水平低,监测手段落后也是我国石油机械发展过程中出现的问题之一。当前,在加热温度、加热速度以及加热时间的控制和调整上使用的是温控仪,但是加热结束之后从出炉转移到冷却介质中,以及从冷却介质之后的各个环节,完全依靠操作人员的经验进行控制,对于冷却介质的监测手段还相对落后,有些企业甚至连自检手段都不具备。另外,在加热过程中,渗碳、渗氮以及碳氮共渗等的气氛控制也基本完全靠人工经验进行操作,这样必然会影响到产品的质量。
      
3. 石油机械热处理技术发展趋势
      3.1. 大力引进节能技术
      热处理的耗电量一直是整个机械制造产业中的主要耗能工艺。在石油机械制造中,热处理工艺的耗电量占整个生产工艺耗电量的绝大部分。因此如何降低生产成本是摆在所有石油机械制造产业面前的一个难题。要想降低生产成本,节能是最好的途径。如对现有的电阻炉进行技术改造,理由硅酸铝纤维等轻质高强的耐火性材料,并且引入远红外技术;后者选择更加适合的加热方式,如对于功率超过 75 千瓦的电阻炉利用电阻带加热替换电阻丝加热,从而获得更好的节能效果。最后,引进更加先进的节能设备,是提高节能效果的最有效途径。
      3.2. 重视冷却技术水平的提高冷却工艺是石油机械制造热处理工艺中不可缺少的环节。冷却质量的好坏对所生产的零部件的质量有直接的影响,因此必须引起高度重视。因此我国应该加大力度研究开发新型的冷却系统,为石油机械热处理工艺提供更多的选择。
      3.3. 提升生产的自动化水平
      目前,我国的计算机技术已经非常普及,工业控制机的应用范围也越来越广泛,因此我国的热处理生产自动化的发展趋势也越来越明显。完成石油机械热处理自动化,就能够在很大程度上节约人力资源,并且避免了许多由于人工而导致的生产质量不合格等问题,从而为稳定的生产创造了前提条件。
      3.4. 严把质量关
      对热处理制品的质量关定要严把。因此在生产过程中应该采用先进的测试控制技术,例如利用计算机技术对渗碳层浓度和深度等因素进行精确的在线控制等等,只有这样才能制造出满足石油开发过程中需要的质量合格零部件。
     
4. 结束语
      石油机械热处理技术在工业生产中占有非常重要的地位,因此对其发展的现状和发展中存在的一些问题有一个清楚的认识,对其发展趋势又一个合理的展望,对于提高热处理技术的水平有很重要的意义。从目前的现状来看,我国石油机械行业热处理技术改造势在必行,只有抓好热处理技术改造,提高热处理生产技术水平,才能够使我国石油机械又一个质的飞跃,才能够使我国的石油机械产品走出国门,在国际市场占有一席之地。
                                                                                    ——来源于中国机械