A335 P91合金管内壁氧化皮激光清除

在电力、石化、核能等高温高压工业系统中，高温合金管道承担着输送高温蒸汽、腐蚀性介质等关键任务。其中，A335 P91合金管因其优异的高温强度、抗蠕变性能和良好的抗氧化能力，被广泛应用于超临界和超超临界发电机组的主蒸汽管道、再热器管等核心部位。然而，在长期高温运行过程中，管道内壁不可避免地会形成一层致密的氧化皮。这层氧化皮主要由铁的氧化物（如Fe3O4、Fe2O3）和铬的氧化物（Cr2O3）组成，虽然初期具有一定的保护作用，但随着运行时间的延长，氧化皮逐渐增厚、应力积累，最终可能发生局部剥落。剥落的氧化皮不仅会堵塞下游设备（如汽轮机喷嘴、阀门），还可能引发流动加速腐蚀（FAC），严重威胁系统安全稳定运行。

传统清除氧化皮的方法包括机械打磨、高压水射流、喷砂处理等。这些方法虽在一定程度上有效，但存在明显局限。机械打磨易损伤母材，尤其对薄壁管或弯头区域操作困难；高压水射流对厚层氧化皮清除效率低，且耗水量大，易造成二次污染；喷砂处理则会产生大量粉尘，对环境和操作人员健康构成威胁，同时难以控制清除深度，易导致表面粗糙度超标。此外，这些方法均属于接触式或半接触式工艺，无法精准控制处理区域，难以满足现代工业对“绿色、精准、高效”的维护需求。

近年来，激光清洗技术凭借其非接触、可控性强、环保无污染、适应复杂几何结构等优势，成为工业表面处理领域的研究热点。针对A335 P91合金管内壁氧化皮的清除，激光清洗展现出独特的技术潜力。该技术利用高能脉冲激光束照射材料表面，氧化皮对特定波长的激光具有更高的吸收率，而基体金属吸收率较低。当激光能量被氧化皮迅速吸收后，局部温度急剧升高，导致氧化皮瞬间汽化或发生热应力破裂，从而与基体分离。与此同时，通过精确控制激光的功率密度、脉冲频率、扫描速度和光斑重叠率等参数，可实现对氧化皮的“选择性去除”，最大限度保护母材组织不受热影响。

在实际应用中，针对P91合金管内径较小（通常在30–80 mm之间）、长度较长（可达数米甚至数十米）的特点，需开发专用的激光清洗系统。该系统通常由光纤激光器、高精度导光臂（或柔性光纤）、内窥式扫描头、实时监控系统及自动化运动平台组成。清洗头通过机械或气动方式沿管道内壁轴向移动，并配合360°旋转扫描，实现对整个内壁的全面覆盖。激光束通过反射镜组或光纤传导至管壁，扫描路径可根据氧化皮分布情况编程优化，实现“按需清洗”。

实验研究表明，采用波长为1064 nm的纳秒脉冲光纤激光器，在功率密度控制在1–3 J/cm²范围内，可有效清除厚度达200 μm的氧化皮，清洗后表面粗糙度Ra可控制在3.2 μm以下，满足后续检测或喷涂要求。更重要的是，通过显微组织分析发现，激光清洗区域未出现明显的热影响区（HAZ），母材的晶粒结构和力学性能未发生显著变化，避免了传统方法可能引起的材料劣化问题。此外，清洗过程中产生的碎屑可通过负压抽吸系统实时收集，实现“零排放”，符合绿色制造理念。

在实际工程案例中，某电厂对服役超过10万小时的P91主蒸汽管道进行激光清洗后，内窥镜检测显示氧化皮清除率达98%以上，后续运行期间未出现因氧化皮剥落导致的设备异常。同时，清洗效率较传统方法提升约40%，人工成本降低60%，整体维护周期显著缩短。

值得注意的是，激光清洗并非“万能方案”。对于氧化皮与基体结合极为牢固的区域（如长期高温下形成的尖晶石结构），或存在局部腐蚀坑的区域，仍需结合局部机械处理或化学辅助手段。此外，操作人员需经过专业培训，确保激光安全防护措施到位。

未来，随着激光源功率提升、扫描系统智能化以及AI识别技术的融合，激光清洗有望实现对氧化皮厚度的在线识别与自适应调节，进一步提升清洗精度与自动化水平。在“双碳”目标推动下，高效、低碳的激光清洗技术将在高温合金管道维护领域发挥越来越重要的作用，为工业设备长周期安全运行提供坚实保障。