多年以来，成熟的电弧焊工艺已被应用于焊接石油和天然气管线的大型管道，范围从使用焊条的手动电弧焊到使用熔化极活性气体保护（me tal Active Gas , MAG）工艺的轨道焊接机。如果管线长度和地面空间允许，则同时使用多台轨道焊接机，每个工作站设计成可焊接一条或两条焊道，然后被放置到下一管道接头处，再产生类同的焊缝。此类综合生产通常依赖于每台设备配备几个焊接头，因此代表着一流的设备和焊接。但是，采用这种方法时，人员和设备工程的开支太高。 该领域不断进步的同时，也存在一些问题，因为电弧焊工艺已经在焊接效应和焊接速度方面达到其物理极限，因此，优化电弧焊接技术不太可能大幅度提高焊接性能。
必须在以下方面发展焊接工艺，以提高性能：
● 减少焊道数量，且缝隙质量恒定、不断提高。
● 减少焊接工作站数量，以降低设备和人员开支。
图1、混合焊的焊缝。图2、用于根部焊道的焊接头和混合设备，以及用于填充焊道焊接的电弧焊炬。
激光-气体保护金属极电弧（Gas me
tal Arc, GMA）混合焊的应用是未来一种有前景的技术。在激光GMA混合焊中，组合了两种工艺，因此激光束和电弧在共用熔池中产生作用。结果并不只是增加能量和熔填金属，而是组合了协作效应并加强了单种工艺的优点。因此，混合焊形成的焊接点特征中，其深度与激光焊接相似，但是间隙桥接能力大幅提高。对于薄板领域，可以达到极高的焊接速度，部分区域是GMA焊接速度的多倍。对于更厚的板，优点并不仅仅表现在焊接速度，而是有可能通过单焊道焊层降低焊层，通常不需要额外准备接头。使用GMA激光混合焊时，8毫米板焊缝的典型形态如图1所示。今天，在施工现场可以应用激光，是由于激光设备的快速发展。几十千瓦功率的光纤激光器以结构紧凑而知名。除了极高的工作效率和卓越的光束质量之外，还实现了移动应用的先决条件，而目前传统的激光光源（CO2或Nd:YAG激光器）不能达到这些条件。最近五年，光纤激光器已被用于造船和管道生产中的可移动应用。
下面描述的技术和设备的调查目标是将激光GMA混合焊的知识应用于管道连接的生产，涉及公差、环境影响、设备移动性和焊接错位等。
关键是使用典型的激光深度焊接效应形成根部焊面为6-10毫米的优质自由根部焊道。为此，比较了激光、电弧组成的混合焊方式，不同的对接头焊接。
管道连接的方法是焊接两条垂直向下的缝隙，是管道施工中的一种常见做法。为了形成闭合的焊缝外型，采用一个额外的电弧焊炬，以延伸焊接头，因此可使用混合焊焊接第一焊道，表面焊道则使用GMA焊。目标是一次旋转形成板厚高达12毫米的闭合焊缝外型。另外，这种拖尾工艺积极地影响了焊缝的机械技术特性。如图2所示，在垂直向下焊接移动中，所使用的混合焊的完整焊接头和设备，以及用于表面焊道的第二电弧焊炬。通过集成上述部件，可实现完整的试验设置，如图3。可使用两种不同输出的激光源开展试验。在第1阶段，使用一台4.5千瓦的光纤激光器开展主要系列测试，在持续变化的焊接位置确定管道周围混合电弧的基本参数和混合工艺的公差影响。第2阶段用于评估更高激光性能的混合焊接工艺潜力，同时将根部焊道的根部焊面从6毫米增加到8毫米。为此，使用了一台10千瓦的光纤激光器。
下面采用4.6千瓦（图4a）和6.5千瓦（图4b）的激光输出，观察不同的焊缝坡口加工和宏观断面。从焊缝根部区域确定的硬度分布图可以看出，在热影响区域——这一明显激光光束主导区域，硬度容易增加。检查期间，将没有盖面焊道的纯根部焊接与通过拖尾电弧的闭合焊缝外型的焊接进行了比较，结果参见图5。
设备的进一步发展目标是提高沿着管道旋转移动的稳定性以及使其适用于混合焊接工艺的条件。针对实现激光GMA混合焊环缝焊接移动而开发的专用原型设备（图6），具有下列技术数据：定位运行速度高达6米/分，焊接速度高达3米/分；加工的管道直径范围从500-700毫米，参数变化取决于位置；使用了焊缝跟踪和导向系统；集成激光工作头允许耦合任何的光纤传导固体激光器，输出高达20千瓦。更关键的是优化10毫米起始管道壁厚的工艺，使用12千瓦光纤激光系统焊接第一焊道的不同根部焊面，自2009年1月以来，SLV Halle即提供这种激光器。一方面，检查的重点是激光输出的焊缝和根部成形特征。另一重点是焊接开始的重叠区域。采用金相法测试了焊接区域的内部缺陷。考虑了管道的典型公差，以做出关于在不同公差时更高激光功率和提高焊接速度对焊接形式影响的陈述。
为了提高管道施工效率，检查连接管道的新焊接工艺必不可少，其重点是减少焊道数量、提高焊接速度。可能的替代方案是开发光纤激光器作为新应用领域的光源，现在可以采用激光GMA混合焊工艺。本文旨在证明混合焊可用于管道施工的适合性，以及这种应用中要求的错位焊接工艺的性能。结果明确显示了高激光输出和光亮光束质量带来的混合工艺所具有的潜力。作为现有途径的一种替代方法，使用混合工艺可在12-15毫米根部焊面形成优质的根部焊道。
转载请注明出处。
相关文章
热门资讯
精彩导读
关注我们
