X80管道全位置激光-電弧復(fù)合焊接工藝研究.pdf

1、隨著長距離輸氣管道朝著高鋼級(jí)、高壓力、大口徑、大厚壁方向發(fā)展，提高焊接速度和焊接質(zhì)量是管道建設(shè)要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。目前在用的管道全位置自動(dòng)焊技術(shù)，因受焊接速度和單層焊接厚度的制約，在保證焊接質(zhì)量的前提下，已不可能再提高焊接速度和焊層厚度。而未來管道施工工程發(fā)展的目標(biāo)是高效、安全、低成本。為此，研究新一代高效焊接技術(shù)已成為管道工程建設(shè)中急需解決的技術(shù)問題。
　　在長輸管線工程建設(shè)中，焊接的速度和焊縫質(zhì)量是工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來出現(xiàn)

2、的激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)，在這兩方面的表現(xiàn)都十分突出。目前，長輸管道的焊接大部分采用的是電弧焊，其優(yōu)點(diǎn)是橋接能力好，但由于能量密度低，焊接效率相對較低。激光焊的優(yōu)勢是焊接速度快，熔深大，焊縫的深寬比大，缺點(diǎn)是橋接能力較差。由于二者具有不同的焊接特性，所以如果焊接過程僅采用一種焊接方式，都不可避免的存在缺憾，而電弧焊和激光焊是可以優(yōu)勢互補(bǔ)的，激光/電弧復(fù)合焊是把二者有機(jī)結(jié)合起來，將激光熱源與電弧熱源結(jié)合在一起，形成一種新的焊接工藝，其應(yīng)用

3、前景是十分廣闊的。
　　激光復(fù)合熱源焊接技術(shù)在1976年由英國學(xué)者W.Steen首次提出。激光復(fù)合焊有多種復(fù)合方式，但是研究最多、應(yīng)用最廣的還是激光/電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)，它的主要目的是有效的應(yīng)用電弧熱源，以減小激光的應(yīng)用成本，改善焊接接頭的力學(xué)性能，降低激光焊接的裝配精度。目前，激光/電弧復(fù)合焊接主要應(yīng)用于造船工業(yè)和汽車工業(yè)的平板拼接，在長輸管線管道上的應(yīng)用尚未見報(bào)導(dǎo)。復(fù)合焊應(yīng)用于管道全位置根焊的工藝難點(diǎn)主要表現(xiàn)有兩點(diǎn)，一是管道

4、環(huán)焊縫全位置一次焊接包括平焊、立焊、仰焊及其過渡工位的焊接;二是激光/電弧焊接可調(diào)工藝參數(shù)較多，參數(shù)配比會(huì)影響焊接過程，參數(shù)穩(wěn)定窗口較小。
　　論文《X80管道全位置激光/電弧復(fù)合焊焊接工藝研究》是中國石油天然氣管道局《激光/電弧復(fù)合焊接技術(shù)及成套設(shè)備研發(fā)》項(xiàng)目中的組成部分，目的是利用激光/電弧復(fù)合熱源焊進(jìn)行管道全位置根焊，配合PAW2000管道全自動(dòng)填充、蓋面技術(shù)，完成大口徑、長輸管道管管環(huán)焊縫對接焊。論文圍繞激光/電弧復(fù)合熱源

5、焊的管道全位置根焊開展了以下研究工作。
　　1.通過激光/電弧復(fù)合焊根焊技術(shù)與現(xiàn)階段長輸管道施工常用根焊技術(shù)的比較，論證了復(fù)合熱源焊應(yīng)用于管道根焊的可行性。
　　2.針對高鋼級(jí)、大口徑、大厚壁長輸管道工程的焊接施工工況，進(jìn)行了激光/電弧復(fù)合焊接的主要設(shè)備選型:大功率光纖激光器、電弧焊機(jī)、復(fù)合焊炬等;研制開發(fā)了適用于研究的試驗(yàn)裝備;搭建了模擬全位置焊接的臨時(shí)試驗(yàn)平臺(tái)。
　　3.采用高速攝像圖像采集系統(tǒng)，對復(fù)合焊熔滴過渡規(guī)

6、律及影響因素進(jìn)行分析研究;得到激光等離子體對熔滴的反作用力是復(fù)合焊接過程熔滴過渡行為發(fā)生變化的主要原因，以及獲取穩(wěn)定熔滴過渡的工藝調(diào)整方法。
　　4.X80鋼板的激光/電弧復(fù)合焊，研究和探討了焊接主要工藝參數(shù)激光功率、光絲間距、激光離焦量、焊絲干伸長、焊縫間隙、保護(hù)氣體等對焊接工藝的影響及基本規(guī)律。
　　5.通過開展模擬管道全位置的激光/電弧復(fù)合焊的工位適應(yīng)性試驗(yàn)研究，獲取了激光/電弧復(fù)合焊技術(shù)的適應(yīng)范圍。
　　6.在

7、上述試驗(yàn)平臺(tái)和工藝參數(shù)基礎(chǔ)上，采用管道自動(dòng)焊接裝備的控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在X80管道上進(jìn)行全位置焊接:激光/電弧復(fù)合熱源焊全位置根焊，PAW2000自動(dòng)焊填充、蓋面，獲得了完整的X80全位置環(huán)焊縫，焊縫通過API RP2009-2002石油和石油化工安全焊接標(biāo)準(zhǔn)以及西氣東輸二線管道工程線路焊接技術(shù)規(guī)范焊縫評定試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證了管道全位置激光/電弧復(fù)合焊可行性。
　　本研究工作屬于我國采用激光/電弧復(fù)合焊應(yīng)用于X80管道根焊的技術(shù)儲(chǔ)備