X80管道全位置激光-電弧復合焊接工藝研究.pdf

1、隨著長距離輸氣管道朝著高鋼級、高壓力、大口徑、大厚壁方向發(fā)展，提高焊接速度和焊接質量是管道建設要解決的關鍵技術問題。目前在用的管道全位置自動焊技術，因受焊接速度和單層焊接厚度的制約，在保證焊接質量的前提下，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)展的目標是高效、安全、低成本。為此，研究新一代高效焊接技術已成為管道工程建設中急需解決的技術問題。
　　在長輸管線工程建設中，焊接的速度和焊縫質量是工程的關鍵環(huán)節(jié)。近年來出現

2、的激光/電弧復合焊接技術，在這兩方面的表現都十分突出。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)勢互補的，激光/電弧復合焊是把二者有機結合起來，將激光熱源與電弧熱源結合在一起，形成一種新的焊接工藝，其應用

3、前景是十分廣闊的。
　　激光復合熱源焊接技術在1976年由英國學者W.Steen首次提出。激光復合焊有多種復合方式，但是研究最多、應用最廣的還是激光/電弧復合熱源焊接技術，它的主要目的是有效的應用電弧熱源，以減小激光的應用成本，改善焊接接頭的力學性能，降低激光焊接的裝配精度。目前，激光/電弧復合焊接主要應用于造船工業(yè)和汽車工業(yè)的平板拼接，在長輸管線管道上的應用尚未見報導。復合焊應用于管道全位置根焊的工藝難點主要表現有兩點，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/電弧焊接可調工藝參數較多，參數配比會影響焊接過程，參數穩(wěn)定窗口較小。
　　論文《X80管道全位置激光/電弧復合焊焊接工藝研究》是中國石油天然氣管道局《激光/電弧復合焊接技術及成套設備研發(fā)》項目中的組成部分，目的是利用激光/電弧復合熱源焊進行管道全位置根焊，配合PAW2000管道全自動填充、蓋面技術，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/電弧復合焊根焊技術與現階段長輸管道施工常用根焊技術的比較，論證了復合熱源焊應用于管道根焊的可行性。
　　2.針對高鋼級、大口徑、大厚壁長輸管道工程的焊接施工工況，進行了激光/電弧復合焊接的主要設備選型:大功率光纖激光器、電弧焊機、復合焊炬等;研制開發(fā)了適用于研究的試驗裝備;搭建了模擬全位置焊接的臨時試驗平臺。
　　3.采用高速攝像圖像采集系統，對復合焊熔滴過渡規(guī)

6、律及影響因素進行分析研究;得到激光等離子體對熔滴的反作用力是復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整方法。
　　4.X80鋼板的激光/電弧復合焊，研究和探討了焊接主要工藝參數激光功率、光絲間距、激光離焦量、焊絲干伸長、焊縫間隙、保護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/電弧復合焊的工位適應性試驗研究，獲取了激光/電弧復合焊技術的適應范圍。
　　6.在

7、上述試驗平臺和工藝參數基礎上，采用管道自動焊接裝備的控制系統和執(zhí)行機構，在X80管道上進行全位置焊接:激光/電弧復合熱源焊全位置根焊，PAW2000自動焊填充、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準以及西氣東輸二線管道工程線路焊接技術規(guī)范焊縫評定試驗標準，驗證了管道全位置激光/電弧復合焊可行性。
　　本研究工作屬于我國采用激光/電弧復合焊應用于X80管道根焊的技術儲備