長輸管道的激光焊接技術(shù)

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1、長輸管道的激光焊接技術(shù)天津大學(xué)材料學(xué)院(300072)李建軍杜則裕中國石油管道焊接培訓(xùn)中心(廊坊市065000)吳大可摘要激光作為新型的焊接能源已經(jīng)引起世界各國的重視。國際上，許多研究單位都在長輸管道的激光焊接技術(shù)方面開展了大量的研究工作。國內(nèi)石油管線建設(shè)的研究、施工及管理部門都應(yīng)當(dāng)關(guān)注、參與并且盡快的開展一些激光焊接技術(shù)的相關(guān)研究及試驗工作。這對于中國管道事業(yè)的又好又快發(fā)展具有重要的意義。關(guān)鍵詞：長輸管道激光激光一TlG復(fù)合焊中圖分類號：TG457．190前言高峰，在世界能源競爭日趨激烈的今天，積極開展長輸管道激光焊技術(shù)的研究有著十分重要的現(xiàn)實意義。。。苧墓至油季釜蘭三當(dāng)籮疊

2、凳婁要簍蔓孽些也，激光一電弧復(fù)合焊技術(shù)在蓬勃發(fā)展。近年來世界長輸管道建設(shè)已達(dá)到230×～?一??一104km以上，中國長輸管道建設(shè)也已超過4x104km，由于激光器能量轉(zhuǎn)換效率低，一般焊接較厚的金而且向著長距離、高壓力、大口徑、大壁厚和高強(qiáng)度級屬板，需要較大的功率激光器。一般情況下，1kw的別的管線鋼發(fā)展。中國在原油長輸管道的基礎(chǔ)上，已激光器可以焊接lmm厚的金屬板，50mm厚的金屬就經(jīng)發(fā)展到天然氣管道、成品油管道、礦漿和高壓輸水管需要功率50kw的激光器，因此要求激光焊接的設(shè)備道的建設(shè)階段?，F(xiàn)已開工的西氣東輸二線工程管道直應(yīng)當(dāng)有很高的功率。這不僅需要成本很高，而且體積徑已經(jīng)達(dá)

3、到西1420mm，長度為9000km。中國承建的也很大。所以，只有一些非常精密貴金屬零件在室內(nèi)國外管道工程中，直徑已經(jīng)達(dá)到了咖l219mm，壁厚接焊接時才選用激光焊工藝。近年來，一些學(xué)者已經(jīng)研近30mm。西氣東輸二線的設(shè)計壓力為12MPa。今后究出了激光一電弧復(fù)合焊。采用激光一電弧復(fù)合焊，幾年，中國還要建設(shè)近2×104km管道，隨著越來越高可以有效利用電弧能量，補(bǔ)充激光器的不足，降低對于的要求和大量的管道建設(shè)，從半自動焊發(fā)展到激光發(fā)生器的功率需求，以達(dá)到高效焊接和獲取高質(zhì)目前雙絲自動焊。現(xiàn)在，工業(yè)先進(jìn)國家已經(jīng)開始了在管量的焊縫，激光一電弧復(fù)合熱源焊接的典型焊縫如圖1道焊接施丁中

4、應(yīng)用激光焊技術(shù)的研究。激光焊與傳所示，它大大降低了激光焊接應(yīng)用的成本和激光焊接統(tǒng)的焊接技術(shù)相比，在焊接質(zhì)量、精度、效率、可靠性、要求的裝配精度。由于一般母材在固態(tài)時對激光的吸潔凈性和自動化程度等方面都具有無可比擬的優(yōu)越性。結(jié)合長輸管道的焊接施工特點，采用激光焊工藝具有很高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性。激光的功率密度高達(dá)105～107W／cm2，可以獲得較大的熔深。由于激光的能量高度集中，所以焊件上的變形很小。激光的加熱范圍很小，在相同功率及工件厚度的條件下，激光焊的焊接速度可以很快。由于以上這些優(yōu)點，國內(nèi)外管道研究院所、施工單位均對長輸管道的激光焊技術(shù)很感興趣。目前，英國、日本、美國、德國

5、等國家都在積極開發(fā)激光焊技術(shù)。中國現(xiàn)階段正面臨著管道建設(shè)的收稿日期：2008一04一19圖l激光一電弧復(fù)合熱源焊接的典型焊縫。2008年第7期57收率很低，而熔化后液態(tài)吸收率可達(dá)50％一100％。因此，采用激光一電弧復(fù)合焊時，電弧先熔化母材，緊接著激光照射，提高母材對激光的吸收率，從而大大提高了焊接效率。激光一電弧復(fù)合焊從20世紀(jì)70年代提出以來，就顯示出了它特有的優(yōu)越性。利用激光一電弧復(fù)合焊的優(yōu)點是：①高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良；②焊縫成形好，熔深大，較好地控制了焊接變形；③提高了焊接適應(yīng)性，減少了對于工件間隙錯邊量的敏感性；④提高了焊縫質(zhì)量，減少了氣孔、裂紋等焊接缺陷。激光一電

6、弧復(fù)合焊一般多采用CO：激光器和Nd：YAG(釹：釔鋁石榴石)激光器。由于這二種激光器的特點不同，因此在應(yīng)用中也有所不同。CO：及Nd：YAG兩種激光器的比較列于表l。表1兩種激光器的比較根據(jù)激光一電弧復(fù)合焊工藝中采用的電弧種類不同，激光一電弧的復(fù)合焊有以下幾種方式：(1)激光一ⅡG復(fù)合焊激光與r11G復(fù)合進(jìn)行焊接(圖2)，焊接速度可達(dá)激光焊的2倍。在焊接時，電弧穩(wěn)定，焊縫成形美觀，能比較好的控制氣孔和咬邊等缺陷。多應(yīng)用于薄板和不等板厚材料的高速焊。．≥l，磊；焊接方向。。。。。。‘。。。_。-_’-；，，，，t，，，，，，，，，n目保護(hù)氣體拖斗埝I膩閼釤鋤黝圖2激光一，11G

7、復(fù)合焊示意圖(2)激光一MIG復(fù)合焊激光一MIG復(fù)合焊(圖3)利用MIG焊填絲的優(yōu)點，在提高焊接熔深，增加適應(yīng)性的同時，還可以改善焊縫冶金性能和微觀組織結(jié)構(gòu)。激光一MIG復(fù)合焊具有較強(qiáng)的活力，可焊接較厚的板，焊接適應(yīng)性較強(qiáng)。(3)激光一等離子復(fù)合焊激光一等離子復(fù)合焊具有剛性好，溫度高，方向性強(qiáng)，電弧引燃性好，加熱區(qū)窄等優(yōu)點，適應(yīng)于薄板對接和不等厚板的焊接。(4)激光一雙弧復(fù)合焊激光一雙弧復(fù)合焊是激光與兩個MIG電弧同時復(fù)合進(jìn)行焊接的工藝。這種焊接工藝的焊接速度比一般的激光一MIG復(fù)合焊熱源提