《安全技術(shù)》之激光根焊在長輸管道施工中的應(yīng)用研究.doc

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1、激光根焊在長輸管道施工中的應(yīng)用研究激光根焊與GMAW自動填充蓋面焊組合工藝是管道施工中出現(xiàn)的新技術(shù),在長輸管道施工中有著廣闊的應(yīng)用前景。文中從激光根焊的應(yīng)用條件出發(fā)，詳細(xì)論述了大功率光纖激光器的在管道根焊工藝中應(yīng)用的優(yōu)越性和局限性，并通過具體試驗(yàn)參數(shù)闡述了激光根焊參數(shù)的配置。長期以來，國內(nèi)的長距離油氣管道的根焊工藝是以GMAW為主的熔化極氣體保護(hù)焊，按施焊部位的不同可分為管內(nèi)根焊和管外根焊兩種方式。隨著激光技術(shù)的發(fā)展和逐步普及，我國的油氣管道施工企業(yè)開始嘗試將激光焊接技術(shù)應(yīng)用在長距離大通徑管道的施工中。激光根焊是指用激

2、光熾熔方式直接熔化對接管道的母材從而完成管道組對時的根焊工藝，激光根焊的高速特性注定了它是一項(xiàng)必須與管道全位置自動焊匹配的焊接技術(shù)。1.激光根焊的優(yōu)越性與GMAW根焊工藝相比激光根焊具有諸多優(yōu)點(diǎn)，具體如下：1.1.可將輸入熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)金相變化范圍小，且因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形亦最低，實(shí)驗(yàn)證明激光根焊的輸入熱量為GMAW根焊的1/3至1/4，熱影響區(qū)僅為激光根焊在長輸管道施工中的應(yīng)用研究激光根焊與GMAW自動填充蓋面焊組合工藝是管道施工中出現(xiàn)的新技術(shù),在長輸管道施工中有著廣闊的應(yīng)用前景。文中從激光根焊的應(yīng)用

3、條件出發(fā)，詳細(xì)論述了大功率光纖激光器的在管道根焊工藝中應(yīng)用的優(yōu)越性和局限性，并通過具體試驗(yàn)參數(shù)闡述了激光根焊參數(shù)的配置。長期以來，國內(nèi)的長距離油氣管道的根焊工藝是以GMAW為主的熔化極氣體保護(hù)焊，按施焊部位的不同可分為管內(nèi)根焊和管外根焊兩種方式。隨著激光技術(shù)的發(fā)展和逐步普及，我國的油氣管道施工企業(yè)開始嘗試將激光焊接技術(shù)應(yīng)用在長距離大通徑管道的施工中。激光根焊是指用激光熾熔方式直接熔化對接管道的母材從而完成管道組對時的根焊工藝，激光根焊的高速特性注定了它是一項(xiàng)必須與管道全位置自動焊匹配的焊接技術(shù)。1.激光根焊的優(yōu)越性與G

4、MAW根焊工藝相比激光根焊具有諸多優(yōu)點(diǎn)，具體如下：1.1.可將輸入熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)金相變化范圍小，且因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形亦最低，實(shí)驗(yàn)證明激光根焊的輸入熱量為GMAW根焊的1/3至1/4，熱影響區(qū)僅為GMAW根焊的1/4至1/5。1.2.焊接速度快、焊縫強(qiáng)度高。以4KW光纖激光器為例，在焊接4~8mm厚度X80管線鋼對接試片時的速度可以達(dá)到1.2~2.5m/min，根焊接頭的拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均大于母材的機(jī)械性能。1.3.激光束易于聚焦、對準(zhǔn)，焊接空間的可達(dá)性高，尤其適用于大壁厚的高等級管線鋼的自動焊焊縫的

5、打底根焊，根焊工藝中省掉填料金屬和送絲系統(tǒng)，降低施工成本，簡化了設(shè)備機(jī)構(gòu)；1.4.不需使用電極，沒有電極污染或受損的顧慮。且因?qū)俜墙佑|式焊接制程，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的耗損、負(fù)載及變形接可降至最低；1.5.激光焊很好的回避了GMAW焊接中大電流對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的EMC電磁干擾問題，對于集成精密的運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供了良好的電磁兼容環(huán)境。2.激光根焊的局限性考慮到長距離油氣管道的實(shí)際施工條件，激光根焊技術(shù)也存在以下的局限性：2.1.激光焊對焊縫位置要求非常精確。必須確保焊件的最終位置與激光束將沖擊的焊點(diǎn)對準(zhǔn)，其焊點(diǎn)必須在激光束的聚焦范圍內(nèi)；由

6、于激光束流比較細(xì)小,因此焊接時對接坡口的間隙要求很高，一般要求小于0.10mm。這對長輸管道的破口尺寸公差以及管道組對的定位精度和間隙控制提出了更高的要求。2.2.最大可焊厚度受到激光器的功率限制。以目前最大功率的6KW的光纖激光器為例，其對低碳管線鋼的穩(wěn)定質(zhì)量的熔深在12mm左右，這相對于壁厚大于20mm的X80或更高等級的管線鋼來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的；2.3.對施焊環(huán)境的要求較高。激光器的穩(wěn)定工作溫度在10℃~40℃之間，尤其是夏冬季施工需要對激光器進(jìn)行環(huán)境保溫和預(yù)熱。激光焊接頭的透鏡組會因灰塵附著、水汽凝結(jié)而造成過熱燒

7、毀。而且在全位置焊中連接激光焊接頭的傳輸光纖的轉(zhuǎn)彎半徑限制可能成為焊接作業(yè)空間的障礙。3.焊接工藝及裝備研究3.1.焊接工藝方法研究就目前激光焊接技術(shù)的發(fā)展水平而言，用激光焊在高等級油氣管線對接焊作業(yè)中實(shí)現(xiàn)一次焊接成型的難度很大，可行的工藝方案是采用“Laser+GMAW”的組合工藝，即將激光根焊與GMAW填充蓋面焊組合。該組合工藝方法是利用激光焊大熔深比的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)根焊中對鈍邊的無填料、高強(qiáng)度熔敷成型，根焊完成再采用成熟的GMAW工藝完成管外填充蓋面工藝。為減少填充焊中較大的GMAW焊輸入熱對激光焊縫的熱影響，管線對

8、接坡口的鈍邊厚度應(yīng)控制4mm~6mm之間，這樣的鈍邊設(shè)計(jì)能有效減少填充焊的填充量，其焊縫坡口采用I型鈍邊U型復(fù)合坡口形式。3.2.焊接工藝參數(shù)激光器采用國產(chǎn)RFL-C4000型光纖激光器，最大輸出功率為4KW，光斑直徑0.4mm，透鏡焦距125mm，保護(hù)氣為氬氣，氣體流量6.5L/min。焊接工藝參數(shù)主要包括：激光功率、焊接速度和