X80管道復(fù)合焊接工藝和焊接質(zhì)量控制的研究

趙龍(西南油氣田公司安全與環(huán)保技術(shù)監(jiān)督研究院,四川 成都 610000)

徐蕾(四川華油集團燃氣銷售公司，四川 成都 610000)

毛彥恒(西南油氣田分公司輸氣管理處儀隴作業(yè)區(qū)，四川 成都 610000)

1 X80管道復(fù)合焊接工藝國內(nèi)外的使用情況

我國已經(jīng)有很多的組織對這種復(fù)合焊接工藝，以及焊接質(zhì)量的控制進行了研究，而且得到了一些成果，但是還沒有在商業(yè)方面應(yīng)用這種激光、電弧的復(fù)合焊接設(shè)備，也沒有管道全位置的相關(guān)復(fù)合研究方面的報道。在國外也有很多的機構(gòu)研究了管道的復(fù)合焊接技術(shù)，其中以激光、電弧復(fù)合焊接技術(shù)為重點。在國外有些公司已經(jīng)對管道激光、電弧焊接技術(shù)進行焊接實驗，并且取得了比較值得滿意的結(jié)果。

2 對于激光、電弧復(fù)合焊接技術(shù)

2.1 激光、電弧復(fù)合焊接技術(shù)所具有的優(yōu)勢

在長途的管道傳輸過程中，焊接的一般流程是：打底焊、熱焊、填充焊、蓋面焊。現(xiàn)在，西氣東輸?shù)裙艿纻鬏斨?，常用的焊接工藝包括纖維素焊條手工電弧焊、自動內(nèi)焊機、自動外焊機、半自動STT根焊等方式。這些方式在焊接的質(zhì)量上很難得到很好的控制，而且焊接速度也并不佳，所以，激光、電弧復(fù)合焊接工藝具有以上的焊接工藝所沒有的優(yōu)勢，包括：焊接的效率高，比其他的焊接技術(shù)速度快，熔深大；能夠節(jié)約焊材；提升焊接質(zhì)量。

2.2 激光、電弧復(fù)合焊接工藝在管道焊接中運用的可行性

激光焊接工藝和電弧的焊接技術(shù)相比，速度更快，焊接所學(xué)的材料更少，之所以沒有得到廣泛的應(yīng)用，是因為下面幾種原因：全位置的焊接工藝很復(fù)雜，在長距離的管道焊接過程中，一般都運用向下焊接的技術(shù)，從管頂?shù)奈恢瞄_始平焊，然后立焊，再進行仰焊要想達到很好的焊接效果，那么這些不一致的工位就要求不同的焊接參數(shù)。焊縫的韌性并不好，雖然它的強度很高，而激光焊接工藝因為焊縫處的合金元素有損失，卻不能得到及時的補充，以及熔池的溫度并不是每個地方都一樣，這就容易導(dǎo)致硬脆接頭。除此之外，激光輸出的功率的不能夠滿足生產(chǎn)效率的要求或者壁厚的要求，設(shè)備不容易攜帶設(shè)備并不是很可靠，設(shè)備購買成本過高，都是激光焊接工藝沒有得到廣泛的應(yīng)用的原因，使其沒有運用在管道的施工現(xiàn)場。

3 各種影響復(fù)合焊接工藝和焊接質(zhì)量的因素

3.1 光絲間距對復(fù)合焊工藝的影響

光絲的間距是指激光的光斑中心和沒有起弧的焊絲及工件的交點的距離。改變電弧、激光間的距離，對焊縫的影響十分大。經(jīng)過研究，可以得出這樣的結(jié)論，當激光、電弧的距離大約是4毫米的時候，復(fù)合焊接工藝的焊接效果比較而言會好一點，焊縫的背面存在焊接瘤的可能性相對較低，球粒減少，焊縫的正面也相對較好一些。這種情況下，當光絲的間距達到一定的程度時，激光和電弧直接不在存在復(fù)合的關(guān)系，是兩個單獨的熔池，兩個熔池不存在耦合的反應(yīng)。這個程度根據(jù)研究實驗表明應(yīng)為10毫米左右，這時激光和電弧已經(jīng)不再起到復(fù)合的作用。

3.2 焊縫間隙對復(fù)合焊接工藝的影響

焊接不存在縫隙時，不容易焊透；而增加焊接的縫隙，在焊接的過程中又容易造成焊瘤等問題，且背面成形也不好。相反的，間隙過大時可能會造成對接的接頭熔深方向不能融合。因此，應(yīng)該注重復(fù)合焊接工藝中焊縫的大小。根據(jù)研究實驗，我們發(fā)現(xiàn)復(fù)合焊接中間隙的距離最好是控制在0.3到1.5毫米之間，這時候激光能夠很好地發(fā)揮作用，而且電弧的填充也能夠達到很好地效果。

3.3 組對坡口對焊接工藝及質(zhì)量的影響

組對坡口對焊接工藝以及質(zhì)量也有很大的影響。一般來說，坡口的面積越大，所需要的填充物就越多，這樣所耗費的成本就越多。而坡口形式鈍邊的打底時角度減小的時候，會在增加打底時焊接的難度的同時給外側(cè)焊接也造成極大的工作難度。而打底時鈍邊的存在也直接的影響焊接的熔透性，熔透性的下降會影響焊接的質(zhì)量。這些都是組對坡口對焊接質(zhì)量造成影響的原因。

3.4 焊接參數(shù)對焊接工藝及質(zhì)量的影響

在激光、MAG復(fù)合熱源的焊接過程之中，因為會受到激光光致等離字體和匙孔產(chǎn)生的金屬的蒸汽離子的影響，焊接電流、焊接電壓以及焊接的速度等焊接的參數(shù)對焊接過程的穩(wěn)定性、稀釋率及焊接的形狀等均會產(chǎn)生影響，因而影響焊接的質(zhì)量。焊接的電流、電壓增大時，工件的電弧力和熱輸入都會變大。當電流過大時會導(dǎo)致熔深的增加，從而降低焊縫處金屬的塑性，可能造成燒穿、咬邊等情況。而電流過小會造成沒有焊透、未熔合等焊接缺陷。焊接電壓過大時可能會導(dǎo)致熔深減少而熔寬變大，電弧失去穩(wěn)定的情況，使得造成焊瘤等現(xiàn)象。

3.5 施焊環(huán)境對焊接工藝的影響

在特定的環(huán)境下，施焊環(huán)境如空氣的相對濕度、溫度、風速等,對焊接質(zhì)量的影響也很大。因為焊接操作常常在室外露天進行，必然受到外界環(huán)境的影響。環(huán)境因素的影響控制起來比較容易，在環(huán)境因素不符合條件的時候，如風力過大或者雨雪天氣，應(yīng)該暫停焊接工作，或者進行有效的防護措施之后再進行焊接，在過低的氣溫下應(yīng)該對工件現(xiàn)預(yù)熱等。否則，由于受到惡劣環(huán)境的影響，很容易使得最終焊接的產(chǎn)品質(zhì)量不合格，例如出現(xiàn)焊瘤，表面不平整等狀況。

4 結(jié)語

復(fù)合焊接技術(shù)具有很多優(yōu)越性，而且復(fù)合焊接技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用也是可行的。經(jīng)過研究，我們認為復(fù)合焊接技術(shù)可以使焊接質(zhì)量控制的問題得到解決，具有很好的發(fā)展前景，應(yīng)該有很廣泛的應(yīng)用市場。

[1]劉文川.X80管道全位置激光/電弧復(fù)合焊接工藝研究[D].西南石油大學(xué)，2013.5.20.

[2]馮杰才.高強鋼厚板激光-GMAW復(fù)合雙面同步橫焊特性研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.9.1.