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(tuán)燃?xì)怃N(xiāo)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(guó)內(nèi)外的使用情況

我國(guó)已經(jīng)有很多的組織對(duì)這種復(fù)合焊接工藝，以及焊接質(zhì)量的控制進(jìn)行了研究，而且得到了一些成果，但是還沒(méi)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(méi)有管道全位置的相關(guān)復(fù)合研究方面的報(bào)道。在國(guó)外也有很多的機(jī)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(diǎn)。在國(guó)外有些公司已經(jīng)對(duì)管道激光、電弧焊接技術(shù)進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，并且取得了比較值得滿意的結(jié)果。

2 對(duì)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(shì)

在長(zhǎng)途的管道傳輸過(guò)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)裙艿纻鬏斨校Ｓ玫暮附庸に嚢ɡw維素焊條手工電弧焊、自動(dòng)內(nèi)焊機(jī)、自動(dòng)外焊機(jī)、半自動(dòng)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(méi)有的優(yōu)勢(shì)，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(yùn)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(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)橄旅鎺追N原因：全位置的焊接工藝很復(fù)雜，在長(zhǎng)距離的管道焊接過(guò)程中，一般都運(yùn)用向下焊接的技術(shù)，從管頂?shù)奈恢瞄_(kāi)始平焊，然后立焊，再進(jìn)行仰焊要想達(dá)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(qiáng)度很高，而激光焊接工藝因?yàn)楹缚p處的合金元素有損失，卻不能得到及時(shí)的補(bǔ)充，以及熔池的溫度并不是每個(gè)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(gòu)買(mǎi)成本過(guò)高，都是激光焊接工藝沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用的原因，使其沒(méi)有運(yùn)用在管道的施工現(xiàn)場(chǎng)。

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(duì)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(méi)有起弧的焊絲及工件的交點(diǎn)的距離。改變電弧、激光間的距離，對(duì)焊縫的影響十分大。經(jīng)過(guò)研究，可以得出這樣的結(jié)論，當(dāng)激光、電弧的距離大約是4毫米的時(shí)候，復(fù)合焊接工藝的焊接效果比較而言會(huì)好一點(diǎn)，焊縫的背面存在焊接瘤的可能性相對(duì)較低，球粒減少，焊縫的正面也相對(duì)較好一些。這種情況下，當(dāng)光絲的間距達(dá)到一定的程度時(shí)，激光和電弧直接不在存在復(fù)合的關(guān)系，是兩個(gè)單獨(dú)的熔池，兩個(gè)熔池不存在耦合的反應(yīng)。這個(gè)程度根據(jù)研究實(shí)驗(yàn)表明應(yīng)為10毫米左右，這時(shí)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(duì)復(fù)合焊接工藝的影響

焊接不存在縫隙時(shí)，不容易焊透；而增加焊接的縫隙，在焊接的過(guò)程中又容易造成焊瘤等問(wèn)題，且背面成形也不好。相反的，間隙過(guò)大時(shí)可能會(huì)造成對(duì)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(shí)驗(yàn)，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(shí)候激光能夠很好地發(fā)揮作用，而且電弧的填充也能夠達(dá)到很好地效果。

3.3 組對(duì)坡口對(duì)焊接工藝及質(zhì)量的影響

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

3.4 焊接參數(shù)對(duì)焊接工藝及質(zhì)量的影響

在激光、MAG復(fù)合熱源的焊接過(guò)程之中，因?yàn)闀?huì)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(duì)焊接過(guò)程的穩(wěn)定性、稀釋率及焊接的形狀等均會(huì)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(shí)，工件的電弧力和熱輸入都會(huì)變大。當(dāng)電流過(guò)大時(shí)會(huì)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(guò)小會(huì)造成沒(méi)有焊透、未熔合等焊接缺陷。焊接電壓過(guò)大時(shí)可能會(huì)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(duì)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(duì)濕度、溫度、風(fēng)速等,對(duì)焊接質(zhì)量的影響也很大。因?yàn)楹附硬僮鞒３Ｔ谑彝饴短爝M(jìn)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(lái)比較容易，在環(huán)境因素不符合條件的時(shí)候，如風(fēng)力過(guò)大或者雨雪天氣，應(yīng)該暫停焊接工作，或者進(jìn)行有效的防護(hù)措施之后再進(jìn)行焊接，在過(guò)低的氣溫下應(yīng)該對(duì)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(yǔ)

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(guò)研究，我們認(rèn)為復(fù)合焊接技術(shù)可以使焊接質(zhì)量控制的問(wèn)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(chǎng)。

[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(qiáng)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.