激光焊技術在管道焊接中的應用

摘 要：隨著激光焊技術被廣泛應用到管道焊接中，激光焊技術本身的一些缺陷逐漸顯現出來，譬如激光焊技術能源利用率不高，焊縫熔深不好控制等，為了彌補激光焊技術的某些不足，激光焊復合技術應運而生。文章對比激光焊與激光-電弧焊技術的各項指標，并結合大小口徑管道自身特點，以長輸管道為例，探討它們在管道焊接中的應用。

關鍵詞：激光焊；激光-電弧焊；大小口徑；長輸管道；應用

激光焊技術的特點是焊接速度快，熱傳導的熱輸入量小，縮短焊接時間，節省材料，不需要電極，不存在電極污染，但是其熱源利用率卻不高，對于較厚大口徑管道來說，單純采用激光焊技術，焊接熔深不夠。為了解決激光焊技術在較厚大口徑管道上的不足，將其與電弧焊技術融合，形成激光-電弧焊技術，在國外，這種技術已經被使用在管道制造與軌道車輛等領域，我國也對這種技術進行了理論與工藝探索，但實際應用方面尚有欠缺[1]。

1 激光焊與激光-電弧焊技術

1.1 激光焊技術優缺點

激光焊技術是將激光直接輻射到金屬表面，小范圍地迅速作用于金屬，通過兩者之間的熱傳導，產生的熱源使金屬熔化后冷卻，便結晶形成焊接。其優點：激光作用面積小、焊接速度快、熱影響小、金屬變形小、節約金屬。其缺點：熱源利用率低，在熱傳導過程中，浪費部分熱源，熱源不是全部作用到金屬，造成未填滿，未融合；熱源不夠，對于較厚金屬，焊接后熔深不夠，造成斷裂與氣孔，達不到預期效果；對操作人員技術要求較高，要求工裝精度高；金屬對激光反射率高，造成激光利用率不好；在實際生產中，生產成本高。

1.2 激光-電弧焊技術

激光-電弧焊技術是近年來出現的一種新型焊接技術，是在激光焊技術中融入電弧焊技術，使兩種技術優勢互補，這種技術的優點為熱源利用率高、熱輸入量小、熔深大、焊接速度快、間隙適應能力強等，其焊接速度可達到激光焊技術的一倍，能夠大大改善焊縫成形與質量，與單純激光焊技術相比，其熔深最大可增加20%，大大降低對操作人員技術的要求，降低工裝精度，在一定程度上降低生產成本。這種技術的原理：激光焊技術之所以熱源利用率低，是因為其產生的等離子體，電弧能夠在金屬表面形成淺層熔池，熔池能夠吸收部分等離子體，從而提升熱源利用率，熔池還能夠減少激光反射，降低激光反射率，激光與電弧相互作用，能夠大大增強焊接熔深，激光焊技術之所以在實際生產中造成生產成本高，是因為其對工裝精度與光束定位要求高，當工件裝配間隙大于3mm或大于工件厚度的10%，會給焊接造成未填滿、未融合，這要求在焊接前做好充分準備，會耗費大量時間，而激光-電弧焊接技術加大熱源作用范圍，在一定時間內熔化更多的金屬，熔化的金屬起到搭橋作用，降低對裝配間隙的要求，從而大大降低生產成本。

2 激光焊技術在管道焊接中的應用

2.1 應用概述

20世紀70年代，激光焊技術主要應用在超薄板焊接，80年代以后，主要應用在工業生產，尤其是汽車制造業，90年代，美國管道局將激光焊技術應用到長輸管道焊接中，而我國在西氣東輸中，也已應用激光-電弧焊技術。可見，激光焊技術已得到各國的高度重視，尤其是我國已著手研制管道全位置焊接激光技術或電弧復合焊技術設備，并預備將其應用到管道焊接中，可見激光技術的出現，將大大提升我國管道焊接技術。事實上，外國已實現激光復合焊技術在各個領域的應用，我國將對這一技術進行改良，突破原有管道焊接技術。

2.2 大小口徑應用對比

隨著工業技術的發展，大口徑、厚壁的管道越來越受到青睞，這就要求有高質量的焊接技術，原有傳統焊接技術已無法實現，而單純使用激光焊技術又容易造成焊接缺陷，提高成本，因為激光焊技術自身缺陷問題，其更適合焊接小口徑、薄壁的管道，這時，如果使用激光-電弧焊技術將彌補激光焊技術的不足，因為其自身作用金屬表面而形成的淺層熔池能夠極大提升熱源利用率，提升焊接熔深，所以其更適合應用在大口徑、厚壁管道焊接中，這樣能有效避免焊接缺陷的發生，更好完成大口徑、厚壁管道焊接管道。試想一下，如果將激光-電弧焊應用到小口徑、薄壁管道焊接中，激光-電弧焊技術產生的大量熱源將使得管壁迅速熔化變形，甚至是穿透，這樣不但浪費大量熱源而且還達不到預想的效果，造成不必要的缺陷，更需要操作精準的操作人員，而將激光焊技術應用到大口徑、厚壁管道需要花費大量的時間，增加不必要的工作，提升成本。

2.3 長輸管道激光焊接應用

長輸管道運輸多使用的是大口徑、厚壁管道，研究表明，使用激光-電弧焊技術，尤其是全位置激光-電弧焊技術，將大大減少接頭部缺陷。長輸管道的特點是：距離長，大口徑、壓力大，管壁厚。這就對焊接提出新要求，首先要提高焊接質量，因為距離長，管道焊接質量得不到保障，將大大提升各種隱患的發生率，造成不可估量的損失；其次要提高焊接速度，這是針對大口徑、壓力大提出的，焊接緩慢，將耗費大量熱源，造成不必要地浪費；最后要提高焊接熔深，這是針對管壁厚提出的，熔深不夠，將造成氣孔等焊接缺陷出現。激光-電弧焊技術以其熱源利用率高、焊接速度快、熔深大的優勢，被廣泛應用到長輸管道運輸中，大大提升了管道焊接質量，減小危險隱患的發生率，同時降低對操作人員和工裝的精度要求，很大程度上降低花銷與生產成本，提升運輸安全，為管道焊接安裝人員保駕護航。

3 結束語

管道焊接技術的好壞直接關系到整個管道運輸的安全，沒有好的管道焊接技術，將增大對施工人員的技術考驗，使其耗費更多的精力與時間，像長輸石油管道出現泄漏，將造成不可估量的后果。所以管道焊接技術的選擇非常重要，將激光焊技術應用到管道焊接中，將大大減少風險隱患的發生，減少焊接缺陷的發生，節省人力、物力，這里要特別注意，單純激光焊技術比較適合小口徑、薄管壁的管道焊接中，而激光-電弧焊技術對激光焊技術進行了補充，激光焊技術與電弧焊技術相互促進，兩者強強聯合，將其應用大口徑、厚管壁的管道焊接中是必然選擇，尤其是將其應用到長輸管道焊接中，更是相得益彰。

參考文獻

[1]李業雄.中、厚板激光-電弧復合多層焊工藝研究[D].吉林大學，2013.

[2]曹永利，黃福祥，王勤.我國長輸管道焊接技術進展及發展方向[J].石油科技論壇，2012（1）：8-11.

作者簡介：韓榮生（1972，6-），男，陜西省西安市人，大專學歷，1992年參加工作，工作以來從事各種焊接工作。