长输管道的激光焊接技术

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1、长输管道的激光焊接技术天津大学材料学院(300072)李建军杜则裕中国石油管道焊接培训中心(廊坊市065000)吴大可摘要激光作为新型的焊接能源已经引起世界各国的重视。国际上，许多研究单位都在长输管道的激光焊接技术方面开展了大量的研究工作。国内石油管线建设的研究、施工及管理部门都应当关注、参与并且尽快的开展一些激光焊接技术的相关研究及试验工作。这对于中国管道事业的又好又快发展具有重要的意义。关键词：长输管道激光激光一TlG复合焊中图分类号：TG457．190前言高峰，在世界能源竞争日趋激烈的今天，积极开展长输管道激光焊技术的研究有着十分重要的现实意义。。。苎墓至油季釜兰三当箩叠

2、凳娄要篓蔓孽些也，激光一电弧复合焊技术在蓬勃发展。近年来世界长输管道建设已达到230×～⋯一⋯⋯一104km以上，中国长输管道建设也已超过4x104km，由于激光器能量转换效率低，一般焊接较厚的金而且向着长距离、高压力、大口径、大壁厚和高强度级属板，需要较大的功率激光器。一般情况下，1kw的别的管线钢发展。中国在原油长输管道的基础上，已激光器可以焊接lmm厚的金属板，50mm厚的金属就经发展到天然气管道、成品油管道、矿浆和高压输水管需要功率50kw的激光器，因此要求激光焊接的设备道的建设阶段。现已开工的西气东输二线工程管道直应当有很高的功率。这不仅需要成本很高，而且体积径已经达

3、到西1420mm，长度为9000km。中国承建的也很大。所以，只有一些非常精密贵金属零件在室内国外管道工程中，直径已经达到了咖l219mm，壁厚接焊接时才选用激光焊工艺。近年来，一些学者已经研近30mm。西气东输二线的设计压力为12MPa。今后究出了激光一电弧复合焊。采用激光一电弧复合焊，几年，中国还要建设近2×104km管道，随着越来越高可以有效利用电弧能量，补充激光器的不足，降低对于的要求和大量的管道建设，从半自动焊发展到激光发生器的功率需求，以达到高效焊接和获取高质目前双丝自动焊。现在，工业先进国家已经开始了在管量的焊缝，激光一电弧复合热源焊接的典型焊缝如图1道焊接施丁中

4、应用激光焊技术的研究。激光焊与传所示，它大大降低了激光焊接应用的成本和激光焊接统的焊接技术相比，在焊接质量、精度、效率、可靠性、要求的装配精度。由于一般母材在固态时对激光的吸洁净性和自动化程度等方面都具有无可比拟的优越性。结合长输管道的焊接施工特点，采用激光焊工艺具有很高的技术经济合理性。激光的功率密度高达105～107W／cm2，可以获得较大的熔深。由于激光的能量高度集中，所以焊件上的变形很小。激光的加热范围很小，在相同功率及工件厚度的条件下，激光焊的焊接速度可以很快。由于以上这些优点，国内外管道研究院所、施工单位均对长输管道的激光焊技术很感兴趣。目前，英国、日本、美国、德国

5、等国家都在积极开发激光焊技术。中国现阶段正面临着管道建设的收稿日期：2008一04一19图l激光一电弧复合热源焊接的典型焊缝。2008年第7期57收率很低，而熔化后液态吸收率可达50％一100％。因此，采用激光一电弧复合焊时，电弧先熔化母材，紧接着激光照射，提高母材对激光的吸收率，从而大大提高了焊接效率。激光一电弧复合焊从20世纪70年代提出以来，就显示出了它特有的优越性。利用激光一电弧复合焊的优点是：①高效、节能、经济性优良；②焊缝成形好，熔深大，较好地控制了焊接变形；③提高了焊接适应性，减少了对于工件间隙错边量的敏感性；④提高了焊缝质量，减少了气孔、裂纹等焊接缺陷。激光一电

6、弧复合焊一般多采用CO：激光器和Nd：YAG(钕：钇铝石榴石)激光器。由于这二种激光器的特点不同，因此在应用中也有所不同。CO：及Nd：YAG两种激光器的比较列于表l。表1两种激光器的比较根据激光一电弧复合焊工艺中采用的电弧种类不同，激光一电弧的复合焊有以下几种方式：(1)激光一ⅡG复合焊激光与r11G复合进行焊接(图2)，焊接速度可达激光焊的2倍。在焊接时，电弧稳定，焊缝成形美观，能比较好的控制气孔和咬边等缺陷。多应用于薄板和不等板厚材料的高速焊。．≥l，磊；焊接方向。。。。。。‘。。。_。-_’-；，，，，t，，，，，，，，，n目保护气体拖斗埝I腻阏钐锄黝图2激光一，11G

7、复合焊示意图(2)激光一MIG复合焊激光一MIG复合焊(图3)利用MIG焊填丝的优点，在提高焊接熔深，增加适应性的同时，还可以改善焊缝冶金性能和微观组织结构。激光一MIG复合焊具有较强的活力，可焊接较厚的板，焊接适应性较强。(3)激光一等离子复合焊激光一等离子复合焊具有刚性好，温度高，方向性强，电弧引燃性好，加热区窄等优点，适应于薄板对接和不等厚板的焊接。(4)激光一双弧复合焊激光一双弧复合焊是激光与两个MIG电弧同时复合进行焊接的工艺。这种焊接工艺的焊接速度比一般的激光一MIG复合焊热源提