CN111001937B - 一种油气长输管道环焊缝激光电弧复合焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种油气长输管道环焊缝激光电弧复合焊接方法。主要解决现有的激光焊焊缝粗糙、焊缝处应力集中系数大、焊缝疲劳强度低的问题。其特征在于：(一)、调整管道、电弧焊接热源和激光束的位置，先固定电弧焊枪位置，使电弧电极垂直于管道焊缝切线方向，激光束位于焊缝上部电弧电极的前端，并使激光束与电弧重叠；(二)、调整激光束及电弧热源的参数，将激光束与电弧形成的复合热源对准管道焊缝；(三)、使激光束与电弧电极一同沿焊缝向前移动，对管道进行焊接。该油气长输管道环焊缝激光电弧复合焊接方法利用焊接电弧和激光束形成的复合热源，实现整体热源的穿透能力的调控，可大幅度提高管道环焊缝的焊接效率和焊接质量。

Description

一种油气长输管道环焊缝激光电弧复合焊接方法
技术领域
本发明涉及油田领域，具体说是一种油气长输管道环焊缝激光电弧复合焊接方法。
背景技术
管道环焊是管道现场施工中的关键环节，目前大多采用焊条电弧焊、药芯焊丝半自动焊和熔化极气体保护焊(GMAW)等方式进行，但上述焊接方法的缺点是完成一个管道焊接需要多层焊道。目前激光焊接技术应用于管道环焊缝焊接焊接，无需开坡口或者坡口尺寸很小，甚至可以一次焊透，无疑是管道焊接技术的又一场革命，但单纯的激光焊和激光填丝焊焊缝粗糙，焊缝处应力集中系数大，且焊接过程中要求较高的接头装配精度(接头装配间隙小于0.5mm)，试验证明，单纯激光焊焊接厚壁金属，焊缝疲劳强度低，影响管道质量。
发明内容
为了克服现有的激光焊焊缝粗糙、焊缝处应力集中系数大、焊缝疲劳强度低的不足，本发明提供一种油气长输管道环焊缝激光电弧复合焊接方法，该油气长输管道环焊缝激光电弧复合焊接方法利用焊接电弧和激光束形成的复合热源，实现整体热源的穿透能力的调控，满足在管道环焊缝不同位置上实现不同参数调整，大幅度提高管道环焊缝的焊接效率和焊接质量，拓展激光焊接的应用领域。
本发明的技术方案是：一种油气长输管道环焊缝激光电弧复合焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
(一)、调整管道、电弧焊接热源和激光束的位置，先固定电弧焊枪位置，使电弧电极垂直于管道焊缝切线方向，激光束位于焊缝上部电弧电极的前端，并使激光束与电弧重叠；
(二)、调整激光束及电弧热源的参数，将激光束与电弧形成的复合热源对准管道焊缝；
(三)、使激光束与电弧电极一同沿焊缝向前移动，对管道进行焊接。
进一步，激光束与电弧电极之间的夹角为15°≤A≤45°。
进一步，激光的功率为200－1000W，激光离焦量为-5～5mm，电弧功率为500～600W，激光束与电弧前端的距离为1.0～5.0mm。
进一步，激光束与电弧电极的移动速度为0.8～1.3m/min。
进一步，管道环焊缝在不同的焊接位置进行焊接时，焊接速度、电弧焊接电流、激光功率、激光束与电弧前端距离各参数不同，管道焊接平位时，焊接速度为0.9～1.1m/min，焊接电流为170A～190A，激光功率为300～500W，激光束与电弧前端距离为2.0～3.0mm；管道焊接立位时的焊接方向为从上向下，焊接速度为1.1～1.3m/min，焊接电流为160A～180A，激光功率为200～400W，激光束与电弧前端距离为3.0～5.0mm；管道焊接仰位时，焊接速度为0.8～1.0m/min，焊接电流为180A～200A，激光功率为400～600W，激光束与电弧前端距离为1.0～5.0mm。
本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案，焊接电弧和激光束所形成复合热源，通过热源能量匹配和相位匹配，可大幅提高整体热源的穿透能力，再通过调整激光束作用点与电弧热源的空间位置，可大幅度提高热源的穿透宽度和穿透效率，增加熔宽，降低应力集中系数，单面焊双面成型，改善焊接接头成形质量，拓展管道全位置穿透焊方法的应用范围及应用领域。可替代现有的内焊工艺，焊道焊接效率提高1.5倍以上，缩短焊接施工时间，保证管道大钝边情况下的焊接质量；焊接成本降低，节省了内焊机等设备的购置，大大降低焊接设备的采购成本，有良好的经济效益。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是本发明的俯视图。
图中1-管件，2-激光束，3-电弧电极，4-熔池。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
由图1、图2所示，一种油气长输管道环焊缝激光电弧复合焊接方法，包括以下步骤：
(一)、管道在大钝边的情况下，调整并确定管道、电弧焊接热源和激光束的位置，先将电弧焊枪位置固定，电弧焊枪垂直于焊缝切线方向放置，使电弧电极3对准焊缝；激光束2位于焊缝上电弧电极 3的前端，使激光束2保持和电弧电极3间有夹角A，保证激光束与电弧重叠，其中夹角A为15°≤A≤45°。为保证激光束2与电弧电极3之间位置关系稳定，可以将激光枪与焊枪固定为一体，形成复合焊枪。
(二)、调整激光束及电弧热源的参数，将激光束与电弧形成的复合热源对准管道焊缝；其中激光的功率为200－600W，激光离焦量为-5～5mm，电弧功率为500～600W，激光束与电弧前端的距离为 1.0～5.0mm，具体参数根据不同的焊接位置进行调整。
(三)、操作激光枪与焊枪形成的复合焊枪一同沿焊缝向前移动，使激光束2与电弧电极3一同对管件1进行焊接，激光束2与电弧电极3的移动速度为0.8～1.3m/min。
管道环焊缝在不同的焊接位置进行焊接时，熔池4由于受到重力的影响，会在平位、立位和仰位呈现不同的状态，激光与电弧复合的状态不同，因此在激光束与焊枪运行过程中需要焊接速度、电弧焊接电流、激光功率、激光束与电弧前端距离等各参数随之变化，以保证焊缝质量。管道焊接平位时，焊接速度为0.9～1.1m/min，焊接电流为170A～190A，激光功率为300～500W，激光束与电弧前端距离为 2.0～3.0mm；管道焊接立位时的焊接方向为从上向下，焊接速度为 1.1～1.3m/min，焊接电流为160A～180A，激光功率为200～400W，激光束与电弧前端距离为3.0～5.0mm；管道焊接仰位时，焊接速度为0.8～1.0m/min，焊接电流为180A～200A，激光功率为400～600W，激光束与电弧前端距离为1.0～5.0mm。
该焊接方法针对管道不同焊接位置的参数需求，通过精确调控激光作用点与电弧热源的相对位置、激光参数和电弧参数以及激光与电弧能量耦合状态，用低功率激光诱导电弧完成在管道环焊缝不同位置上焊缝的焊接，实现管道穿透深度和宽度的精确调控，进而满足焊道的良好熔合需求。焊接过程中的激光束采用脉冲模式，电弧热源采用熔化极气体保护焊，在焊接电弧热源中再加入一个激光束能量，形成复合热源，打底焊接时可熔化更大尺寸的钝边，完成焊缝的单面焊双面成型，并且减少焊接层数，提高焊接效率和降低焊接成本。
该方法中管道焊接方向是从上到下，在焊接电弧运动方向前方加入一个低功率的激光束，起到了诱导和复合电弧的双重作用。作用原理是使用低功率的激光在电弧前端诱导电弧等离子体放电，从而可有效控制电弧等离子体的运动方向和摆动范围，增加熔宽，减少未熔合等焊接缺陷。同时激光将等离子体能量增强，作用于液态熔池形成了“匙孔”，增加了熔深。
实施例一：X80材质的Φ813×16mm管件激光诱导电弧复合焊。
熔化极气体保护焊电弧垂直管道坡口位置，激光倾斜入射的方法进行焊接，其中电弧与激光之间的夹角A＝30°，电弧电流180A，激光采用脉冲模式，激光平均输出功率为500W，激光作用点与热源中心点之间的距离Dla＝1.0-5.0mm，焊接速度1.5m/min。采用上述工艺能够实现φ813×16mm管道焊缝成型美观，高效率、低变形的焊接制造。
实施例二：X80材质的Φ1422×22mm管件激光诱导电弧复合焊。
熔化极气体保护焊电弧垂直管道坡口位置，激光倾斜入射的方法进行焊接，其中电弧与激光之间的夹角A＝30°，电弧电流180A，激光采用脉冲模式，激光平均输出功率为500W，激光作用点与热源中心点之间的距离Dla＝1.0-5.0mm，焊接速度1.5m/min。采用上述工艺能够实现φ1422×22mm管道焊缝成型美观，高效率、低变形的焊接制造。

Claims (2)

1.一种油气长输管道环焊缝激光电弧复合焊接方法，其特征在于包括以下步骤：
（一）、调整管道、电弧焊接热源和激光束的位置，先固定电弧焊枪位置，使电弧电极垂直于管道焊缝切线方向，激光束位于焊缝上部电弧电极的前端，并使激光束与电弧重叠；
（二）、调整激光束及电弧热源的参数，将激光束与电弧形成的复合热源对准管道焊缝；
（三）、使激光束与电弧电极一同沿焊缝向前移动，对管道进行焊接；
管道环焊缝在不同的焊接位置进行焊接时，焊接速度、电弧焊接电流、激光功率、激光束与电弧前端距离各参数不同，管道焊接平位时，焊接速度为0.9～1.1m/min，焊接电流为170A～190A，激光功率为300～500W，激光束与电弧前端距离为2.0～3.0mm；管道焊接立位时的焊接方向为从上向下，焊接速度为1.1～1.3m/min，焊接电流为160A～180A，激光功率为200～400W，激光束与电弧前端距离为3.0～5.0mm；管道焊接仰位时，焊接速度为0.8～1.0m/min，焊接电流为180A～200A，激光功率为400～600W，激光束与电弧前端距离为1.0～5.0mm。
2.根据权利要求1所述的油气长输管道环焊缝激光电弧复合焊接方法，其特征在于：激光束与电弧电极之间的夹角为15°≤A≤45°。
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