CN118023709A - 一种基于坡口设计的复合焊接系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于管道焊接领域，具体涉及一种基于坡口设计的复合焊接系统和方法。一种激光热源焊接油气输送管道的复合焊接系统，GMAW焊机接送丝机，送丝机接GMAW焊炬，激光发射器接激光焊炬；GMAW焊炬和激光焊炬在焊接时，能够对准待焊接管道上的管道坡口。提出新的复合焊接方法与传统的GTAW、GMAW等方法相比，大幅提高了管道焊接施工效率。同时在管道接缝上加工可互相匹配的台阶形坡口，采用激光进行小进给量s形扫描，可以有效保证管道根焊质量和效率，提高焊接时的组对静度。管道坡口填充焊采用激光‑GMAW复合焊接方法，与传统GMAW相比，大幅提升了填充焊效率。
Description
技术领域
本发明属于管道焊接领域，具体涉及一种基于坡口设计的复合焊接系统和方法。
背景技术
在石油天然气行业，管道运输为跨国运输的主要方式，具有运量大、运价低、损耗少、安全可靠、连续性强、管理方便的特点，在降低运维成本、减小动力消耗、提升运输能力方面均优于铁路运输。管道建设主要采用野外铺设+现场焊接的方式，焊接工艺主要包括内、外焊组合、独立外焊两大类，其中，采用单面焊接双面成形的独立外焊方法适用于各类口径管道的焊接，具有显著的优越性，在未来的管道智能化焊接中具有广阔的应用前景。
油气输送管道通常壁厚较大，焊接时需要预先加工坡口，进行多道焊接。其中，根焊层质量将严重影响后续焊道的性能，进而影响接头的整体性能。因此，在管道焊接中如何预防根焊缺陷、提升根焊质量是工艺人员关注的重要问题。对于单面焊接双面成形工艺的根焊层，目前主要采用GTAW(钨极惰性气体保护焊)、GMAW(熔化极气体保护焊)等方法，GTAW焊缝成形好、缺陷少，容易获得良好的根焊质量，但受限于钨极的载流能力，焊接效率极低，且钨极长期焊接过程中容易产生烧损，与工件发生碰触后也会导致工件夹钨缺陷产生，而GMAW的熔合比较小，用于根焊容易产生坡口、钝边未熔合等焊接缺陷。因此，发展高效率的管道根焊工艺方法，具有重要的工程应用价值。
近年来，激光焊接因超高的效率获得快速发展和推广应用。然而，直接采用激光焊接Y形坡口(单面焊接双面成形常用坡口)，需要坡口装配时不错边、无间隙，且激光焊接过程中需要与钝边位置严格对中，对装配精度要求过高，在目前的工业环境下难以普遍应用。在根焊后续的填充焊中，若继续采用激光焊接需要旁轴填丝，对焊丝与激光的相对位置精度要求较高，易产生焊丝未熔入熔池等问题，降低焊接过程稳定性，
专利CN202210280088.1提供了一种易燃易爆介质输送管道用激光焊接设备，主要目的是焊接时形成隔离空间，提升保护效果，未关注管道焊接的组对精度问题。专利CN109514086B提供了一种连续管全位置激光焊接工艺方法，专利CN202111661900.7也提供了一种全位置激光焊接系统及焊接方法，但两者均全程采用激光焊接，且均未考虑激光焊接组对精度问题。
发明内容
本发明提出一种基于坡口设计的复合焊接系统和方法，以解决现有技术中管道焊接易于造成根焊缺陷、影响根焊质量的问题和缺少激光热源焊接参与、施工效率低下的问题。
为达上述目的，本发明提出技术方案如下：
一种基于坡口设计的复合焊接系统，包括GMAW焊机、送丝机、GMAW焊炬、激光焊炬、激光发生器；
GMAW焊机正极接送丝机，送丝机接GMAW焊炬，激光发射器接激光焊炬；
GMAW焊炬和激光焊炬在焊接时，能够对准待焊接管道上的管道坡口。
优选的，还包括保护气吹入装置；
保护气吹入装置在焊接时，能够对准待焊接管道上的管道坡口吹保护气体。
一种基于坡口设计的复合焊接方法，包括如下步骤：
步骤一：在待焊接管道的边缘预制管道坡口；
步骤二：清理管道坡口附近的油污；
步骤三：使用激光焊炬s形循环扫描管道坡口的根部平台；
步骤四：清理步骤三中激光焊炬工作后的坡口平台部位的飞溅和氧化物；
步骤五：GMAW焊炬和激光焊炬共同工作，完成坡口内部多层多道填充焊接。
优选的，步骤一中，所述管道坡口为钝边部分包括第一凸出段和第二凸出段，第一凸出段和第二凸出段相互配合。
优选的，步骤一中，所述第一凸出段和第二凸出段的长边为3mm，短边为2mm；第一凸出段和第二凸出段长边与短边都相互垂直。
优选的，管道坡口的斜边部分相隔8mm。
优选的，步骤二中，使用丙酮清理管道坡口附近的油污。
优选的，激光焊炬扫描范围覆盖两侧管道坡口根部的垂直边缘；激光焊炬的激光水平方向给进量为0.5mm/次。
优选的，步骤三中，激光焊炬工作的同时，保护气吹入装置对管道坡口处吹入保护气。
优选的，步骤五中，GMAW焊炬和激光焊炬工作的同时，保护气吹入装置对管道坡口处吹入保护气。本发明的有益之处在于：
采用激光-GMAW复合的方法进行填充焊接，兼顾效率的同时提升了焊接稳定性；在管道坡口上加工可互相匹配的台阶形坡口，采用激光进行小进给量s形扫描，可以有效保证管道根焊质量和效率，提高了焊接时的组队精度。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为一种基于坡口设计的复合焊接系统和方法。
图2为坡口设计示意图。
图3为激光扫描路径示意图。
图4为预制坡口尺寸示意图。
1为GMAW焊机、2为送丝机、3为GMAW焊炬、4为激光焊炬、5为保护气吹入装置、6为激光发生器、7为待焊接管道、71为第一凸出段、72为第二凸出段。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1：
如图1所示，本发明提供一种基于坡口设计的复合焊接系统，其特征在于，包括GMAW焊机1、送丝机2、GMAW焊炬3、激光焊炬4、保护气吹入装置5、激光发生器6和待焊接管道7；GMAW焊机1正极接送丝机2，送丝机2接GMAW焊炬3，激光发射器6接激光焊炬4，GMAW焊炬3、激光焊炬4和保护气吹入装置5都对准待焊接管道7上的管道坡口。
一种基于坡口设计的复合焊接方法，具体步骤如下：
步骤一：如图2所示，在待焊接管道7的边缘预制管道坡口，所述管道坡口是在Y形坡口基础上改变钝边形状形成，将钝边部分改为台阶形状，包括第一凸出段71和第二凸出段72，第一凸出段71和第二凸出段72为大小相同的长方形，彼此相互配合，使管道坡口组对完成后钝边部位的配合部分在水平方向有交叠，管道坡口组对时需确保紧密结合，提高了焊接时的组对精度；
所述管道的壁厚大于5mm；
步骤二：采用丙酮清理管道坡口附近的油污；
步骤三：利用激光焊炬4以s形循环扫描管道坡口根部平台，如图3，此时GMAW焊炬不工作，确保激光彻底熔透工件；激光焊炬4扫描宽度必须覆盖两侧管道坡口根部的垂直边缘；激光水平方向进给量为0.5mm/次；激光焊炬4工作期间，保护气吹入装置5对管道坡口处吹入保护气；
步骤四：清理激光焊接后的坡口平台部位的飞溅和氧化物；
步骤五：GMAW焊炬3和激光焊炬4共同工作，完成坡口内部多层多道填充焊接，GMAW焊炬3和激光焊炬4工作的同时，保护气吹入装置5对管道坡口处吹入保护气。
本发明将产生以下有益效果：
本发明引入激光热源焊接油气输送管道，与传统的GTAW、GMAW等方法相比，大幅提高了管道焊接施工效率。
在管道接缝上加工可互相匹配的台阶形坡口，提高了组对的精度，采用激光进行小进给量s形扫描，可以有效保证管道根焊质量和效率。
管道坡口填充焊采用激光-GMAW复合焊接方法，与传统GMAW相比，大幅提升了填充焊效率。
实施例2：
焊接X80油气长输管道，管道壁厚为30mm，预制坡口尺寸如图4所示，采用焊丝为ER80S-G，焊丝直径为1.2mm，采用Ar与CO2(8:2)的混合气体保护，具体实施方式如下：
(1)采用丙酮清理干净坡口附近的油污。
(2)不打开GMAW焊机1开关，利用纯激光以图3路径扫描熔化坡口根部平台部位，确保每次扫描均完全熔透，扫描进给量为0.5mm/次。
(3)采用角磨机清理激光根焊的焊缝表面。
(4)采用激光-GMAW复合焊枪完成坡口的填充焊接，主要工艺参数为：焊接电流160A，激光功率为1.5kW，光丝间距2mm，焊接速度为1m/min，气体流量为18L/min。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.一种基于坡口设计的复合焊接系统，其特征在于，包括GMAW焊机(1)、送丝机(2)、GMAW焊炬(3)、激光焊炬(4)、激光发生器(6)；
GMAW焊机(1)正极接送丝机(2)，送丝机(2)接GMAW焊炬(3)，激光发射器(6)接激光焊炬(4)；
GMAW焊炬(3)和激光焊炬(4)在焊接时，能够对准待焊接管道(7)上的管道坡口。
2.如权利要求1所述的一种基于坡口设计的复合焊接系统，其特征在于，还包括保护气吹入装置(5)；
保护气吹入装置(5)在焊接时，能够对准待焊接管道(7)上的管道坡口吹保护气体。
3.一种基于坡口设计的复合焊接方法，基于权利要求1-2中任一项所述的一种基于坡口设计的复合焊接系统，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：在待焊接管道(7)的边缘预制管道坡口；
步骤二：清理管道坡口附近的油污；
步骤三：使用激光焊炬(4)s形循环扫描管道坡口的根部平台；
步骤四：清理步骤三中激光焊炬(4)工作后的坡口平台部位的飞溅和氧化物；
步骤五：GMAW焊炬(3)和激光焊炬(4)共同工作，完成坡口内部多层多道填充焊接。
4.如权利要求3所述的一种基于坡口设计的复合焊接方法，其特征在于，步骤一中，所述管道坡口为钝边部分包括第一凸出段(71)和第二凸出段(72)，第一凸出段(71)和第二凸出段(72)相互配合。
5.如权利要求4所述的一种基于坡口设计的复合焊接方法，其特征在于，步骤一中，所述第一凸出段(71)和第二凸出段(72)的长边为3mm，短边为2mm；第一凸出段(71)和第二凸出段(72)长边与短边都相互垂直。
6.如权利要求3所述的一种基于坡口设计的复合焊接方法，其特征在于，管道坡口的斜边部分相隔8mm。
7.如权利要求3所述的一种基于坡口设计的复合焊接方法，其特征在于，步骤二中，使用丙酮清理管道坡口附近的油污。
8.如权利要求3所述的一种基于坡口设计的复合焊接方法，其特征在于，激光焊炬(4)扫描范围覆盖两侧管道坡口根部的垂直边缘；激光焊炬(4)的激光水平方向给进量为0.5mm/次。
9.如权利要求3所述的一种基于坡口设计的复合焊接方法，其特征在于，步骤三中，激光焊炬(4)工作的同时，保护气吹入装置(5)对管道坡口处吹入保护气。
10.如权利要求3所述的一种基于坡口设计的复合焊接方法，其特征在于，步骤五中，GMAW焊炬(3)和激光焊炬(4)工作的同时，保护气吹入装置(5)对管道坡口处吹入保护气。
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