激光焊技術(shù)在管道焊接中的應(yīng)用

摘 要：隨著激光焊技術(shù)被廣泛應(yīng)用到管道焊接中，激光焊技術(shù)本身的一些缺陷逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，譬如激光焊技術(shù)能源利用率不高，焊縫熔深不好控制等，為了彌補(bǔ)激光焊技術(shù)的某些不足，激光焊復(fù)合技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。文章對(duì)比激光焊與激光-電弧焊技術(shù)的各項(xiàng)指標(biāo)，并結(jié)合大小口徑管道自身特點(diǎn)，以長(zhǎng)輸管道為例，探討它們?cè)诠艿篮附又械膽?yīng)用。

關(guān)鍵詞：激光焊；激光-電弧焊；大小口徑；長(zhǎng)輸管道；應(yīng)用

激光焊技術(shù)的特點(diǎn)是焊接速度快，熱傳導(dǎo)的熱輸入量小，縮短焊接時(shí)間，節(jié)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(duì)于較厚大口徑管道來(lái)說(shuō)，單純采用激光焊技術(shù)，焊接熔深不夠。為了解決激光焊技術(shù)在較厚大口徑管道上的不足，將其與電弧焊技術(shù)融合，形成激光-電弧焊技術(shù)，在國(guó)外，這種技術(shù)已經(jīng)被使用在管道制造與軌道車輛等領(lǐng)域，我國(guó)也對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行了理論與工藝探索，但實(shí)際應(yīng)用方面尚有欠缺[1]。

1 激光焊與激光-電弧焊技術(shù)

1.1 激光焊技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

激光焊技術(shù)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(guò)兩者之間的熱傳導(dǎo)，產(chǎn)生的熱源使金屬熔化后冷卻，便結(jié)晶形成焊接。其優(yōu)點(diǎn)：激光作用面積小、焊接速度快、熱影響小、金屬變形小、節(jié)約金屬。其缺點(diǎn)：熱源利用率低，在熱傳導(dǎo)過(guò)程中，浪費(fèi)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(duì)于較厚金屬，焊接后熔深不夠，造成斷裂與氣孔，達(dá)不到預(yù)期效果；對(duì)操作人員技術(shù)要求較高，要求工裝精度高；金屬對(duì)激光反射率高，造成激光利用率不好；在實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)成本高。

1.2 激光-電弧焊技術(shù)

激光-電弧焊技術(shù)是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型焊接技術(shù)，是在激光焊技術(shù)中融入電弧焊技術(shù)，使兩種技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為熱源利用率高、熱輸入量小、熔深大、焊接速度快、間隙適應(yīng)能力強(qiáng)等，其焊接速度可達(dá)到激光焊技術(shù)的一倍，能夠大大改善焊縫成形與質(zhì)量，與單純激光焊技術(shù)相比，其熔深最大可增加20%，大大降低對(duì)操作人員技術(shù)的要求，降低工裝精度，在一定程度上降低生產(chǎn)成本。這種技術(shù)的原理：激光焊技術(shù)之所以熱源利用率低，是因?yàn)槠洚a(chǎn)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(qiáng)焊接熔深，激光焊技術(shù)之所以在實(shí)際生產(chǎn)中造成生產(chǎn)成本高，是因?yàn)槠鋵?duì)工裝精度與光束定位要求高，當(dāng)工件裝配間隙大于3mm或大于工件厚度的10%，會(huì)給焊接造成未填滿、未融合，這要求在焊接前做好充分準(zhǔn)備，會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，而激光-電弧焊接技術(shù)加大熱源作用范圍，在一定時(shí)間內(nèi)熔化更多的金屬，熔化的金屬起到搭橋作用，降低對(duì)裝配間隙的要求，從而大大降低生產(chǎn)成本。

2 激光焊技術(shù)在管道焊接中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用概述

20世紀(jì)70年代，激光焊技術(shù)主要應(yīng)用在超薄板焊接，80年代以后，主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)，尤其是汽車制造業(yè)，90年代，美國(guó)管道局將激光焊技術(shù)應(yīng)用到長(zhǎng)輸管道焊接中，而我國(guó)在西氣東輸中，也已應(yīng)用激光-電弧焊技術(shù)?？梢?jiàn)，激光焊技術(shù)已得到各國(guó)的高度重視，尤其是我國(guó)已著手研制管道全位置焊接激光技術(shù)或電弧復(fù)合焊技術(shù)設(shè)備，并預(yù)備將其應(yīng)用到管道焊接中，可見(jiàn)激光技術(shù)的出現(xiàn)，將大大提升我國(guó)管道焊接技術(shù)。事實(shí)上，外國(guó)已實(shí)現(xiàn)激光復(fù)合焊技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，我國(guó)將對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行改良，突破原有管道焊接技術(shù)。

2.2 大小口徑應(yīng)用對(duì)比

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，大口徑、厚壁的管道越來(lái)越受到青睞，這就要求有高質(zhì)量的焊接技術(shù)，原有傳統(tǒng)焊接技術(shù)已無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而單純使用激光焊技術(shù)又容易造成焊接缺陷，提高成本，因?yàn)榧す夂讣夹g(shù)自身缺陷問(wèn)題，其更適合焊接小口徑、薄壁的管道，這時(shí)，如果使用激光-電弧焊技術(shù)將彌補(bǔ)激光焊技術(shù)的不足，因?yàn)槠渥陨碜饔媒饘俦砻娑纬傻臏\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(yīng)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(fā)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(yīng)用到小口徑、薄壁管道焊接中，激光-電弧焊技術(shù)產(chǎn)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(fèi)大量熱源而且還達(dá)不到預(yù)想的效果，造成不必要的缺陷，更需要操作精準(zhǔn)的操作人員，而將激光焊技術(shù)應(yīng)用到大口徑、厚壁管道需要花費(fèi)大量的時(shí)間，增加不必要的工作，提升成本。

2.3 長(zhǎng)輸管道激光焊接應(yīng)用

長(zhǎng)輸管道運(yùn)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(shù)，尤其是全位置激光-電弧焊技術(shù)，將大大減少接頭部缺陷。長(zhǎng)輸管道的特點(diǎn)是：距離長(zhǎng)，大口徑、壓力大，管壁厚。這就對(duì)焊接提出新要求，首先要提高焊接質(zhì)量，因?yàn)榫嚯x長(zhǎng)，管道焊接質(zhì)量得不到保障，將大大提升各種隱患的發(fā)生率，造成不可估量的損失；其次要提高焊接速度，這是針對(duì)大口徑、壓力大提出的，焊接緩慢，將耗費(fèi)大量熱源，造成不必要地浪費(fèi)；最后要提高焊接熔深，這是針對(duì)管壁厚提出的，熔深不夠，將造成氣孔等焊接缺陷出現(xiàn)。激光-電弧焊技術(shù)以其熱源利用率高、焊接速度快、熔深大的優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用到長(zhǎng)輸管道運(yùn)輸中，大大提升了管道焊接質(zhì)量，減小危險(xiǎn)隱患的發(fā)生率，同時(shí)降低對(duì)操作人員和工裝的精度要求，很大程度上降低花銷與生產(chǎn)成本，提升運(yùn)輸安全，為管道焊接安裝人員保駕護(hù)航。

3 結(jié)束語(yǔ)

管道焊接技術(shù)的好壞直接關(guān)系到整個(gè)管道運(yùn)輸?shù)陌踩瑳](méi)有好的管道焊接技術(shù)，將增大對(duì)施工人員的技術(shù)考驗(yàn)，使其耗費(fèi)更多的精力與時(shí)間，像長(zhǎng)輸石油管道出現(xiàn)泄漏，將造成不可估量的后果。所以管道焊接技術(shù)的選擇非常重要，將激光焊技術(shù)應(yīng)用到管道焊接中，將大大減少風(fēng)險(xiǎn)隱患的發(fā)生，減少焊接缺陷的發(fā)生，節(jié)省人力、物力，這里要特別注意，單純激光焊技術(shù)比較適合小口徑、薄管壁的管道焊接中，而激光-電弧焊技術(shù)對(duì)激光焊技術(shù)進(jìn)行了補(bǔ)充，激光焊技術(shù)與電弧焊技術(shù)相互促進(jìn)，兩者強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，將其應(yīng)用大口徑、厚管壁的管道焊接中是必然選擇，尤其是將其應(yīng)用到長(zhǎng)輸管道焊接中，更是相得益彰。

參考文獻(xiàn)

[1]李業(yè)雄.中、厚板激光-電弧復(fù)合多層焊工藝研究[D].吉林大學(xué)，2013.

[2]曹永利，黃福祥，王勤.我國(guó)長(zhǎng)輸管道焊接技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展方向[J].石油科技論壇，2012（1）：8-11.

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