激光焊技术在不锈钢管焊接中的应用

为了解决激光焊技术在较厚大口径不锈钢管上的不足,将其与电弧焊技术融合,形成激光电弧焊技术,在国外,这种技术已经被使用在不锈钢管制造与轨道车辆等领域,我国也对这种技术进行了理论与工艺探索,但实际应用方面尚有欠缺。

激光焊技术的特点是焊接速度快,热传导的热输入量小,缩短焊接时间,节省材料,不需要电极,不存在电极污染,但是其热源利用率却不高,对于较厚大口径不锈钢管来说,单纯采用激光焊技术,焊接熔深不够。

1激光焊与激光-电弧焊技术

1.1激光焊技术优缺点

激光焊技术是将激光直接辐射到金属表面,小范围地迅速作用于金属,通过两者之间的热传导,产生的热源使金属熔化后冷却,便结晶形成焊接。其优点:激光作用面积小、焊接速度快、热影响小、金属变形小、节约金属。其缺点:热源利用率低,在热传导过程中,浪费部分热源,热源不是全部作用到金属,造成未填满,未融合;热源不够,对于较厚金属,焊接后熔深不够,造成断裂与气孔,达不到预期效果;对操作人员技术要求较高,要求工装精度高;金属对激光反射率高,造成激光利用率不好;在实际生产中,生产成本高。

1.2激光-电弧焊技术

激光-电弧焊技术是近年来出现的一种新型焊接技术,是在激光焊技术中融入电弧焊技术,使两种技术优势互补,这种技术的优点为热源利用率高、热输入量小、熔深大、焊接速度快、间隙适应能力强等,其焊接速度可达到激光焊技术的一倍,能够大大改善焊缝成形与质量,与单纯激光焊技术相比,其熔深最大可增加20%,大大降低对操作人员技术的要求,降低工装精度,在一定程度上降低生产成本。这种技术的原理:激光焊技术之所以热源利用率低,是因为其产生的等离子体,电弧能够在金属表面形成浅层熔池,熔池能够吸收部分等离子体,从而提升热源利用率,熔池还能够减少激光反射,降低激光反射率,激光与电弧相互作用,能够大大增强焊接熔深,激光焊技术之所以在实际生产中造成生产成本高,是因为其对工装精度与光束定位要求高,当工件装配间隙大于3mm或大于工件厚度的10%,会给焊接造成未填满、未融合,这要求在焊接前做好充分准备,会耗费大量时间,而激光-电弧焊接技术加大热源作用范围,在一定时间内熔化更多的金属,熔化的金属起到搭桥作用,降低对装配间隙的要求,从而大大降低生产成本。

2激光焊技术在不锈钢管焊接中的应用

2.1应用概述

20世纪70年代,激光焊技术主要应用在超薄板焊接,80年代以后,主要应用在工业生产,尤其是汽车制造业,90年代,美国不锈钢管局将激光焊技术应用到长输不锈钢管焊接中,而我国在西气东输中,也已应用激光-电弧焊技术。可见,激光焊技术已得到各国的高度重视,尤其是我国已着手研制不锈钢管全位置焊接激光技术或电弧复合焊技术设备,并预备将其应用到不锈钢管焊接中,可见激光技术的出现,将大大提升我国不锈钢管焊接技术。事实上,外国已实现激光复合焊技术在各个领域的应用,我国将对这一技术进行改良,突破原有不锈钢管焊接技术。

2.2大小口径应用对比

随着工业技术的发展,大口径、厚壁不锈钢管越来越受到青睐,这就要求有高质量的焊接技术,原有传统焊接技术已无法实现,而单纯使用激光焊技术又容易造成焊接缺陷,提高成本,因为激光焊技术自身缺陷问题,其更适合焊接小口径、薄壁的不锈钢管,这时,如果使用激光-电弧焊技术将弥补激光焊技术的不足,因为其自身作用金属表面而形成的浅层熔池能够极大提升热源利用率,提升焊接熔深,所以其更适合应用在大口径、厚壁不锈钢管焊接中,这样能有效避免焊接缺陷的发生,更好完成大口径、厚壁不锈钢管焊接不锈钢管。试想一下,如果将激光-电弧焊应用到小口径、薄壁不锈钢管焊接中,激光-电弧焊技术产生的大量热源将使得管壁迅速熔化变形,甚至是穿透,这样不但浪费大量热源而且还达不到预想的效果,造成不必要的缺陷,更需要操作精准的操作人员,而将激光焊技术应用到大口径、厚壁不锈钢管需要花费大量的时间,增加不必要的工作,提升成本。

2.3长输不锈钢管激光焊接应用

长输不锈钢管运输多使用的是大口径、厚壁不锈钢管,研究表明,使用激光-电弧焊技术,尤其是全位置激光-电弧焊技术,将大大减少接头部缺陷。长输不锈钢管的特点是:距离长,大口径、压力大,管壁厚。这就对焊接提出新要求,首先要提高焊接质量,因为距离长,不锈钢管焊接质量得不到保障,将大大提升各种隐患的发生率,造成不可估量的损失;其次要提高焊接速度,这是针对大口径、压力大提出的,焊接缓慢,将耗费大量热源,造成不必要地浪费;最后要提高焊接熔深,这是针对管壁厚提出的,熔深不够,将造成气孔等焊接缺陷出现。激光-电弧焊技术以其热源利用率高、焊接速度快、熔深大的优势,被广泛应用到长输不锈钢管运输中,大大提升了不锈钢管焊接质量,减小危险隐患的发生率,同时降低对操作人员和工装的精度要求,很大程度上降低花销与生产成本,提升运输安全,为不锈钢管焊接安装人员保驾护航。

2.4激光焊接设备的操作

激光焊接设备的操作,必须要有专业人员进行,以防避免损坏设备。①在使用之前,需要检查激光焊设备的工作状态是否正常,可重点检查YAG棒、介质膜片、镜头保护玻璃,检查这些光线组件是否受到灰尘和霉变的污染,如有存在不正常的状态,需要对其进行清洁;②要检查冷却水的纯度,这是确保激光器输出的激光效率正常,并提高聚光枪组件寿命的关键,在此需要经常性检查内循环的去离子水,以确保内循环水电导率的正常,这一点可以从交换柱内部树脂的颜色变化进行判断;③用黑色相纸检查激光器的输出光斑,如果光斑不均匀,则需要调整激光器的谐振腔,保证激光器输出激光束的质量,同时在调整输出镜之前,需将YAG棒套取出,以避免光路受到YAG棒的影响而出现折射偏差,然后再调整膜片架的旋钮,确保其位置的稳定性;④调整全反镜的位置,其中包括红光是否位于介质膜片的中间位置、介质膜片架旋钮位置、激光和红光重合、调节旋钮等,具体的主要是调整介质膜片架,使其红光位置介质膜片的中间位置,并粗调介质膜片架旋钮,检查红光是否被正常反射回出射孔,以及调整脉宽、重复频率等,观察输出激光光斑的均匀度,在将电流减小到适合范围后,再微调旋钮,使得激光和红光较好重合,则激光器可以被调整到最佳的状态。至于激光器的调整维护,要检查冷却水的水质,需经常性清洗水箱和不锈钢管,以及检查保护电路的正常情况,尤其是使用频繁的情况下,要以周为单位检查水质的情况和保护连锁电路,以确保激光器在绝对正常的状态下使用。

3结束语

综上所述,不锈钢管焊接技术的好坏直接关系到整个不锈钢管运输的安全,没有好的不锈钢管焊接技术,将增大对施工人员的技术考验,使其耗费更多的精力与时间,像长输石油不锈钢管出现泄漏,将造成不可估量的后果。所以不锈钢管焊接技术的选择非常重要,将激光焊技术应用到不锈钢管焊接中,将大大减少风险隐患的发生,减少焊接缺陷的发生,节省人力、物力,这里要特别注意,单纯激光焊技术比较适合小口径、薄管壁的不锈钢管焊接中,而激光-电弧焊技术对激光焊技术进行了补充,激光焊技术与电弧焊技术相互促进,两者强强联合,将其应用大口径、厚管壁的不锈钢管焊接中是必然选择,尤其是将其应用到长输不锈钢管焊接中,更是相得益彰。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

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