必須在以下方面發(fā)展焊接工藝，以提高性能：

● 減少焊道數(shù)量，且縫隙質(zhì)量恒定、不斷提高。 

● 減少焊接工作站數(shù)量，以降低設(shè)備和人員開(kāi)支。

 

圖1、混合焊的焊縫。圖2、用于根部焊道的焊接頭和混合設(shè)備，以及用于填充焊道焊接的電弧焊炬。 

 

      激光-氣體保護(hù)金屬極電?。℅as metal Arc, GMA）混合焊的應(yīng)用是未來(lái)一種有前景的技術(shù)。在激光GMA混合焊中，組合了兩種工藝，因此激光束和電弧在共用熔池中產(chǎn)生作用。結(jié)果并不只是增加能量和熔填金屬，而是組合了協(xié)作效應(yīng)并加強(qiáng)了單種工藝的優(yōu)點(diǎn)。因此，混合焊形成的焊接點(diǎn)特征中，其深度與激光焊接相似，但是間隙橋接能力大幅提高。對(duì)于薄板領(lǐng)域，可以達(dá)到極高的焊接速度，部分區(qū)域是GMA焊接速度的多倍。對(duì)于更厚的板，優(yōu)點(diǎn)并不僅僅表現(xiàn)在焊接速度，而是有可能通過(guò)單焊道焊層降低焊層，通常不需要額外準(zhǔn)備接頭。使用GMA激光混合焊時(shí)，8毫米板焊縫的典型形態(tài)如圖1所示。今天，在施工現(xiàn)場(chǎng)可以應(yīng)用激光，是由于激光設(shè)備的快速發(fā)展。幾十千瓦功率的光纖激光器以結(jié)構(gòu)緊湊而知名。除了極高的工作效率和卓越的光束質(zhì)量之外，還實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)應(yīng)用的先決條件，而目前傳統(tǒng)的激光光源（CO2或Nd:YAG激光器）不能達(dá)到這些條件。最近五年，光纖激光器已被用于造船和管道生產(chǎn)中的可移動(dòng)應(yīng)用。

 

     下面描述的技術(shù)和設(shè)備的調(diào)查目標(biāo)是將激光GMA混合焊的知識(shí)應(yīng)用于管道連接的生產(chǎn)，涉及公差、環(huán)境影響、設(shè)備移動(dòng)性和焊接錯(cuò)位等。

關(guān)鍵是使用典型的激光深度焊接效應(yīng)形成根部焊面為6-10毫米的優(yōu)質(zhì)自由根部焊道。為此，比較了激光、電弧組成的混合焊方式，不同的對(duì)接頭焊接。

      管道連接的方法是焊接兩條垂直向下的縫隙，是管道施工中的一種常見(jiàn)做法。為了形成閉合的焊縫外型，采用一個(gè)額外的電弧焊炬，以延伸焊接頭，因此可使用混合焊焊接第一焊道，表面焊道則使用GMA焊。目標(biāo)是一次旋轉(zhuǎn)形成板厚高達(dá)12毫米的閉合焊縫外型。另外，這種拖尾工藝積極地影響了焊縫的機(jī)械技術(shù)特性。如圖2所示，在垂直向下焊接移動(dòng)中，所使用的混合焊的完整焊接頭和設(shè)備，以及用于表面焊道的第二電弧焊炬。通過(guò)集成上述部件，可實(shí)現(xiàn)完整的試驗(yàn)設(shè)置，如圖3?？墒褂脙煞N不同輸出的激光源開(kāi)展試驗(yàn)。在第1階段，使用一臺(tái)4.5千瓦的光纖激光器開(kāi)展主要系列測(cè)試，在持續(xù)變化的焊接位置確定管道周圍混合電弧的基本參數(shù)和混合工藝的公差影響。第2階段用于評(píng)估更高激光性能的混合焊接工藝潛力，同時(shí)將根部焊道的根部焊面從6毫米增加到8毫米。為此，使用了一臺(tái)10千瓦的光纖激光器。

       下面采用4.6千瓦（圖4a）和6.5千瓦（圖4b）的激光輸出，觀察不同的焊縫坡口加工和宏觀斷面。從焊縫根部區(qū)域確定的硬度分布圖可以看出，在熱影響區(qū)域——這一明顯激光光束主導(dǎo)區(qū)域，硬度容易增加。檢查期間，將沒(méi)有蓋面焊道的純根部焊接與通過(guò)拖尾電弧的閉合焊縫外型的焊接進(jìn)行了比較，結(jié)果參見(jiàn)圖5。 

 

     設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展目標(biāo)是提高沿著管道旋轉(zhuǎn)移動(dòng)的穩(wěn)定性以及使其適用于混合焊接工藝的條件。針對(duì)實(shí)現(xiàn)激光GMA混合焊環(huán)縫焊接移動(dòng)而開(kāi)發(fā)的專用原型設(shè)備（圖6），具有下列技術(shù)數(shù)據(jù)：定位運(yùn)行速度高達(dá)6米/分，焊接速度高達(dá)3米/分；加工的管道直徑范圍從500-700毫米，參數(shù)變化取決于位置；使用了焊縫跟蹤和導(dǎo)向系統(tǒng)；集成激光工作頭允許耦合任何的光纖傳導(dǎo)固體激光器，輸出高達(dá)20千瓦。更關(guān)鍵的是優(yōu)化10毫米起始管道壁厚的工藝，使用12千瓦光纖激光系統(tǒng)焊接第一焊道的不同根部焊面，自2009年1月以來(lái)，SLV Halle即提供這種激光器。一方面，檢查的重點(diǎn)是激光輸出的焊縫和根部成形特征。另一重點(diǎn)是焊接開(kāi)始的重疊區(qū)域。采用金相法測(cè)試了焊接區(qū)域的內(nèi)部缺陷?？紤]了管道的典型公差，以做出關(guān)于在不同公差時(shí)更高激光功率和提高焊接速度對(duì)焊接形式影響的陳述。

 

      為了提高管道施工效率，檢查連接管道的新焊接工藝必不可少，其重點(diǎn)是減少焊道數(shù)量、提高焊接速度?？赡艿奶娲桨甘情_(kāi)發(fā)光纖激光器作為新應(yīng)用領(lǐng)域的光源，現(xiàn)在可以采用激光GMA混合焊工藝。本文旨在證明混合焊可用于管道施工的適合性，以及這種應(yīng)用中要求的錯(cuò)位焊接工藝的性能。結(jié)果明確顯示了高激光輸出和光亮光束質(zhì)量帶來(lái)的混合工藝所具有的潛力。作為現(xiàn)有途徑的一種替代方法，使用混合工藝可在12-15毫米根部焊面形成優(yōu)質(zhì)的根部焊道。