[发明专利]一种高级别管线钢的激光‑电弧复合焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于先进制造技术领域，涉及一种高级别管线钢的激光-电弧复合焊接方法。

背景技术

伴随油气管线建设的飞速发展，管线钢持续朝着高钢级、高强韧、高压力、大管径和大壁厚等方向发展，以降低管道建设成本和提高油气输送效率与安全性。焊接是长输管道施工的关键和核心技术，目前主要采用焊条电弧焊(SMAW)、熔化极气体保护焊(GMAW)、埋弧焊(SAW)等电弧焊技术。

由于电弧焊能量密度和熔透能力的限制，在大管径大壁厚管线钢焊接中，主要采用增大热输入和多层多道焊保障焊接质量和提高焊接效率，但是伴生的热影响区宽和粗晶区组织恶化的现象导致焊接接头强韧性不足，严重影响管线钢焊接接头的服役可靠性与耐久性，无法适应未来大管径大壁厚管道施工对管线钢焊接强韧性和效率的要求。

鉴于现有技术仍未解决X80、X90、X100、X120等高级别管线钢焊接中的质量和效率等问题，研发一种新的高级别管线钢焊接工艺成为当务之急。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高级别管线钢的激光-电弧复合焊接方法，该方法利用激光和电弧组成的复合热源同时熔化焊件的待焊部位和焊丝形成焊缝从而实现焊接，满足了高级别管线钢的焊接需求。

本发明的目的是这样实现的：一种高级别管线钢的激光-电弧复合焊接方法，包括以下步骤：

步骤一、焊丝选择，选择与焊件的母材成份相近的焊丝；

步骤二、坡口加工，在焊件的待焊部位加工出带钝边的坡口，坡口的钝边厚度为1～8mm，坡口的形状为I型、U型、X型、Y型或复合型，其中X型和Y型坡口的角度范围为5°～60°；

步骤三、设备参数设定及焊接机器人编程，焊丝的干伸长设置为10～25mm，光丝间距设置为0～5mm，离焦量设置为-5～10mm，送丝速度设置0.5～22m/min，激光功率设置为0.2～10kW，焊接电流设置为20～500A，焊接速度设置为0.3～6m/min，并依据焊接路径、焊接次序和焊接方向编写机器人复合焊程序并示教目标点；

步骤四、焊前准备，使用夹具将焊件装夹固定，并对焊件进行打磨清理；

步骤五、激光-电弧复合焊接，焊接时保持激光沿焊接方向位于电弧的前方，激光与焊件表面的垂线之间的夹角设置为0°～30°，电弧与焊件表面的垂线之间的夹角设置为0°～45°，激光和电弧同步加热焊件的待焊部位，成型。

优选地，焊接时，向焊接部位输送保护气，保护气为氩气、氦气或者氩氦混合气，气流量大小15～35L/min。

优选地，焊接时，采用多层多道焊接方式，层间温度设置为100～150℃。

优选地，每道焊接完成后对层间焊缝进行清理。确保无氧化皮、夹杂等污染物。

优选地，多层多道焊分别为打底焊、填充焊和盖面焊，其中，打底焊的激光功率为3～10kW，焊接电流为130～300A，焊接速度为0.8～3m/min；填充焊的激光功率为1～8kW，焊接电流为180～270A，焊接速度为0.3～3m/min；盖面焊的激光功率为1～8kW，焊接电流为250～350A，焊接速度为0.3～3m/min。

优选地，步骤四中，对焊件的坡口周围20mm的范围进行打磨清理，直到露出金属光泽。确保无油、水等污染物。

优选地，步骤四中，采用刚性固定、反变形固定或者刚性固定结合反变形固定的方式对焊件装夹固定，其中反变形角度设置为2°～10°。

优选地，焊件厚度在5mm以下时，采用单面焊双面成型方式焊接，所述坡口为I型或Y型，所述钝边厚度为1～3mm；焊件厚度为5mm至10mm之间时，所述坡口为Y型，所述钝边厚度为3～5mm；焊件厚度为10mm以上时，采用单面焊双面成型或双面焊方式焊接，所述坡口为U型、X型、Y型或复合坡口，所述钝边厚度为3～8mm。

优选地，步骤五中，焊接时激光与焊件表面的垂线之间的夹角为5°，电弧与焊件表面的垂线之间的夹角为35°。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明高级别管线钢的激光-电弧复合焊接方法不仅具有激光焊接能量密度高、焊接速度快、热影响区窄和焊接效率高等优点，又具有电弧焊接搭桥能力好、对间隙要求低、可使用填充材料来改善焊缝冶金性能的优点；

2、通过焊接过程中对激光-电弧复合焊工艺参数的优化控制，避免了焊接中气孔、裂纹和咬边等缺陷的产生；