一種管道全位置激光-mag復(fù)合焊接熔滴過渡控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種管道全位置激光-MG復(fù)合焊接熔滴過渡控制方法，屬于材料加 工工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，石油及天然氣用量日趨加大，作為一種經(jīng)濟(jì)、安全、快 速的石油和天然氣的長距離輸送工具，油氣輸送管道在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)了重要的地位。目 前，國內(nèi)外油氣輸送管道建設(shè)有兩大趨勢(shì)，一是采用大口徑高壓輸送，采用高壓輸送可提高 單位時(shí)間內(nèi)的輸送量，提高了輸送效率。為了滿足管道輸送壓力的不斷提高，一方面需要管 壁不斷變厚，另一方面輸送鋼管也相應(yīng)地迅速向高鋼級(jí)發(fā)展。二是施工上追求高效、安全、 低成本，焊接是管道施工中的重要一環(huán)，對(duì)焊接技術(shù)也提出了更高的要求。
[0003]目前比較常用的管道焊接方法是先打底焊接，再填充焊接，最后蓋面焊接的管道 焊接工藝。其中，打底焊的質(zhì)量對(duì)于整個(gè)管道焊接效果至關(guān)重要，目前常用的打底焊方法有 采用內(nèi)襯墊、TIG、半自動(dòng)焊。但這些焊接方法存在熱輸入的問題，而另一方面，其很難提高 焊接速度和單層焊接厚度，因此管道焊接時(shí)間長，焊接效率仍然不高，且多層焊接消耗了大 量的焊接材料與焊接人力。
[0004] 激光-MG復(fù)合熱源焊接技術(shù)由提出至今已經(jīng)發(fā)展了幾十年時(shí)間，其在很多領(lǐng)域 已有了相關(guān)的應(yīng)用。在管道上，能提高焊接質(zhì)量、效率；降低成本；無需焊工，施工過程全自 動(dòng)化，若能將激光-MG用于打底焊，則能夠提高焊接質(zhì)量、效率；降低成本；施工過程全自 動(dòng)化。
[0005] 但是，無論是MG還是激光MAG，熔滴過渡行為會(huì)影響焊接穩(wěn)定性，進(jìn)而影響焊接 質(zhì)量。一般而言，在激光-MG復(fù)合焊接中，我們希望得到射滴過渡或射流過渡的熔滴過渡 模式，此時(shí)焊接過程穩(wěn)定，飛濺小，焊縫成型良好，而不希望得到短路過渡或大滴過渡的熔 滴過渡模式。而在全位置焊接中，重力的作用效果不斷變化，熔滴過渡行為進(jìn)一步復(fù)雜化， 可能會(huì)造成焊縫成型缺陷，因此，控制全位置激光-MG熔滴過渡行為就顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在針對(duì)管道全位置激光-MG復(fù)合焊接中熔滴過渡不穩(wěn)的問題，從在管 道全位置焊接中得到射滴或射流過渡模式的角度，提出了一種管道全位置激光-MG復(fù)合 焊接熔滴過渡控制方法。
[0007] 本發(fā)明的一種管道全位置激光-MG復(fù)合焊接熔滴過渡控制方法，它是按照以下 步驟進(jìn)彳丁的：
[0008] -、焊接前，將待焊工件的待焊接部位加工成雙V型坡口、雙u型坡口、雙Y型坡口 或帶鈍邊雙U型坡口，并對(duì)加工后的雙面坡口及兩側(cè)表面進(jìn)行打磨或清洗，將打磨或清洗 后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0009] 二、將激光頭與MG焊槍剛性固定；
[0010] 三、設(shè)置焊接工藝參數(shù)：焊接工藝參數(shù)分為焊接過程中不變工藝參數(shù)；
[0011] 不變工藝參數(shù)：激光方向?yàn)榇怪庇诠艿赖那芯€方向，光斑直徑為0. 3_，離焦量為 -3~+ 3mm，焊接速度為50~500mm/min，保護(hù)氣采用Ar氣；
[0012] 實(shí)時(shí)變化工藝參數(shù)：激光功率為2500~4500W，激光功率從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程 中，焊接角度每變化90度，激光功率逐漸減小300W~500W;
[0013] 電弧電流為120~250A，電弧電流從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程中，焊接角度每變化90 度，焊接電流逐漸減小10~20A;
[0014] 保護(hù)氣流量為20~30L/min，從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程中，焊接角度每變化90度， 保護(hù)氣流量逐漸增大2~5L/min;
[0015] MG焊槍角度為50°~70°，MG焊槍角度從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程中，焊接角度 每變化90度，MG焊槍角度逐漸增大5~10° ;
[0016] 四、采用機(jī)器人集成系統(tǒng)控制焊接工藝參數(shù)，首先MG電弧起弧，在電弧穩(wěn)定1~ 2S后，激光器發(fā)出激光，實(shí)現(xiàn)激光-MG復(fù)合焊接，最后控制機(jī)器人使得激光工作頭和MG焊 槍共同運(yùn)動(dòng)完成全位置焊接過程。
[0017] 本發(fā)明的管道全位置激光-MG復(fù)合焊接方法是指將激光-MG復(fù)合焊接技術(shù)應(yīng)用 于管道全位置焊接中，其示意圖如圖1所示，本發(fā)明通過實(shí)時(shí)變化全位置焊接中的激光功 率P，電弧電流I，焊槍角度以及保護(hù)氣流量L，來實(shí)現(xiàn)激光-MG全位置復(fù)合焊接過程中的全 過程射流或射滴過渡已解決焊接過程不穩(wěn)定現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明全位置激光-MG復(fù)合焊接示意圖；
[0019] 圖2為實(shí)施例1的全位置激光-MG復(fù)合焊接的裝置圖；
[0020] 圖3為實(shí)施例1進(jìn)行管道全位置焊接的12點(diǎn)位高速攝像圖片；
[0021]圖4為實(shí)施例1進(jìn)行管道全位置焊接的3點(diǎn)位高速攝像圖片；
[0022] 圖5為實(shí)施例1進(jìn)行管道全位置焊接的6點(diǎn)位高速攝像圖片；
[0023] 圖6為實(shí)施例1進(jìn)行管道全位置焊接的12點(diǎn)位焊縫正反面宏觀形貌電鏡圖；
[0024] 圖7為實(shí)施例1進(jìn)行管道全位置焊接的3點(diǎn)位焊縫正反面宏觀形貌電鏡圖；
[0025] 圖8為實(shí)施例1進(jìn)行管道全位置焊接的6點(diǎn)位焊縫正反面宏觀形貌電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0026] 一：本實(shí)施方式的一種管道全位置激光-MG復(fù)合焊接熔滴過渡控 制方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的：
[0027] -、焊接前，將待焊工件的待焊接部位加工成雙V型坡口、雙u型坡口、雙Y型坡口 或帶鈍邊雙U型坡口，并對(duì)加工后的雙面坡口及兩側(cè)表面進(jìn)行打磨或清洗，將打磨或清洗 后的待焊工件固定在焊接工裝夾具上；
[0028] 二、將激光頭與MG焊槍剛性固定；
[0029] 三、設(shè)置焊接工藝參數(shù)：焊接工藝參數(shù)分為焊接過程中不變工藝參數(shù)；
[0030] 不變工藝參數(shù)：激光方向?yàn)榇怪庇诠艿赖那芯€方向，光斑直徑為0. 3_，離焦量為 -3~+ 3mm，焊接速度為50~500mm/min，保護(hù)氣采用Ar氣；
[0031] 實(shí)時(shí)變化工藝參數(shù)：激光功率為2500~4500W，激光功率從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程 中，焊接角度每變化90度，激光功率逐漸減小300W~500W;
[0032] 電弧電流為120~250A，電弧電流從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程中，焊接角度每變化90 度，焊接電流逐漸減小10~20A;
[0033] 保護(hù)氣流量為20~30L/min，從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程中，焊接角度每變化90度， 保護(hù)氣流量逐漸增大2~5L/min;
[0034] MG焊槍角度為50°~70°，MG焊槍角度從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程中，焊接角度 每變化90度，MG焊槍角度逐漸增大5~10° ;
[0035] 四、采用機(jī)器人集成系統(tǒng)控制焊接工藝參數(shù)，首先MG電弧起弧，在電弧穩(wěn)定1~ 2S后，激光器發(fā)出激光，實(shí)現(xiàn)激光-MG復(fù)合焊接，最后控制機(jī)器人使得激光工作頭和MG焊 槍共同運(yùn)動(dòng)完成全位置焊接過程。
【具體實(shí)施方式】 [0036] 二：本實(shí)施方式與一不同的是：激光器為CO2氣體激 光器、YAG固體激光器或半導(dǎo)體激光器。其它與一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0037] 三：本實(shí)施方式與一不同的是：MAG采用Fronius TPS4000型MG電弧焊機(jī)或光纖激光-MG復(fù)合焊接頭。其它與一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0038] 四：本實(shí)施方式與一不同的是：步驟二中將激光頭與 MAG焊槍剛性固定是采用復(fù)合方式進(jìn)行固定的，固定條件為保證MAG焊絲端點(diǎn)距離激光焦 平面的距離為5mm，兩熱源作用點(diǎn)相距2~3mm。其它與一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0039] 五：本實(shí)施方式與一不同的是：不變工藝參數(shù)：激光 方向?yàn)榇怪庇诠艿赖那芯€方向，光斑直徑為〇? 3mm，離焦量為-3~+ 3mm，焊接速度為 100~500mm/min，保護(hù)氣采用Ar氣。其它與一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0040] 六：本實(shí)施方式與一不同的是：不變工藝參數(shù)：激光 方向?yàn)榇怪庇诠艿赖那芯€方向，光斑直徑為〇? 3mm，離焦量為-3~+ 3mm，焊接速度為 200~500mm/min，保護(hù)氣采用Ar氣。其它與一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0041] 七：本實(shí)施方式與一不同的是：不變工藝參數(shù)：激光 方向?yàn)榇怪庇诠艿赖那芯€方向，光斑直徑為〇? 3mm，離焦量為-3~+ 3mm，焊接速度為 300~500mm/min，保護(hù)氣采用Ar氣。其它與一相同。
【具體實(shí)施方式】 [0042] 八：本實(shí)施方式與一不同的是：實(shí)時(shí)變化工藝參數(shù)： 激光功率為3000~4500W，激光功率從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程中，焊接角度每變化90度，激 光功率逐漸減小400W~500W;
[0043] 電弧電流為150~250A，電弧電流從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程中，焊接角度每變化90 度，焊接電流逐漸減小10~20A;
[0044] 保護(hù)氣流量為25~30L/min，從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程中，焊接角度每變化90度， 保護(hù)氣流量逐漸增大3~5L/min;
[0045] MG焊槍角度為60°~70°，MG焊槍角度從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程中，焊接角度 每變化90度，MG焊槍角度逐漸增大5~10°。
[0046] 其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0047]
【具體實(shí)施方式】九：本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是：實(shí)時(shí)變化工藝參數(shù)： 激光功率為3500~4500W，激光功率從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程中，焊接角度每變化90度，激 光功率逐漸減小450W~500W;
[0048] 電弧電流為200~250A，電弧電流從12點(diǎn)位到6點(diǎn)位過程中，焊接角度每變化90 度，焊接電流逐漸減小10~20A;
[0049] 保護(hù)氣流量為25~30L/