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)金屬極電弧（Gas metal Arc, GMA）混合焊的應(yīng)用是未來一種有前景的技術(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。因此，混合焊形成的焊接點特征中，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。對于更厚的板，優(yōu)點并不僅僅表現(xiàn)在焊接速度，而是有可能通過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，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，還實現(xiàn)了移動應(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)備移動性和焊接錯位等。

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做法。為了形成閉合的焊縫外型，采用一個額外的電弧焊炬，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。通過集成上述部件，可實現(xiàn)完整的試驗設(shè)置，如圖3。可使用兩種不同輸出的激光源開展試驗。在第1階段，使用一臺4.5千瓦的光纖激光器開展主要系列測試，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階段用于評估更高激光性能的混合焊接工藝潛力，同時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，將沒有蓋面焊道的純根部焊接與通過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)移動的穩(wěn)定性以及使其適用于混合焊接工藝的條件。針對實現(xiàn)激光GMA混合焊環(huán)縫焊接移動而開發(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，SLV Halle即提供這種激光器。一方面，檢查的重點是激光輸出的焊縫和根部成形特征。另一重點是焊接開始的重疊區(qū)域。采用金相法測試了焊接區(qū)域的內(nèi)部缺陷?？紤]了管道的典型公差，以做出關(guān)于在不同公差時更高激光功率和提高焊接速度對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，其重點是減少焊道數(shù)量、提高焊接速度?？赡艿奶娲桨甘情_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。