一种管道全位置激光-mag复合焊接熔滴过渡控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种管道全位置激光-MG复合焊接熔滴过渡控制方法，属于材料加 工工程领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，世界经济高速发展，石油及天然气用量日趋加大，作为一种经济、安全、快 速的石油和天然气的长距离输送工具，油气输送管道在国民经济中占据了重要的地位。目 前，国内外油气输送管道建设有两大趋势，一是采用大口径高压输送，采用高压输送可提高 单位时间内的输送量，提高了输送效率。为了满足管道输送压力的不断提高，一方面需要管 壁不断变厚，另一方面输送钢管也相应地迅速向高钢级发展。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环，对焊接技术也提出了更高的要求。
[0003]目前比较常用的管道焊接方法是先打底焊接，再填充焊接，最后盖面焊接的管道 焊接工艺。其中，打底焊的质量对于整个管道焊接效果至关重要，目前常用的打底焊方法有 采用内衬垫、TIG、半自动焊。但这些焊接方法存在热输入的问题，而另一方面，其很难提高 焊接速度和单层焊接厚度，因此管道焊接时间长，焊接效率仍然不高，且多层焊接消耗了大 量的焊接材料与焊接人力。
[0004] 激光-MG复合热源焊接技术由提出至今已经发展了几十年时间，其在很多领域 已有了相关的应用。在管道上，能提高焊接质量、效率；降低成本；无需焊工，施工过程全自 动化，若能将激光-MG用于打底焊，则能够提高焊接质量、效率；降低成本；施工过程全自 动化。
[0005] 但是，无论是MG还是激光MAG，熔滴过渡行为会影响焊接稳定性，进而影响焊接 质量。一般而言，在激光-MG复合焊接中，我们希望得到射滴过渡或射流过渡的熔滴过渡 模式，此时焊接过程稳定，飞溅小，焊缝成型良好，而不希望得到短路过渡或大滴过渡的熔 滴过渡模式。而在全位置焊接中，重力的作用效果不断变化，熔滴过渡行为进一步复杂化， 可能会造成焊缝成型缺陷，因此，控制全位置激光-MG熔滴过渡行为就显得尤为重要。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在针对管道全位置激光-MG复合焊接中熔滴过渡不稳的问题，从在管 道全位置焊接中得到射滴或射流过渡模式的角度，提出了一种管道全位置激光-MG复合 焊接熔滴过渡控制方法。
[0007] 本发明的一种管道全位置激光-MG复合焊接熔滴过渡控制方法，它是按照以下 步骤进彳丁的：
[0008] -、焊接前，将待焊工件的待焊接部位加工成双V型坡口、双u型坡口、双Y型坡口 或带钝边双U型坡口，并对加工后的双面坡口及两侧表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗 后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；
[0009] 二、将激光头与MG焊枪刚性固定；
[0010] 三、设置焊接工艺参数：焊接工艺参数分为焊接过程中不变工艺参数；
[0011] 不变工艺参数：激光方向为垂直于管道的切线方向，光斑直径为0. 3_，离焦量为 -3~+ 3mm，焊接速度为50~500mm/min，保护气采用Ar气；
[0012] 实时变化工艺参数：激光功率为2500~4500W，激光功率从12点位到6点位过程 中，焊接角度每变化90度，激光功率逐渐减小300W~500W;
[0013] 电弧电流为120~250A，电弧电流从12点位到6点位过程中，焊接角度每变化90 度，焊接电流逐渐减小10~20A;
[0014] 保护气流量为20~30L/min，从12点位到6点位过程中，焊接角度每变化90度， 保护气流量逐渐增大2~5L/min;
[0015] MG焊枪角度为50°~70°，MG焊枪角度从12点位到6点位过程中，焊接角度 每变化90度，MG焊枪角度逐渐增大5~10° ;
[0016] 四、采用机器人集成系统控制焊接工艺参数，首先MG电弧起弧，在电弧稳定1~ 2S后，激光器发出激光，实现激光-MG复合焊接，最后控制机器人使得激光工作头和MG焊 枪共同运动完成全位置焊接过程。
[0017] 本发明的管道全位置激光-MG复合焊接方法是指将激光-MG复合焊接技术应用 于管道全位置焊接中，其示意图如图1所示，本发明通过实时变化全位置焊接中的激光功 率P，电弧电流I，焊枪角度以及保护气流量L，来实现激光-MG全位置复合焊接过程中的全 过程射流或射滴过渡已解决焊接过程不稳定现象。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明全位置激光-MG复合焊接示意图；
[0019] 图2为实施例1的全位置激光-MG复合焊接的装置图；
[0020] 图3为实施例1进行管道全位置焊接的12点位高速摄像图片；
[0021]图4为实施例1进行管道全位置焊接的3点位高速摄像图片；
[0022] 图5为实施例1进行管道全位置焊接的6点位高速摄像图片；
[0023] 图6为实施例1进行管道全位置焊接的12点位焊缝正反面宏观形貌电镜图；
[0024] 图7为实施例1进行管道全位置焊接的3点位焊缝正反面宏观形貌电镜图；
[0025] 图8为实施例1进行管道全位置焊接的6点位焊缝正反面宏观形貌电镜图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0026] 一：本实施方式的一种管道全位置激光-MG复合焊接熔滴过渡控 制方法，它是按照以下步骤进行的：
[0027] -、焊接前，将待焊工件的待焊接部位加工成双V型坡口、双u型坡口、双Y型坡口 或带钝边双U型坡口，并对加工后的双面坡口及两侧表面进行打磨或清洗，将打磨或清洗 后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；
[0028] 二、将激光头与MG焊枪刚性固定；
[0029] 三、设置焊接工艺参数：焊接工艺参数分为焊接过程中不变工艺参数；
[0030] 不变工艺参数：激光方向为垂直于管道的切线方向，光斑直径为0. 3_，离焦量为 -3~+ 3mm，焊接速度为50~500mm/min，保护气采用Ar气；
[0031] 实时变化工艺参数：激光功率为2500~4500W，激光功率从12点位到6点位过程 中，焊接角度每变化90度，激光功率逐渐减小300W~500W;
[0032] 电弧电流为120~250A，电弧电流从12点位到6点位过程中，焊接角度每变化90 度，焊接电流逐渐减小10~20A;
[0033] 保护气流量为20~30L/min，从12点位到6点位过程中，焊接角度每变化90度， 保护气流量逐渐增大2~5L/min;
[0034] MG焊枪角度为50°~70°，MG焊枪角度从12点位到6点位过程中，焊接角度 每变化90度，MG焊枪角度逐渐增大5~10° ;
[0035] 四、采用机器人集成系统控制焊接工艺参数，首先MG电弧起弧，在电弧稳定1~ 2S后，激光器发出激光，实现激光-MG复合焊接，最后控制机器人使得激光工作头和MG焊 枪共同运动完成全位置焊接过程。
【具体实施方式】 [0036] 二：本实施方式与一不同的是：激光器为CO2气体激 光器、YAG固体激光器或半导体激光器。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0037] 三：本实施方式与一不同的是：MAG采用Fronius TPS4000型MG电弧焊机或光纤激光-MG复合焊接头。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0038] 四：本实施方式与一不同的是：步骤二中将激光头与 MAG焊枪刚性固定是采用复合方式进行固定的，固定条件为保证MAG焊丝端点距离激光焦 平面的距离为5mm，两热源作用点相距2~3mm。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0039] 五：本实施方式与一不同的是：不变工艺参数：激光 方向为垂直于管道的切线方向，光斑直径为〇? 3mm，离焦量为-3~+ 3mm，焊接速度为 100~500mm/min，保护气采用Ar气。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0040] 六：本实施方式与一不同的是：不变工艺参数：激光 方向为垂直于管道的切线方向，光斑直径为〇? 3mm，离焦量为-3~+ 3mm，焊接速度为 200~500mm/min，保护气采用Ar气。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0041] 七：本实施方式与一不同的是：不变工艺参数：激光 方向为垂直于管道的切线方向，光斑直径为〇? 3mm，离焦量为-3~+ 3mm，焊接速度为 300~500mm/min，保护气采用Ar气。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0042] 八：本实施方式与一不同的是：实时变化工艺参数： 激光功率为3000~4500W，激光功率从12点位到6点位过程中，焊接角度每变化90度，激 光功率逐渐减小400W~500W;
[0043] 电弧电流为150~250A，电弧电流从12点位到6点位过程中，焊接角度每变化90 度，焊接电流逐渐减小10~20A;
[0044] 保护气流量为25~30L/min，从12点位到6点位过程中，焊接角度每变化90度， 保护气流量逐渐增大3~5L/min;
[0045] MG焊枪角度为60°~70°，MG焊枪角度从12点位到6点位过程中，焊接角度 每变化90度，MG焊枪角度逐渐增大5~10°。
[0046] 其它与【具体实施方式】一相同。
[0047]
【具体实施方式】九：本实施方式与【具体实施方式】一不同的是：实时变化工艺参数： 激光功率为3500~4500W，激光功率从12点位到6点位过程中，焊接角度每变化90度，激 光功率逐渐减小450W~500W;
[0048] 电弧电流为200~250A，电弧电流从12点位到6点位过程中，焊接角度每变化90 度，焊接电流逐渐减小10~20A;
[0049] 保护气流量为25~30L/