日本JFE耐磨板公司最近研發了一(yi)種使(shi)用激光(guang)束(shu)來對開(kai)口管(guan)(guan)的(de)長(chang)邊方(fang)向的(de)邊緣(yuan)部(bu)進行(xing)焊(han)接(jie)的(de)鋼管(guan)(guan)的(de)制造(zao)方(fang)法，主要(yao)是涉(she)及油井管(guan)(guan)或管(guan)(guan)線管(guan)(guan)等石(shi)油、天然氣體的(de)開(kai)采(cai)、輸送所適用的(de)激光(guang)焊(han)接(jie)鋼管(guan)(guan)的(de)制造(zao)方(fang)法。
用做油井管(guan)(guan)(guan)(guan)或管(guan)(guan)(guan)(guan)線管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)大致分為焊(han)接(jie)鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)和(he)無縫鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)。在這些鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)中，電焊(han)鋼管(guan)(guan)(guan)(guan)能夠通過(guo)將熱軋的(de)帶狀鋼板用作原材料而低(di)成本地制造，所以在經濟上是有(you)利(li)的(de)。
然而，電焊(han)(han)鋼管(guan)一般(ban)是使(shi)用成(cheng)形(xing)輥將鋼板成(cheng)形(xing)為(wei)圓(yuan)筒(tong)狀來形(xing)成(cheng)開口(kou)管(guan)，一邊用擠壓(ya)輥對該開口(kou)管(guan)的(de)(de)(de)邊緣部進行加壓(ya)一邊進行電阻焊(han)(han)來進行制(zhi)造，所以(yi)焊(han)(han)接(jie)的(de)(de)(de)接(jie)縫(feng)必(bi)然存(cun)(cun)在，從而存(cun)(cun)在該接(jie)縫(feng)的(de)(de)(de)低(di)溫韌(ren)性劣化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)問題。因(yin)(yin)此，電焊(han)(han)鋼管(guan)的(de)(de)(de)油井管(guan)、管(guan)線(xian)管(guan)難以(yi)在寒冷地區使(shi)用。接(jie)縫(feng)的(de)(de)(de)低(di)溫韌(ren)性劣化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)原因(yin)(yin)是在焊(han)(han)接(jie)邊緣部時高溫的(de)(de)(de)熔融金屬與大氣(qi)中的(de)(de)(de)氧(yang)反應而生成(cheng)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物，該氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物容易殘留(liu)于接(jie)縫(feng)。
而且，電焊鋼(gang)管還存在(zai)的(de)(de)問題是，在(zai)焊接邊緣(yuan)部，熔融金屬中的(de)(de)合金元素容易偏(pian)析(xi)，所以接縫地耐腐蝕性容易劣化。因此，電焊鋼(gang)管的(de)(de)油井(jing)管、管線管難以在(zai)高腐蝕環境下使用。
另一(yi)方面，作為不(bu)使接(jie)(jie)縫的(de)低溫韌(ren)性、耐腐(fu)蝕性劣化的(de)焊(han)接(jie)(jie)方法，基于(yu)激(ji)光束(shu)的(de)焊(han)接(jie)(jie)備受關注(zhu)。激(ji)光焊(han)接(jie)(jie)能減小(xiao)熱(re)源的(de)尺寸，并(bing)且能夠高密度集中熱(re)能，所以(yi)能夠防止熔(rong)融金屬中的(de)氧化物(wu)的(de)生成、合金元素的(de)偏析。因此，如果(guo)將激(ji)光焊(han)接(jie)(jie)應(ying)用于(yu)制造(zao)焊(han)接(jie)(jie)鋼管，則能夠防止接(jie)(jie)縫的(de)低溫韌(ren)性、耐腐(fu)蝕性的(de)劣化。
因(yin)此，在焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)鋼(gang)管的(de)(de)(de)(de)制造過(guo)程中，通過(guo)對開口(kou)管的(de)(de)(de)(de)邊緣部(bu)照(zhao)射激光(guang)(guang)(guang)束來進行(xing)(xing)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，從而制造鋼(gang)管的(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)正實(shi)用(yong)化(hua)。然(ran)而，在激光(guang)(guang)(guang)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)中，利用(yong)光(guang)(guang)(guang)學部(bu)件作為(wei)(wei)高密度能量光(guang)(guang)(guang)線的(de)(de)(de)(de)激光(guang)(guang)(guang)束聚(ju)光(guang)(guang)(guang)并(bing)照(zhao)射到焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)部(bu)來進行(xing)(xing)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，所(suo)以(yi)(yi)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)時(shi)帶來急劇的(de)(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)熔融(rong)。因(yin)此，熔融(rong)金(jin)屬(shu)作為(wei)(wei)飛(fei)濺(jian)(jian)物從形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)熔池飛(fei)散。飛(fei)散的(de)(de)(de)(de)飛(fei)濺(jian)(jian)物附(fu)著于焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)裝置(zhi)而使(shi)(shi)接(jie)(jie)(jie)(jie)縫的(de)(de)(de)(de)質量降低(di)，并(bing)且也附(fu)著于光(guang)(guang)(guang)學部(bu)件而使(shi)(shi)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)施工變得不(bu)(bu)(bu)穩定。另外，在激光(guang)(guang)(guang)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)中高密度集中熱能來進行(xing)(xing)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，所(suo)以(yi)(yi)大量產(chan)(chan)生(sheng)飛(fei)濺(jian)(jian)物，產(chan)(chan)生(sheng)下(xia)陷、不(bu)(bu)(bu)滿(man)等(deng)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)缺陷。如(ru)果(guo)產(chan)(chan)生(sheng)不(bu)(bu)(bu)滿(man)，則焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)部(bu)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度降低(di)。因(yin)此，研究(jiu)各種在激光(guang)(guang)(guang)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)中防(fang)止(zhi)飛(fei)濺(jian)(jian)物的(de)(de)(de)(de)附(fu)著的(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)、防(fang)止(zhi)飛(fei)濺(jian)(jian)物的(de)(de)(de)(de)產(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)。例如(ru)，通過(guo)減(jian)少激光(guang)(guang)(guang)輸出來防(fang)止(zhi)飛(fei)濺(jian)(jian)物產(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)、或使(shi)(shi)焦(jiao)點位置(zhi)偏離很大來防(fang)止(zhi)飛(fei)濺(jian)(jian)物產(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)正實(shi)用(yong)化(hua)。然(ran)而，存在如(ru)下(xia)問(wen)題：減(jian)少激光(guang)(guang)(guang)輸出、離焦(jiao)不(bu)(bu)(bu)僅導致焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)速度降低(di)，還容易產(chan)(chan)生(sheng)焊(han)透(tou)不(bu)(bu)(bu)良(liang)。
1.技術簡介
本(ben)技術的(de)(de)方法(fa)如下(xia)(xia)：在(zai)制(zhi)造激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)焊(han)(han)接鋼管(guan)時，適當保(bao)證兩道激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)束(shu)朝向被焊(han)(han)接件的(de)(de)入射(she)角(jiao)、正焦點處(chu)的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)斑直徑，并適當排(pai)列(lie)兩道激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)束(shu)，并且(qie)控制(zhi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)焊(han)(han)接的(de)(de)條(tiao)件，由此(ci)防止飛濺物的(de)(de)產生，抑制(zhi)焊(han)(han)接部(bu)的(de)(de)下(xia)(xia)陷、不滿，并且(qie)不降低焊(han)(han)接效率地獲得質量良好的(de)(de)焊(han)(han)接部(bu)，并且(qie)高合格(ge)率地穩(wen)定制(zhi)造激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)焊(han)(han)接鋼管(guan)。
抑制飛濺物產(chan)生的(de)(de)(de)(de)詳細機理不確(que)定，但可推斷是基于(yu)如下原(yuan)因：使能(neng)量分(fen)散到(dao)以(yi)一定的(de)(de)(de)(de)入射(she)角朝被焊接件(jian)照射(she)的(de)(de)(de)(de)兩道激(ji)光(guang)(guang)束，并(bing)且在沿焊接方向先行激(ji)光(guang)(guang)束抑制飛濺物并(bing)預熱鋼板后，后行激(ji)光(guang)(guang)束熔(rong)融鋼板，從而抑制飛濺物的(de)(de)(de)(de)飛散。此外，激(ji)光(guang)(guang)束的(de)(de)(de)(de)入射(she)角是指垂直(zhi)于(yu)被焊接件(jian)的(de)(de)(de)(de)上表面的(de)(de)(de)(de)方向與照射(she)激(ji)光(guang)(guang)束的(de)(de)(de)(de)方向所成的(de)(de)(de)(de)角。本技(ji)術是根據這樣的(de)(de)(de)(de)觀點而完(wan)成的(de)(de)(de)(de)。
本技術涉及的(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)光(guang)焊(han)接鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)造方(fang)(fang)(fang)法，利用(yong)(yong)成(cheng)形(xing)輥將(jiang)鋼(gang)(gang)板成(cheng)形(xing)為圓(yuan)筒狀的(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)口(kou)管(guan)(guan)，一(yi)邊(bian)(bian)(bian)利用(yong)(yong)擠壓輥對該開(kai)口(kou)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)邊(bian)(bian)(bian)緣(yuan)部(bu)進(jin)行(xing)(xing)(xing)加壓一(yi)邊(bian)(bian)(bian)照射(she)激(ji)(ji)光(guang)束(shu)來對邊(bian)(bian)(bian)緣(yuan)部(bu)進(jin)行(xing)(xing)(xing)激(ji)(ji)光(guang)焊(han)接，在(zai)(zai)上述激(ji)(ji)光(guang)焊(han)接鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)造方(fang)(fang)(fang)法中，將(jiang)分(fen)別使(shi)用(yong)(yong)不同的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)纖傳輸且(qie)正焦點處(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)斑直徑(jing)超過0.3mm的(de)(de)(de)(de)(de)兩道激(ji)(ji)光(guang)束(shu)沿(yan)邊(bian)(bian)(bian)緣(yuan)部(bu)從(cong)開(kai)口(kou)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)上表(biao)(biao)面(mian)側照射(she)，將(jiang)在(zai)(zai)開(kai)口(kou)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)上表(biao)(biao)面(mian)側沿(yan)焊(han)接方(fang)(fang)(fang)向(xiang)進(jin)行(xing)(xing)(xing)先(xian)(xian)(xian)行(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)先(xian)(xian)(xian)行(xing)(xing)(xing)激(ji)(ji)光(guang)束(shu)以(yi)及后(hou)(hou)行(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)后(hou)(hou)行(xing)(xing)(xing)激(ji)(ji)光(guang)束(shu)以(yi)從(cong)垂直于開(kai)口(kou)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)上表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)朝焊(han)接進(jin)行(xing)(xing)(xing)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)傾斜所(suo)設(she)置的(de)(de)(de)(de)(de)入(ru)(ru)射(she)角(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)(fang)式照射(she)，并(bing)(bing)且(qie)使(shi)先(xian)(xian)(xian)行(xing)(xing)(xing)激(ji)(ji)光(guang)束(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)入(ru)(ru)射(she)角(jiao)比后(hou)(hou)行(xing)(xing)(xing)激(ji)(ji)光(guang)束(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)入(ru)(ru)射(she)角(jiao)大，并(bing)(bing)且(qie)使(shi)開(kai)口(kou)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)背面(mian)處(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)先(xian)(xian)(xian)行(xing)(xing)(xing)激(ji)(ji)光(guang)束(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)中心(xin)點與后(hou)(hou)行(xing)(xing)(xing)激(ji)(ji)光(guang)束(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)中心(xin)點之間的(de)(de)(de)(de)(de)間隔為1mm以(yi)上，由此進(jin)行(xing)(xing)(xing)激(ji)(ji)光(guang)焊(han)接。
根據本技術，在(zai)(zai)制造激光焊接(jie)鋼(gang)管時(shi)，能(neng)夠(gou)防止飛濺物(wu)的(de)產生并(bing)抑制焊接(jie)部的(de)下(xia)陷、不滿，并(bing)且能(neng)夠(gou)不降(jiang)低焊接(jie)效率地(di)獲得(de)質量良好的(de)焊接(jie)部。結果，能(neng)夠(gou)高(gao)合格率地(di)穩定(ding)制造激光焊接(jie)鋼(gang)管。得(de)到的(de)激光焊接(jie)鋼(gang)管的(de)接(jie)縫的(de)低溫韌性、耐腐蝕(shi)性優良，適用(yong)于在(zai)(zai)寒冷地(di)區(qu)、腐蝕(shi)環境下(xia)使用(yong)的(de)油井管、管線(xian)管。
1是示(shi)意性表(biao)(biao)示(shi)應用本技術(shu)來用兩(liang)道(dao)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)(shu)焊接(jie)開口(kou)管的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)邊(bian)緣(yuan)部的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)合點的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)例子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)立(li)體圖。圖1中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)箭頭A表(biao)(biao)示(shi)焊接(jie)進行(xing)(xing)方(fang)向。在(zai)(zai)本技術(shu)中(zhong)，使兩(liang)道(dao)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)(shu)3a、3b沿開口(kou)管1的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)邊(bian)緣(yuan)部2從開口(kou)管1的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)上表(biao)(biao)面側照(zhao)射(she)(she)。此(ci)時，如果利(li)用光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學部件(例如棱鏡等)將由單一的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)(shu)一分(fen)為二并且(qie)照(zhao)射(she)(she)，則(ze)無法分(fen)別獨立(li)地設定后述(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)入(ru)射(she)(she)角、光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)斑直徑。因此(ci)，需要分(fen)別使用不同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)兩(liang)道(dao)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)(shu)3a、3b。可(ke)以(yi)使用1臺激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)振蕩(dang)(dang)器(qi)，也可(ke)以(yi)使用2臺。在(zai)(zai)使用1臺激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)振蕩(dang)(dang)器(qi)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)兩(liang)道(dao)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)情況下，只要將振蕩(dang)(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)在(zai)(zai)振蕩(dang)(dang)器(qi)內分(fen)割，然后，分(fen)別通(tong)過(guo)不同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)即可(ke)。1所示(shi)，激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)(shu)3a、3b沿邊(bian)緣(yuan)部2前后配置(zhi)。將在(zai)(zai)開口(kou)管1的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)上表(biao)(biao)面側沿焊接(jie)進行(xing)(xing)方(fang)向先行(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)(shu)設為先行(xing)(xing)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)(shu)3a，將后行(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)(shu)設為后行(xing)(xing)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)(shu)(shu)3b。