卜磊

摘要：随着社会、经济的不断发展，对于石油与天然气的需求量也日益加大，管线建设量也日益扩大，一系列高效优质的焊接新技术广泛应用于管道连接过程中。较国外一些先进国家而言，我国管线钢高效焊接技术还停留在初级阶段，未形成一定发展规模，因此，提升管线钢高效焊接技术则非常有必要。笔者针对于管线钢高效焊接技术的研究现状及前景展开分析，意在既能够促进管线钢焊接工艺研究，促使相关部门和相关人员重点关注焊接设备的研发工作，争取早日将设备制造国产化，推动管线钢焊接行业的发展。

关键词：管线钢;焊接技术;对焊接;研究现状;前景

引言

为了有效推动我国管线焊接新工艺的研究和应用，满足我国现代化管线建设的要求，本文针对于国内外采用的管线钢焊接新工艺和新方法展开研究，对不同焊接工艺所取得的进展进行探析，然后对不同焊接工艺的优劣性进行比较和分析，对我国管线钢焊接新技术研究与国外存在的差距进行详细阐述，指出今后需努力的方向。

一、闪光对焊技术

闪光对焊技术是指在对焊机的辅助下，来协助两端金属接触，在连接电源之后，会在电阻热的帮助下在触点之间产生电弧，在端面金属达到一定温度之后，会在轴向加压顶锻方式来完成对焊工作。较传统焊接技术而言，闪光对焊有着较高的自动化，能够一次塑成形状，且有着较高的生产效率，针对于大口径、厚壁的管线钢而言，有着较大的潜力。

闪光对焊技术最早起源于前苏联，目前，在乌克兰和俄罗斯都得到了广泛的应用，但是对于其他国家而言，闪光对焊技术还是处于初级试验阶段，就其原因是难以保证闪光对焊的接头质量。据国内相关调查经验显示，应用人工神经网络来构造X65管线对焊的接头预算模型，可以采取实时检测对焊接参数的方式来进一步提升接头质量。较一些国外先进国家的闪光对焊技术而言，我国研究水平还呈现滞后性，研究水平依然处于初级阶段，在此情况下，学习国外先进的闪光对焊技术、经验、拓展先进设备及资金的引入渠道，加大闪光对焊技术人才培养力度是我国亟待解决的问题。

二、高能束焊

（一）激光焊

激光焊接技术是在20世纪60年代诞生的，其作用原理是指在高品质及高能量的激光热源作用下，来对材料进行连接。激光焊有着诸多优势，例如，其有着较高的生产效率、较小的热影响区及较低的热输入。同时激光焊接技术应用前景较为广阔，其不仅仅能够有效减少管线钢焊接的冷裂缝，还能够一定程度上控制热影响区软件化所带来的风险，具有较高的应用价值，近年来被广泛应用于管线钢高效焊接领域中。

激光焊有着较大的能量密度，特别是其在深熔焊模式的作用下，可以单道就实现中厚度管线钢的焊接工作，且能够很好的保证接头性能，对于管线钢的热影响区的软化问题能够做到很好的解决和处理。但是，激光焊接有着较小的聚焦点，这也对其装配精度体出了更高的要求，针对于大口径的管线钢而言，激光焊技术不能有效的对其实行焊接。

单级脉冲焊是闪光对焊技术重要的组成部分，该技术是由Austin A&M大学结合J型管线铺设工艺研发而成的。应用单向发电机来制造大电流、低电压脉冲，生成电阻热，待达到一定温度后在锻压形成焊缝。该工艺能够得到良好的焊接接头，且其焊接接头具有强度高、热影响区低的特点。但是也极容易产生脆性层，减少接头的耐冲击性能。单极脉冲焊是一种潜力巨大的焊接工艺，与管线钢相宜的焊接工艺参数、、缺陷检测方法等有待于深入研究。

（二）激光—电弧焊

激光—电弧焊是在20世纪70年代WSteen所提出，其是指将激光焊技术切实融入于电弧焊技术，使二者相得益彰，充分挖掘二者的应用价值。其不仅能够有效减少管线钢转装配的要求，也能够进一步提升所施加的能力密度，对焊缝成形做到有效控制。

激光—电弧焊有着较为广阔的应用范围，其主要是应用旁轴复合形式，且在实际焊接技术中，还要控制激光和电弧的相对位置，以避免由于二者相对位置不同而对焊接质量带来不利影响。经过相关人员对过X80管线钢和激光MIC电弧复合焊研究发现，激光前置能够有效预防熔滴过渡及熔池波动的影响，能够进一步扩大熔深。在控制相对位置的同时，还要对激光和熔化极气体保护焊的功率匹配进行科学控制，激光和熔化极气体保护焊的功率也是影响焊接质量的主要因素之一。据相关调查研究表明，激光—电弧焊中一旦出现较大的电弧能量占比，在熔深和焊缝横截面形状方面都占据相对明显的优势。

现阶段，管线钢应用激光—电弧焊技术的研究方向多是集中于焊接接头质量的系统评估、焊机工艺的参数研究等等。在管线钢级别不断增加的背景下，对激光—电弧焊管线钢性能、热影响区相变机理等方面展开研究和分析是至关重要的。针对于现场管线焊接而言，其面临的重要问题是现场缺少必要的能源支持，且激光设备的尺寸也受到一定程度的制约。就目前而言，針对于百瓦级和千瓦级的光纤激光器来说，我国有自主研发和生产的能力，而针对于万瓦级的光纤激光器而言，我国研发过程中还缺少相应的技术及人才等方面的支持，大部分只能依赖于进口。因此，我国要加大对大功率激光设备的研发力度，迎难而上，克服技术困难，进而促进激光—电弧焊技术在国管线钢上的应用前景开拓。

（三）电子束焊

作为一种高能束焊技术，电子束焊技术一直深受关注。该技术是1980年法国Total石油公司在开展J-型铺管作业时提出来的，但电子束保证能力密度的前提是在真空环境下，而真空室的大小和形状对于该技术的应用造成一定制约。2000年，英国焊接研究所创造了在管线铺设前提下的非真空电子束焊接装置，应用侧吹氩气的方式来对电离产生的电离子进行驱除，实现了电子束能量的集中。

目前而言，国内缺少对于管线钢电子束焊接工艺的研究，但是基于国内电子束焊接的优势和一些先进国家的研究经验，可以为国内电子束焊接工艺的研究提供一定的方向。电子束焊接的组队精度对于激光焊接提出了更高的要求，且工作过程需要解决产生有辐射的X射线等问题。但是，电子束焊的深宽比例能够控制在2%，较于激光焊技术而言，电子束焊的有着更高的能量密度，针对于大厚壁的管线钢而言，是一种非常理想的焊接技术，有着较为广阔的应用前景。

三、摩擦焊

（一）径向摩擦焊

径向摩擦焊是借助于焊件相对摩擦运动产生的热量来完成的一种固相压力焊方法，该技术焊接过程稳定、安全，有着较高的焊接效率，且焊接过程能控制低污染，被广泛应用于管道之间对接工作中。20世纪80年代，挪威等国家就开始对用于管道焊接的径向摩擦焊机进行研制，并探索了管道径向摩擦焊工艺。

现阶段，径向摩擦焊技术在基础理论与焊接工艺方面都趋于完善，有着较大的进步。比利时的KFaes等人针对X52级管线钢进行了径向摩擦焊工艺探索，据相关分析发现，径向环的旋转速度、厚度以及材料和焊接质量呈现密切关系。径向环速度增加可以降低工件变形量，径向环的力学性能要与被焊材料相适应，径向环厚度影响摩擦焊接的热过程，进而影响焊接接头组织。

（二）搅拌摩擦焊

管线钢应用搅拌摩擦焊过程中，需要给内部提供一定支撑力，避免焊接过程产生较大压力而造成管道壁塌陷的情况。美国的MegStir公司对准305mm的X60管线钢进行了搅拌摩擦焊试验，应用W型驱动转轴，在旋转管线钢的同时，提供内部支撑，使13mm壁厚的管线钢的焊接达到理想程度。在改进设备的基础上，管线钢搅拌摩擦焊工艺的研究也得到一定进步。

据相关研究显示，在环缝焊接管线钢时，应用搅拌摩擦焊可比电弧焊减少大约在8%的成本。现阶段，管线钢搅拌摩擦焊的研究方向主要是指针对于焊接工艺参数、接头显微组织与质量。管线钢焊接应用搅拌摩擦焊时极易出现变形情况，梳理顯微组织与变形的关系可以实现焊接工艺的进一步改善。

参考文献

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