日本JFE耐磨板公司最近研發了一種使(shi)用激光束來(lai)對(dui)開(kai)口管(guan)的(de)長邊方向的(de)邊緣部進行(xing)焊接的(de)鋼(gang)(gang)管(guan)的(de)制造方法(fa)，主要是涉及油井管(guan)或管(guan)線管(guan)等(deng)石油、天然氣體的(de)開(kai)采、輸送所適用的(de)激光焊接鋼(gang)(gang)管(guan)的(de)制造方法(fa)。
用做油井(jing)管(guan)(guan)(guan)或管(guan)(guan)(guan)線管(guan)(guan)(guan)的(de)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)大致分為(wei)焊接鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)和無縫鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)。在這些鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)中，電焊鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)能(neng)夠通(tong)過(guo)將熱軋的(de)帶狀鋼(gang)板用作原材料而低成本地制造(zao)，所以在經濟上(shang)是有(you)利的(de)。
然而(er)，電(dian)焊(han)鋼管(guan)一(yi)般是使用(yong)成(cheng)(cheng)(cheng)形輥將鋼板成(cheng)(cheng)(cheng)形為(wei)圓筒(tong)狀來(lai)形成(cheng)(cheng)(cheng)開(kai)口管(guan)，一(yi)邊(bian)用(yong)擠壓(ya)輥對(dui)該(gai)開(kai)口管(guan)的(de)(de)(de)邊(bian)緣部進行(xing)加壓(ya)一(yi)邊(bian)進行(xing)電(dian)阻焊(han)來(lai)進行(xing)制造(zao)，所以焊(han)接的(de)(de)(de)接縫(feng)(feng)必然存在(zai)(zai)，從而(er)存在(zai)(zai)該(gai)接縫(feng)(feng)的(de)(de)(de)低溫韌(ren)性劣化(hua)的(de)(de)(de)問題。因(yin)此，電(dian)焊(han)鋼管(guan)的(de)(de)(de)油井管(guan)、管(guan)線管(guan)難以在(zai)(zai)寒冷地區使用(yong)。接縫(feng)(feng)的(de)(de)(de)低溫韌(ren)性劣化(hua)的(de)(de)(de)原因(yin)是在(zai)(zai)焊(han)接邊(bian)緣部時高溫的(de)(de)(de)熔融金屬與大氣中的(de)(de)(de)氧反應而(er)生成(cheng)(cheng)(cheng)氧化(hua)物，該(gai)氧化(hua)物容易殘留于接縫(feng)(feng)。
而且，電(dian)焊鋼(gang)管(guan)(guan)還存在(zai)(zai)的問題是，在(zai)(zai)焊接邊緣部(bu)，熔融金(jin)屬(shu)中的合金(jin)元素(su)容易(yi)偏析，所以接縫地耐腐蝕(shi)(shi)性容易(yi)劣化。因此(ci)，電(dian)焊鋼(gang)管(guan)(guan)的油井(jing)管(guan)(guan)、管(guan)(guan)線管(guan)(guan)難以在(zai)(zai)高(gao)腐蝕(shi)(shi)環(huan)境下使(shi)用。
另一方(fang)面，作(zuo)為不使接(jie)(jie)(jie)縫(feng)的(de)低溫(wen)韌(ren)性、耐腐蝕性劣化(hua)的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)方(fang)法(fa)，基(ji)于激光(guang)(guang)束的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)備受關注。激光(guang)(guang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)能(neng)減小熱(re)源的(de)尺寸，并且(qie)能(neng)夠(gou)(gou)高密度集中熱(re)能(neng)，所(suo)以能(neng)夠(gou)(gou)防止(zhi)熔融金(jin)屬中的(de)氧(yang)化(hua)物的(de)生(sheng)成、合金(jin)元素的(de)偏析。因此，如(ru)果(guo)將激光(guang)(guang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)應用(yong)于制造焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)鋼(gang)管，則能(neng)夠(gou)(gou)防止(zhi)接(jie)(jie)(jie)縫(feng)的(de)低溫(wen)韌(ren)性、耐腐蝕性的(de)劣化(hua)。
因此(ci)，在焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)鋼管(guan)的(de)制造過程(cheng)中，通過對開口管(guan)的(de)邊緣部照射激(ji)光(guang)束來(lai)進行焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)，從而(er)制造鋼管(guan)的(de)技(ji)術正實用(yong)(yong)化。然而(er)，在激(ji)光(guang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)中，利用(yong)(yong)光(guang)學(xue)部件作為高密度能量光(guang)線的(de)激(ji)光(guang)束聚光(guang)并(bing)照射到(dao)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)部來(lai)進行焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)，所(suo)以(yi)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時帶來(lai)急(ji)劇的(de)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)熔(rong)(rong)融(rong)(rong)。因此(ci)，熔(rong)(rong)融(rong)(rong)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)作為飛濺物從形成的(de)熔(rong)(rong)池飛散(san)。飛散(san)的(de)飛濺物附(fu)著于焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)裝置(zhi)而(er)使(shi)接(jie)(jie)(jie)縫的(de)質量降低(di)，并(bing)且也(ye)附(fu)著于光(guang)學(xue)部件而(er)使(shi)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)的(de)施(shi)工(gong)變得不穩定。
另(ling)外，在(zai)激光焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)中高(gao)密度(du)集中熱能來進行焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，所以大量產(chan)(chan)生(sheng)飛(fei)濺(jian)物(wu)，產(chan)(chan)生(sheng)下(xia)陷(xian)、不滿等焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)缺陷(xian)。如(ru)果產(chan)(chan)生(sheng)不滿，則(ze)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)部的(de)強度(du)降低。因(yin)此(ci)，研(yan)究(jiu)各種在(zai)激光焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)中防止飛(fei)濺(jian)物(wu)的(de)附著的(de)技(ji)術(shu)、防止飛(fei)濺(jian)物(wu)的(de)產(chan)(chan)生(sheng)的(de)技(ji)術(shu)。例如(ru)，通過減少(shao)激光輸出來防止飛(fei)濺(jian)物(wu)產(chan)(chan)生(sheng)的(de)技(ji)術(shu)、或使焦(jiao)點位置偏離(li)很大來防止飛(fei)濺(jian)物(wu)產(chan)(chan)生(sheng)的(de)技(ji)術(shu)正(zheng)實用化。然(ran)而，存在(zai)如(ru)下(xia)問題：減少(shao)激光輸出、離(li)焦(jiao)不僅導致焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)速(su)度(du)降低，還容易產(chan)(chan)生(sheng)焊(han)透不良。
1.技術簡介
根據日本JFE耐磨板公司提供的技(ji)術方法如下(xia)：在(zai)制(zhi)造(zao)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)鋼(gang)管時，適(shi)當保證兩道(dao)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)束朝向被焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)件的入射角(jiao)、正(zheng)焦點處的光(guang)(guang)(guang)斑直徑，并(bing)適(shi)當排列兩道(dao)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)束，并(bing)且(qie)(qie)控制(zhi)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)的條件，由(you)此防(fang)止飛(fei)濺物的產生，抑制(zhi)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)部(bu)的下(xia)陷、不滿，并(bing)且(qie)(qie)不降低焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)效(xiao)率(lv)地獲(huo)得質量良好的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)部(bu)，并(bing)且(qie)(qie)高合格率(lv)地穩定制(zhi)造(zao)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)鋼(gang)管。
抑制(zhi)飛(fei)濺(jian)物(wu)產(chan)生的(de)詳細機理(li)不(bu)確定(ding)，但可推(tui)斷是基(ji)于如下原因：使能量(liang)分散(san)到(dao)以(yi)一(yi)定(ding)的(de)入射(she)角朝(chao)被焊(han)(han)接件(jian)照(zhao)射(she)的(de)兩道激光(guang)束，并且在(zai)沿(yan)焊(han)(han)接方向(xiang)(xiang)先行(xing)(xing)激光(guang)束抑制(zhi)飛(fei)濺(jian)物(wu)并預熱鋼板(ban)后(hou)(hou)，后(hou)(hou)行(xing)(xing)激光(guang)束熔融鋼板(ban)，從而(er)抑制(zhi)飛(fei)濺(jian)物(wu)的(de)飛(fei)散(san)。此(ci)外(wai)，激光(guang)束的(de)入射(she)角是指垂直于被焊(han)(han)接件(jian)的(de)上表(biao)面的(de)方向(xiang)(xiang)與照(zhao)射(she)激光(guang)束的(de)方向(xiang)(xiang)所成的(de)角。本技術是根據這樣(yang)的(de)觀點而(er)完成的(de)。
根據日本JFE耐磨(mo)板公司提供的(de)(de)(de)(de)(de)技術(shu)，涉及的(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)焊接(jie)(jie)鋼(gang)管的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)造(zao)方法，利(li)用成(cheng)形輥將(jiang)鋼(gang)板成(cheng)形為圓筒狀(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)開(kai)(kai)口(kou)管，一邊(bian)(bian)利(li)用擠壓輥對該開(kai)(kai)口(kou)管的(de)(de)(de)(de)(de)邊(bian)(bian)緣(yuan)部進(jin)(jin)(jin)行(xing)加壓一邊(bian)(bian)照射(she)(she)(she)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)來對邊(bian)(bian)緣(yuan)部進(jin)(jin)(jin)行(xing)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)焊接(jie)(jie)，在上(shang)(shang)(shang)述激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)焊接(jie)(jie)鋼(gang)管的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)造(zao)方法中(zhong)，將(jiang)分別使(shi)用不同的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖傳輸(shu)且正焦點處(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)斑直徑超過0.3mm的(de)(de)(de)(de)(de)兩道激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)沿邊(bian)(bian)緣(yuan)部從開(kai)(kai)口(kou)管的(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)(shang)(shang)表面(mian)側(ce)照射(she)(she)(she)，將(jiang)在開(kai)(kai)口(kou)管的(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)(shang)(shang)表面(mian)側(ce)沿焊接(jie)(jie)方向(xiang)進(jin)(jin)(jin)行(xing)先(xian)行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)先(xian)行(xing)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)以(yi)及后行(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)后行(xing)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)以(yi)從垂(chui)直于開(kai)(kai)口(kou)管的(de)(de)(de)(de)(de)上(shang)(shang)(shang)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)方向(xiang)朝焊接(jie)(jie)進(jin)(jin)(jin)行(xing)方向(xiang)傾斜所設(she)置的(de)(de)(de)(de)(de)入(ru)(ru)射(she)(she)(she)角的(de)(de)(de)(de)(de)方式照射(she)(she)(she)，并且使(shi)先(xian)行(xing)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)入(ru)(ru)射(she)(she)(she)角比(bi)后行(xing)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)入(ru)(ru)射(she)(she)(she)角大，并且使(shi)開(kai)(kai)口(kou)管的(de)(de)(de)(de)(de)背面(mian)處(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)先(xian)行(xing)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)心點與后行(xing)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)中(zhong)心點之間的(de)(de)(de)(de)(de)間隔為1mm以(yi)上(shang)(shang)(shang)，由(you)此進(jin)(jin)(jin)行(xing)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)焊接(jie)(jie)。
根據日本JFE耐(nai)磨板公司(si)提供(gong)的(de)技(ji)術，在制(zhi)造(zao)激(ji)光(guang)焊(han)接(jie)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)時，能夠防止飛濺(jian)物(wu)的(de)產生并抑制(zhi)焊(han)接(jie)部(bu)的(de)下(xia)陷(xian)、不滿，并且能夠不降低(di)(di)焊(han)接(jie)效(xiao)率(lv)(lv)地(di)獲得(de)(de)質量良好的(de)焊(han)接(jie)部(bu)。結果(guo)，能夠高(gao)合(he)格率(lv)(lv)地(di)穩定(ding)制(zhi)造(zao)激(ji)光(guang)焊(han)接(jie)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)。得(de)(de)到的(de)激(ji)光(guang)焊(han)接(jie)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)的(de)接(jie)縫的(de)低(di)(di)溫韌性、耐(nai)腐蝕性優良，適用(yong)于在寒冷(leng)地(di)區、腐蝕環境下(xia)使(shi)用(yong)的(de)油井管(guan)(guan)、管(guan)(guan)線管(guan)(guan)。