用于深海应用的激光焊接管道

时间:2014-12-01 11:26发布人:激光制造商情 点击:
本文刊登於:《激光製造商情》2014年11月刊

关键字:管道焊接,WIG焊接,海底脐带,激光焊接

  • 在法国的心脏地带韦纳雷勒洛梅县(Venarey Les Laumes)的生产工厂内,瓦卢雷克管道公司(Vallourec Umbilicals)演示了如何使用激光焊接生产具有较高机械特性的管道,以减少壁厚。使用罗芬公司提供的ROFIN DC 0808千瓦CO2激光器和PWS管型材焊接系统,这家工厂每分钟生产约10米长的激光焊接管道。

     

    管道不仅只是赏心悦目

    瓦卢雷克公司是世界领先的制造高品质金属管道的生产商,产品主要被用在石油和天然气行业。仅仅几年时间,他们已经在石油行业开发出一个新的分支,即一个被称为“海底脐带”专门的应用领域,比如水底管道,也就是供给线、线缆或光纤等各类介质的通道。海底脐带是水下装置的一个重要组成部分,可以输送流体、供给电力,或作为海上平台和它们控制站之间的信息传输通道。被部署在水深几千米处,很明显这些供应管道必须非常耐用,但是人们却对其实际制成工艺知之甚少。2011年,该集团成立了子公司瓦卢雷克管道公司,专门负责生产能够穿行于脐带内部的特殊管道。

    由于它们必须满足极高的要求,通过脐带的管道通常是无缝生产的。其制造成本包括50%的材料成本和50%的生产成本。采用激光焊接技术,材料以及生产成本都得到了下降,同时技术性能也得到了提高。


    选择正确的焊接材料至关重要

    第一个挑战是正确选择材料。这种被铺设在海水中的管道材料必须具有极高的耐腐蚀性。防锈双相钢,比如有着等份奥氏体和铁素体的不锈钢,耐腐蚀性和强度都很高。其特殊的合金组合物(25%铬,7%镍,4-5%钼和0.3%的氮气),即所谓的超级双相钢,具有适应近海环境腐蚀介质的最佳特性。焊接加工中需要特别注意飞溅与气孔的问题,以确保管道的焊接质量。

     

    从卷料到成品

    这些特殊不锈钢管的极高要求也反映在生产线的复杂性上。瓦卢雷克管道公司的研发负责人盖伊•杜兰德(Guy Durand)详细解说了每一个生产步骤,他们的研发团队在这个项目里付出了极大的精力。

    在第一个生产步骤中,连续加工中的材料直接来自卷料,各个独立的卷料由WIG焊接结合在一起。通过刮削工序的边缘准备后,不锈钢带料经过辊轧成型,到达激光焊接区域。为了达到所需的焊接质量,后续焊接加工时激光束需要被准确定位在焊缝中间。ROFIN激光焊接系统,包括一个8千瓦CO2激光器及PWS管型材焊接系统,还有一个用于检测焊缝位置的传感器,即所谓的焊接传感器。得益于焊接传感器,即使是焊缝位置和焊接位置之间出现很微小的偏差,都可以被检测并校正,从而在任何时候都保持激光束的精确定位,由此实现最高水平的加工可靠性。

    焊接后,在线焊缝热处理工艺保证了均匀的微观结构。最终的抛光加工完成后,肉眼将不会观测到焊缝。

    整个生产过程,从卷料到成品管,都由瓦卢雷克公司全程控制,包括各种非破坏性的检测方法和专门的在线智能质量过程传感系统。如有任何质量缺陷,相关的区域将被标记,而后被切除并用环缝轨道焊接重新接合成连续管道。高达2000巴( 2,000,000 hPa)的压力测试才能满足质量控制要求。

    成品管的直径范围为16-40毫米,壁厚范围为1-3毫米。

     

    结束语

    由于要为海底脐带供应管道,瓦卢雷克集团不仅扩大了其产品线,还为这种特殊类型的管道开发出一种创新的制造工艺。激光焊接已被证明是制造超高耐腐蚀性和高机械强度的连续焊接管道的理想方法。

    最后,此项目的合作伙伴们之间紧密合作,正在考虑在生产线中导入更多的激光加工技术。 

     

     

    本文刊登於:《激光製造商情》2014年11月刊

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