为了研究激光对油气管道外防腐层剥离的可行性,以及漆层清除对基体性能的影响,采用短脉冲激光器对X65管线钢上的环氧树脂防腐层进行激光除漆实验。采用三维形貌测试仪对除漆后的表面进行测试,并使用扫描电镜与能谱分析仪对试样的表面和横截面进行测试分析。两个试样经不同工艺参数的激光扫描后,漆层基本全部剥离,基体表面呈现出密集的火山口形貌,表层以下出现了带状区和裂纹区;试样A、B表层以下带状区的厚度分别约为20 μm和10 μm,裂纹区厚度分别约为100 μm和90 μm,表层硬度均小幅提升。本研究所采用的激光参数既满足了钢管除漆的要求,又对表层起到了强化作用。管道激光除漆技术在技术上是可行的,值得深入研究。

采用Nd∶YAG激光器开展X65管线钢激光深熔焊接实验,通过光学显微镜、扫描电镜、硬度仪,观察焊缝形貌,表征焊缝区域的微观组织,测量焊缝区域的硬度变化。结果表明:由于焊接偏转角度的变化影响了激光在空间中的能量分配,焊缝深度从8 mm下降至4 mm,且沿焊接厚度方向,焊缝形貌沿激光偏转角度发生了偏转;由于焊接裂纹与温度、温度梯度等相关,通过降低焊接速度,在焊缝收尾处观察到了裂纹;随着焊接速度的增加,焊接热影响区的宽度变窄,焊缝区最大硬度由472.1 HV增大到565.5 HV;熔凝区硬度分布的非对称性随着焊接速度的增大而增强。

采用光纤激光-熔化极活性气体保护焊(MAG)复合焊接进行X80管线钢6 mm厚根部的打底焊接，以实现单面焊双面成形。对工艺规范参数优化后的焊接接头进行宏观成形分析和显微硬度、拉伸、冲击、弯曲等力学性能研究。在此基础上，重点研究了激光-MAG复合焊热循环对打底焊焊缝接头微观组织的影响。结果表明，在优化的工艺参数范围内，可获得成形良好、无缺陷的焊缝；焊缝截面呈高脚杯状，可分为电弧作用区和激光作用区；电弧作用区的硬度高于激光作用区；拉伸试样断裂于母材；电弧作用区焊缝组织主要为针状铁素体和少量的先共析铁素体，激光作用区焊缝组织主要为针状铁素体和贝氏体类型组织(上贝氏体+粒状贝氏体)；激光作用区和电弧作用区的热影响区组织差异不大，但电弧作用区的过热区明显宽于激光作用区。

利用激光冲击波对X80管线钢焊接接头表面进行了强化处理，通过拉伸实验对激光冲击处理前后焊接接头试样拉伸力学性能进行了分析，用扫描电镜和能谱分析仪观察了其断口形貌与化学成分组成，并对其断裂机理进行了探讨。实验结果表明，原始状态的X80管线钢焊接接头具有连续屈服特征，无明显的屈服平台，延伸率比较高，拉伸断口出现明显的分层开裂；激光冲击处理后X80管线钢焊接接头的强度并未得到加强，韧窝尺寸与深度变大，其断裂拉伸性能得到改善。

利用激光冲击波对X70管线钢焊接接头进行强化处理，进行了低温冲击韧性试验，分析了激光冲击处理后显微组织的有效晶粒度，用扫描电镜观察断口形貌，研究激光冲击处理对X70管线钢焊接接头冲击韧性的影响机制。结果表明，激光冲击处理后X70管线钢焊接接头获得了均匀细小的铁素体晶粒，具有优异的冲击韧性；原始状态冲击断口为脆化特征。激光冲击处理经激光冲击处理后试样断口呈现韧化特征，改善了X70管线钢焊接接头的低温冲击性能，有利于提高管线钢使用的安全性。

为了减小管线钢管JCO成形工艺中成形管坯的椭圆度，基于塑性弯曲工程理论和机器视觉测量技术提出了管线钢管JCO精确弯曲成形工艺。在管坯首道次成形过程中，采用两次预弯法，识别出板材的弹复规律，结合管坯目标成形角，预测出精确的压制行程；在后续成形道次中,利用误差补偿技术循环补偿上一道次的成形误差，实现管坯每道次精确弯曲成形。确定了适合管坯端面的图像处理算法、图像处理流程和直线检测算法，提出了采用正三角形作为标定模板求解摄像机外部参数的标定方法，由单幅图片快速、高精度地标定出摄像机的外部参数，建立了将图像角转换为管坯真实成形角的数学模型。实验结果表明，管坯成形角监测误差在0.2°以内，可控制成形管坯的椭圆度在1.5%以内，减小了成形管坯的椭圆度，改变了成形管坯的椭圆度控制依赖于操作者经验的现状。

焊接是管线建设的关键技术之一,随着我国管线钢的快速发展,越来越需要匹配的焊接技术来满足管线的建设。分析了激光焊在管道焊接中的优缺点,并采用高功率激光焊接设备,对板厚为16 mm的X52管线钢进行焊接,X射线探伤检测焊缝无裂纹,采用光学显微镜分析了焊接接头的焊缝结晶特性和微观组织。根据美国石油学会标准API SPEC 5L管线钢规范,对焊接接头进行了力学性能试验。结果表明:焊接接头的抗拉强度达480 MPa,断于母材;180°接头弯曲未出现裂纹;-20 ℃焊缝金属冲击韧性CVN=279 J,熔合区冲击韧性CVN=282 J,热影响区冲击韧性CVN=212 J,焊接接头的最大硬度分布在焊缝下部,为270 HV左右。研究表明,各项性能均满足管线钢焊接的要求。