Способ лазерно-дуговой орбитальной сварки



Способ лазерно-дуговой орбитальной сварки
Способ лазерно-дуговой орбитальной сварки
Способ лазерно-дуговой орбитальной сварки

 


Владельцы патента RU 2539256:

Общество с ограниченной ответственностью "Центр лазерных технологий" ООО "ЦЛТ" (RU)

Изобретение относится к способу лазерно-дуговой орбитальной сварки и может быть применено при строительстве трубопроводов. Способ заключается в одновременном воздействии на внешнюю поверхность свариваемых трубных образцов лазерного луча и дуги в среде защитных газов. Дугу генерируют из плавящегося электрода с образованием общей сварочной ванны. Предварительно задают постоянными величину заглубления фокальной плоскости лазерного луча относительно внешней поверхности свариваемых образцов, равной (5±0,5 мм), и расстояния между осями лазерного луча и электрода, равного (3±0,5 мм). Проплавление выполняют с мощностью лазерного луча ≥10 кВт. Осуществляют регулировку угла наклона сварочной горелки относительно лазерного луча в диапазоне от 30° до 60° со скоростью изменения угла наклона сварочной горелки относительно лазерного луча, которую определяют в зависимости от скорости сварки и радиуса свариваемых трубных образцов. В качестве защитной среды используют газовую смесь, состоящую из активного и инертного газов. В результате обеспечивается повышение качества сварного соединения, эффективность процесса сварки и возможность осуществления сварки трубных образцов с большей толщиной.

 

Изобретение относится к области сварки кольцевых стыков сложных стальных конструкций и может быть применено при строительстве трубопроводов.

Известен способ и устройство для соединения концов стальных труб с помощью орбитальной сварки с использованием гибридных технологий [MX заявка №2011010491]. Изобретение относится к методу соединения концов стальных труб с помощью орбитальной сварки с использованием гибридного лазерно-дугового способа. Торцы труб соединяются одним или/и несколькими проходами сварки, в которой лазер и дуга, как инструменты направляют неподвижно зафиксированным кольцом, расставленным вокруг конца трубы.

Недостатком изобретения является отсутствие способов поддерживания ванны расплава, в связи с чем возможно его вытекание с внешней стороны при снижении эффективности процесса сварки и качества сварного соединения.

Известна механизированная сварка стыковых соединений пластин/труб с требуемой толщиной стенки при совместном использовании лазерно-дуговой и дуговой технологий, позволяющих сформировать общую активную зону дуговых и лазерной составляющих. [DE заявка №2010028745].

В заявке описывают технологию лазерно-дуговой сварки с последующим заполнением разделки 2-й дугой и устройство для выполнения последней. Устройство содержит 2 сварочные горелки: дуга первой, взаимодействуя с лазерным излучением, образует общую ванну расплава, вторая дуга располагается на некотором расстоянии от лазерного луча с целью последующего заполнения разделки. Также устройство сварочной головки позволяет перемещать горелки в различные положения. Данный способ сварки предназначен для осуществления сварки цилиндрических поверхностей диаметром от 80 мм до 800 мм с толщиной стенки более 12 мм.

К недостаткам способа сварки можно отнести отсутствие способов удержания ванны расплава от протекания, что влечет как снижение эффективности процесса, так и возможность образования дефектов в сварном соединении.

Известен способ сварки, совмещающий в себе использование лазерного пучка и электрической дуги с плавящимся электродом, для сборки укладываемых встык металлических труб с целью формирования металлических трубопроводов [RU патент №2403135]. Проплавление выполняют снаружи при формировании общей сварочной ванны под одновременным воздействием, по меньшей мере, одного лазерного пучка, передаваемого по оптическому волокну, и, по меньшей мере, одной электрической дугой в среде защитного газа, генерируемой из плавящегося электрода, образующего присадочный материал. Проплавление выполняют с подаваемой на свариваемые трубы мощностью лазера и с использованием горелки для электродуговой сварки типа горелки MIG. Независимо друг от друга раздельно регулируют положение точки фокусировки лазерного пучка, интервал между точкой фокусировки лазерного пучка и положением точки удара электрической дуги, а также угловое положение сварочной горелки MIG относительно лазерного пучка. Перед началом сварки программируют для каждой из переменных - точки фокусировки лазерного пучка, интервала между точкой фокусировки лазерного пучка и точкой удара электрической дуги и углового положения горелки MIG - установки для каждого из орбитальных положений сварочного устройства вокруг труб. Регулируют в реальном времени каждую из переменных в зависимости от информации, получаемой в результате выявления и анализа параметров соединения в реальном времени в ходе выполнения проплавления.

К недостаткам данного изобретения можно отнести достаточно низкую производительность процесса вследствие программирования параметров при сварке, низкую эффективность процесса вследствие неоптимальных параметров режима, а также низкое качество сварного соединения.

Задачей является повышение качества сварного соединения и эффективности процесса сварки, обеспечение возможности осуществлять сварку трубных образцов с большей толщиной.

Для решения задачи предложен способ лазерно-дуговой орбитальной сварки. Способ заключается в одновременном воздействии на внешнюю поверхность свариваемых трубных образцов лазерного луча и дуги в среде защитных газов, генерируемой из плавящегося электрода, с образованием общей сварочной ванны. Предварительно задают постоянными величины заглубления фокальной плоскости лазерного луча относительно внешней поверхности свариваемых образцов (5±0,5 мм) и расстояния между осями лазерного луча и электрода (3±0,5 мм). Проплавление выполняют с мощностью лазерного луча ≥10 кВт, регулировку угла наклона сварочной горелки относительно лазерного луча осуществляют в диапазоне от 30° до 60° со скоростью изменения угла наклона сварочной горелки относительно лазерного луча (Vизм.угл.накл.) по формуле:

Vсв - скорость сварки, м/мин (берется из конкретных условий сварки);

R - радиус свариваемых трубных образцов, м.

В качестве защитной среды составляют газовую смесь, состоящую из активного и инертного газов.

Плавное регулирование угла наклона сварочной горелки при определенном угле наклона относительно лазерного луча позволяет устранить несплавления и получить качественное сварное соединение с минимальным количеством внешних и внутренних дефектов. Применение постоянных величин заглубления фокальной плоскости лазерного луча относительно внешней поверхности свариваемых образцов (притупления разделки) и расстояния между осями лазерного луча и электрода позволяет устранить этап программирования каждой из переменных для всех орбитальных положений сварочного устройства вокруг свариваемых образцов и тем самым снизить подготовительно-заключительное время. Величина заглубления фокальной плоскости лазерного луча относительно внешней поверхности свариваемых образцов (притупления разделки) 5±0,5 мм обусловлена наибольшей эффективностью поглощения лазерного луча в парогазовом канале сварочной ванны за счет его многократного переотражения. Расстояние между осью лазерного луча и осью электрода сварочной горелки, равное 3±0,5 мм, обусловлено повышением эффективности процесса сварки за счет взаимодействия лазерного луча с расплавом сварочной ванны в области дугового воздействия. Использование лазерного луча мощностью ≥10 кВт позволяет получить сквозное сварное соединение при сварке трубных образцов с толщиной стенки ≥10 мм со скоростью ≥2 м/мин за один проход. Диапазон угла наклона горелки относительно лазерного луча от 30° до 60° обусловлен повышением эффективности сварки за счет увеличения глубины проплавления и качества шва из-за снижения разбрызгивания расплава. Защитная газовая смесь, состоящая из активного (СО2) и инертного (Ar) газов, позволяет повысить эффективность сварки за счет увеличения глубины проплавления и снижения разбрызгивания металла из ванны расплава.

Совокупность отличительных признаков является необходимой и достаточной для решения поставленной задачи.

Способ лазерно-дуговой орбитальной сварки осуществляют при одновременном воздействии на свариваемые образцы лазерного луча, передаваемого по оптическому волокну, и дуги в среде защитных газов, генерируемой из плавящегося электрода, с образованием общей сварочной ванны. Электрод в процессе сварки расположен перед лазерным лучом по ходу его движения. Перед сваркой лазерную головку устанавливают таким образом, чтобы величина заглубления фокальной плоскости лазерного луча составляла 5±0,5 мм под внешней поверхностью свариваемой трубы (притуплением разделки). Расстояние между осью лазерного луча и осью электрода сварочной горелки устанавливают равной 3±0,5 мм. Мощность лазерного луча устанавливают равной 10 кВт, мощность дуги равной 8 кВт, скорость сварки - 2 м/мин.

В область лазерно-дугового воздействия на трубные образцы подают защитную газовую смесь, состоящую из инертного (Ar) и активного (СО2) газов в процентном соотношении 80% и 20% соответственно в количестве 25 л/мин.

Сварку осуществляют за два приема. Первый прием - по ходу часовой стрелки с позиции 12 часов до позиции 6 часов. После окончания первого приема сварки сварочную головку перевешивают для осуществления второго приема. Второй прием осуществляют с позиции 12 часов до позиции 6 часов против хода часовой стрелки при тех же условиях. В начальной позиции сварочную горелку устанавливают под углом наклона 30° относительно лазерного луча. В процессе сварки угол наклона сварочной горелки плавно изменяют до 60° в конечной позиции. Регулирование угла наклона сварочной горелки относительно лазерного луча в диапазоне от 30° до 60° позволяет удержать ванну расплава от вытекания с внешней поверхности свариваемых образцов. Скорость изменения угла наклона сварочной горелки относительно лазерного луча постоянна для каждого случая сварки и зависит от радиуса свариваемых образцов и скорости сварки:

Vсв - скорость сварки, м/мин (берется из конкретных условий сварки); R - радиус свариваемых трубных образцов, м.

При скорости сварки - 2 м/мин и диаметре свариваемой окружности трубы - 1,42 м скорость изменения угла наклона сварочной горелки относительно лазерного луча составит ≈0,47 рад/мин.

Способ лазерно-дуговой орбитальной сварки повторяли при тех же остальных условиях при мощности лазерного луча 15 кВт, мощность дуги 12 кВт, скорость сварки 3 м/мин.

Оба способа лазерно-дуговой орбитальной сварки позволили получить сварное соединение трубных образцов с толщиной стенки 10 мм за один проход с термодинамическим к.п.д. процесса сварки >40%.

Способ позволяет повысить качество сварного соединения и эффективность процесса сварки, позволяет осуществлять сварку трубных образцов с большей толщиной.

Способ лазерно-дуговой орбитальной сварки, включающий одновременное воздействие на внешнюю поверхность свариваемых трубных образцов расфокусированного лазерного луча и дуги в среде защитных газов, генерируемой из плавящегося электрода, с образованием общей сварочной ванны, задание расстояния между осями лазерного луча и электрода, подачу мощности лазера и дуги на свариваемые образцы и регулирование угла наклона сварочной горелки относительно лазерного луча, отличающийся тем, что сварку ведут с постоянными предварительно заданными величиной заглубления фокальной плоскости лазерного луча относительно внешней поверхности свариваемых образцов, равной (5±0,5) мм, и расстоянием между осями лазерного луча и электрода, равным (3±0,5) мм, и мощностью лазерного луча ≥10 кВт, а регулировку угла наклона сварочной горелки относительно лазерного луча осуществляют в диапазоне от 30° до 60° с постоянной скоростью изменения угла наклона сварочной горелки относительно лазерного луча (Vизм.угл.накл.) по формуле:

VCB - скорость сварки, м/мин ;
R - радиус свариваемых трубных образцов, м,
при этом в качестве защитной среды используют газовую смесь, состоящую из активного и инертного газов.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при изготовлении вакуумных дугогасительных камер (ВДК) для вакуумных выключателей на номинальное напряжение 110 кВ и выше. Осуществляют сборку предварительно спаянных первым припоем узлов, имеющих один или несколько незапаянных швов между ними.

Способ может быть использован при изготовлении титановых конструкций методом сварки трением с перемешиванием. Соединяют сваркой титановые листы (802, 804) с образованием заготовки, имеющей несколько литых зон швов (918).
Изобретение относится к дуговой сварке и может быть использовано в различных отраслях промышленности при сварке преимущественно неповоротных кольцевых швов трубопроводов.

Группа изобретений относится к сварным соединениям трубопроводов. Узел сварного соединения трубопровода состоит из металлических труб с нанесенным на их внутреннюю поверхность защитным покрытием, втулки, состоящей из цилиндрического и симметрично расположенных конических участков, размещенной внутри труб, с кольцами упорными, жестко закрепленными на втулке на равном удалении от торцов втулки, резиновых уплотнительных манжет, размещенных между кольцами упорными и коническими участками втулки, не менее 3-х упоров, симметрично закрепленных на поверхности втулки в ее центральном сечении на равном удалении от торцов втулки, термоизолирующего слоя, нанесенного на цилиндрический участок втулки, и герметизирующего материала, нанесенного на конические участки втулки, отличается тем, что упоры выполнены со скошенными выступами, автоматически обеспечивающими соосность труб при надевании их на втулку, и имеют уменьшенное сечение ниже выступов для уменьшения теплопередачи на втулку, а резиновые уплотнительные манжеты имеют коническую эластичную внешнюю рубашку, максимальный наружный диаметр которой превышает внутренний диаметр свариваемых труб, а минимальный наружный диаметр меньше внутреннего диаметра свариваемых труб.

Изобретение относится к соединению металлических труб. Соединение состоит из двух сваренных между собой труб и размещенной внутри них металлической втулки с цилиндрической проточкой в центральной части и кольцевыми канавками в торцевых зонах и антикоррозионным покрытием на поверхности за исключением цилиндрической проточки, с теплоизоляционным материалом и установочными упорами в цилиндрической проточке, с уплотнительными элементами в кольцевых канавках и герметизирующим материалом в зазоре между трубами и втулкой.

Изобретение может быть использовано для приварки металлических выводов при производстве силовых полупроводниковых приборов. На V-образный электрод подают импульс тока с приложением начального давления и подачей ультразвуковых колебаний вдоль оси привариваемого вывода.

Изобретение может быть использовано при изготовлении или ремонте теплообменной аппаратуры, в частности, из легированных сталей, склонных к закалке. На свариваемых торцах трубы и трубной решетки устанавливают шайбу, внешняя поверхность которой имеет коническую и цилиндрическую части, а внутренний диаметр равен проходному сечению трубы.

Изобретение относится к способу сварки трубопроводов без предварительного подогрева стыков. Способ включает в себя соединение 2-х и более цилиндрических металлических труб, трубных секций, трубных плетей сварным кольцевым стыком с применением дуговой сварки по всему периметру трубы.

Изобретение относится к сварному соединению металлических труб с внутренней пластмассовой трубой. Технический результат заключается в повышении надежности защиты от коррозии околошовной зоны соединений труб в трубопроводе.

Изобретение относится к сварным соединениям труб с внутренним покрытием. Технический результат: повышение надежности защиты от коррозии сварного шва и околошовной зоны соединений труб в трубопроводе.

Изобретение относится к способу и устройству контроля проводимого на обрабатываемой детали процесса лазерной обработки. Способ содержит следующие этапы: регистрация по меньшей мере двух текущих измеренных значений посредством по меньшей мере одного сенсора для контроля процесса лазерной обработки, определение текущих показателей из текущих измеренных значений.

Изобретение относится к способу и устройству контроля проводимого на обрабатываемой детали процесса лазерной обработки. Способ содержит следующие этапы: регистрация по меньшей мере двух текущих измеренных значений посредством по меньшей мере одного сенсора, который контролирует процесс лазерной обработки, и определение по меньшей мере двух текущих показателей из по меньшей мере двух текущих измеренных значений.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для управления процессом лазерного воздействия на скальные породы переменной крепости при подготовке горных пород к безвзрывному разупрочнению для последующего послойно-полосового фрезерования и выемки карьерными комбайнами.

Изобретение относится к системе для термической обработки с использованием струи плазмы и/или лазерного луча. Лазерная головка (22) и плазменная головка (21) выполнены с возможностью присоединения к одному хвостовику (20).

Способ извлечения капсюлей из гильз стрелковых патронов заключается в том, что частично заполняют внутреннюю полость гильзы рабочей жидкостью и затем создают в ней повышенное давление, достаточное для экстракции инициирующего взрывчатого вещества совместно с корпусом капсюля.

Изобретение относится к области производства труб большого диаметра, в частности, к лазерной или лазерно-дуговой сварке сформованной цилиндрической заготовки. Цель изобретения - повышение качества сварки за счет одинакового распределения мощности лазерного луча на обоих свариваемых кромках заготовки.

Изобретение относится к области лазерной обработки материалов, в частности к способу лазерного плавления с использованием абляционного покрытия. Технический результат заключается в осуществлении плавления материала лазерным излучением с произвольной длиной волны независимо от ее принадлежности к области поглощения расплавляемого материала.

Группа изобретений относится к обработке поверхностей заготовок перед термическим напылением. Технический результат - улучшение адгезии покрытия к поверхности.

Изобретение относится к способу исправления металлических деталей, соединенных между собой при помощи высокотемпературной пайки. Исправляют паяные зоны при помощи лазера.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии лазерного послойного синтеза деталей, и может применяться в разных отраслях машиностроения.

Способ относится к области получения скрытых изображений без нарушения целостности поверхности на некоторой глубине в стеклянных материалах. Данный способ включает в себя этап подготовки изображения для заданного типоразмера продукта. Путем автоматизированного комплекса программ формируется изображение, состоящее из большого количества точек. Далее, под воздействием лазерного излучения высокой плотности мощности, сфокусированного на заданной глубине, происходит локальное разрушение материала, формируя так называемые точки, образующие целостное изображение. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх