Способ гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва трубы



Способ гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва трубы
Способ гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва трубы
Способ гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва трубы
Способ гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва трубы
B23K101/06 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2637035:

Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") (RU)

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва толстостенных трубных заготовок. Технический результат: повышение качества сварного шва при сварке заготовки стыка кромок как с максимально допустимым зазором, так и излишним зазором. Для сварки используют одновременно два лазерных луча, которые располагают со стороны наружной поверхности стыка кромок трубной заготовки. Осуществляют подачу в зону сварки расплавляемой электрической дугой присадочной проволоки в защитной среде с образованием единой сварочной ванны. Электрическую дугу располагают позади лучей для заполнения разделки кромок трубной заготовки. Оси лучей располагают в одной плоскости, перпендикулярной направлению сварки, и под равными углами от вертикальной оси с пересечением их в области фокуса. Фокус располагают выше поверхности обрабатываемой заготовки, а области расфокусировки располагают с обеспечением попадания луча на соответствующую противоположную кромку стыка. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Заявляемое изобретение относится к области лазерной сварки, в частности, гибридной лазерно-дуговой сварки, и может быть использовано при сварке толстостенных трубных заготовок с зазором.

В процессе такой операции, как сборка трубной заготовки, когда при помощи специального стана отвечающего за сведение кромок трубной заготовки под сварку технологического шва возникает техническая проблема, когда мощности стана не хватает для сведения кромок, то у заготовки образуется зазор между ними, превышающий максимальное значение, допустимое при дуговой сварке. Также причинами возникновения зазора между свариваемыми кромками могут быть: некорректные режимы формования трубной заготовки, износ инструмента, применяемого при фрезеровке кромок под сварку т.д.

Из уровня техники известен способ многолучевой лазерной сварки изделий из конструкционных сталей, включающий подачу двух лазерных лучей встык свариваемого соединения, где один луч расположен перпендикулярно стыку, а второй - под углом относительно первого луча для создания одной сварочной ванны (патент №2491035 на изобретение «Способ многолучевой лазерной сварки», дата подачи 29.12.2011 г., опубликовано 10.09.2013 г.).

Недостатки известного решения обусловлены, прежде всего, ограничением по виду выполняемой сварки, а именно только лазерной, при которой лазерные лучи обеспечивают только проплавление, а не заполнение разделки без использования дополнительного присадочного материала. При этом способ возможно применить только на изделии не имеющего зазора, который беспрепятственного влияет на прохождение лазерного луча между свариваемыми кромками, что может привести к такому виду дефекта, как полное или частичное неоплавление кромок.

Известен способ лазерной сварки встык толстостенных металлических заготовок с щелевой разделкой, который заключается в использовании лазера, качающегося во время сварке с применением присадочной проволоки, которую подают в зону сварки с целью заполнения разделки. Разделка кромок имеет вид щели, в нижней части которой имеется небольшое притупление для выполнения первого шва - корневого. Лазерный луч и дуговая горелка образуют единую сварочную ванну. Лазерный луч во время сварки осуществляет качающиеся движения, поочередно перемещаясь от одной стенки к другой в процессе сварки, а присадочная проволока при этом остается в статичном положении и расположена за лазерным лучом, оплавляясь им. Конструкция мундштука, подающего проволоку, имеет специальное исполнение, за счет которого имеется возможность проникать в шель. После сварки выполняют зачистку шва с целью удаления образовавшегося шлака (патент № CN 104384717 (A1) «Swinging laser and hot wire welding method for implementing butt welding on narrow gap of thick plate», дата приоритета 2014.11.12, дата публикации 13.04.2016 г.).

Недостатки связаны с тем, что данный способ выполняют за несколько проходов с последовательным наложением швов на малых скоростях сварки из-за малых мощностей лазерного луча и при этом проводят зачистку сварочного шва от шлака, что снижает производительность и является трудоемким процессом.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ лазерной сварки, где для предотвращения разбрызгивания и прилипания к верхней поверхности обрабатываемой детали и оптическому компоненту во время сварки, а также предотвращения образования поднутрения или недостаточности заполнения шва на задней поверхности обрабатываемой детали, лазерную сварку осуществляют излучением двух лазерных лучей вдоль линии сплавления со стороны верхней поверхности обрабатываемой детали, которые наклоняют в направлении сварки под углом падения по отношению к направлению, перпендикулярному верхней поверхности обрабатываемой детали. Углы падения лазерных лучей устанавливают так: впереди идущий луч наклоняют больше, чем угол идущего позади (патент №2547987 на изобретение «Способ лазерной сварки», дата подачи 28.04.2011 г., дата публикации заявки 10.05.2015 г., заявка РСТ JP 2011/060806).

Недостатки известного способы связаны с тем, что способ может быть реализован только посредством одного вида сварки - лазерной, для выполнения которой задают определенную фокусировку лучей. Кроме того, лучи расположены последовательно друг за другом и воздействуют на определенную заданную ограниченную зону поверхности обрабатываемых деталей, что не позволяет увеличить площадь теплового воздействия лучей, установку которых наклоняют в направлении сварки под разными углами, что может привести к формированию неравномерного шва, что, в свою очередь, негативно влияет на качество шва. Кроме того, действие двух лучей в одной сварочной ванне может при сквозном проплавлении привести к протеканию расплавленного металла, как следствие - к проседанию шва с наружной стороны, где для заполнения необходим присадочный металл, который не предусмотрен способом, а с внутренней стороны возможно образование застывших капель металла.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение качества сварного шва при сварке заготовки стыка кромок как с максимально допустимым зазором, так и превышающим допустимое значение.

Заявляемый способ гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва трубы с применением одновременно двух лазерных лучей, расположенных со стороны наружной поверхности стыка кромок трубной заготовки, включает подачу в зону сварки расплавляемой электрической дугой присадочной проволоки, находящейся в защитной среде, с образованием единой сварочной ванны. Электрическая дуга расположена позади лучей для заполнения разделки кромок трубной заготовки. Оси лучей находятся в одной плоскости, перпендикулярной направлению сварки, и отклонены от вертикальной оси на равные углы с пересечением их в области фокуса, представляющей собой место наибольшей концентрации энергии излучения. Лучи располагают выше поверхности обрабатываемой заготовки в состоянии расфокусировки с обеспечением попадания соответствующего луча на противоположную кромку относительно его расположения.

Сущность способа поясняется следующим образом.

Лазерные лучи направляют в расфокусированном состоянии на противоположные по отношению к ним кромки стыка трубной заготовки. Это становится возможным, когда области распространения лучей не пересекаются и расположены на максимально близком расстоянии, которое выбирается исходя из условий возможности осуществления процесса сварки.

Таким образом, максимально близкое расстояние между областями распространения лазерных лучей, перекрещивающихся в зоне перетяжек (участков с наименьшим диаметром каждого луча), приводит к суммированию энергии лазерного излучения, а одинаковый угол установки лазерных лучей (относительно вертикали) способствует оплавлению кромок трубной заготовки и формированию сварного шва.

Заявляемый способ сварки труб осуществляют с помощью расположения лучей и дуговой горелки, как изображено на фиг. 1-3:

Фиг. 1 - общая схема соединения свариваемых деталей, стыкуемых с зазором при осуществлении способа гибридной лазерно-дуговой сварки;

фиг. 2 - вид сбоку в разрезе соединения свариваемых деталей, стыкуемых с зазором при осуществлении способа гибридной лазерно-дуговой сварки;

фиг. 3 - вид сверху соединения свариваемых деталей, стыкуемых с зазором при осуществлении способа гибридной лазерно-дуговой сварки;

Предлагаемый к защите способ гибридной лазерно-дуговой сварки деталей, стыкуемых со сквозным зазором, осуществляется следующим образом.

В зону стыка кромок 2 направляют излучение двух одинаковых по форме и мощности лазерных лучей 1 и дополнительно располагают сзади к ним на расстоянии «Н» дуговую горелку 7 для подачи присадочной проволоки, расплавляемой посредством электрической дуги, находящейся в защитной среде, с созданием единой сварочной ванны для формирования рабочего шва 8. Оси лазерных лучей 1 располагают в одной плоскости, перпендикулярной направлению сварки, с их пересечением в области фокуса 3, находящихся выше свариваемых кромок в расфокусированном состоянии, с их направлением на противоположные по отношению к ним кромки стыка 2, разводя лучи 1 на равные углы 5 от вертикальной оси 4, причем величину угла 5 разведения лазерных лучей 1 задают в зависимости от величины образовавшегося зазора 6 между кромками 2 при изготовлении заготовки.

Чем больше величина зазора 6 между свариваемыми кромками 2, тем больше угол 5, на который луч отклоняется от вертикальной оси 4 до того момента, пока пятна лазерных лучей 1 не перестанут попадать в зону зазора 6, это позволит использовать всю мощность лазерных лучей для максимальной передачи тепловой энергии от излучения и оплавить зону свариваемых кромок 2 трубной заготовки.

В процессе сварки под воздействием этой энергии металл на кромках стыка 2 оплавляется и стекает вниз. Из-за быстрой теплоотдачи в основной металл низ сварочного шва, полученного от излучения лазерных лучей 1, застывает. При этом пока хвостовая часть сварочной ванны находится в жидком состоянии, в нее из дуговой горелки 7 подают в защитной среде расплавленную электрической дугой присадочную проволоку, расположенную позади лазерных лучей 1 на расстоянии «Н» для заполнения разделки 2 с образованием рабочего шва 8.

Таким образом, при изготовлении трубной заготовки как с максимально допустимым зазором (на примере при дуговой сварки), так и выше этого значения, но не превышающего 2 мм, становится возможным наложение рабочего сварного шва, исключающего образование такого дефекта, как неоплавление кромок трубной заготовки.

Изобретение может быть использовано для сварки продольных швов трубных заготовок, например, при больших толщинах стенки.

Преимуществами предлагаемого к защите технического решения является также и возможность выполнения сварки рабочего за один проход, что позволяет снизить энерго- и трудозатраты.

1. Способ гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва толстостенных трубных заготовок, включающий размещение одновременно двух лазерных лучей со стороны наружной поверхности стыка кромок трубной заготовки, подачу в зону сварки расплавляемой в защитной среде электрической дугой присадочной проволоки с образованием единой сварочной ванны и заполнение разделки кромок трубной заготовки, отличающийся тем, что электрическую дугу размещают позади лазерных лучей, оси которых располагают в одной плоскости, перпендикулярной направлению сварки, и отклоняют от вертикальной оси на равные углы с пересечением их в области фокуса выше поверхности трубной заготовки, при этом каждую область расфокусировки соответствующего луча размещают с обеспечением попадания на соответствующую противоположную кромку стыка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве защитной среды сварочной ванны используют газ или смесь газов, например аргон и двуокись углерода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу сварки стеклянных трубчатых деталей. Детали размещают в вакуумной камере, создают в ней давления 5÷20 Па и формируют сварной шов на стыке деталей сфокусированным электронным лучом от источника сфокусированного луча.

Изобретение относится к области электрической точечной сварки для многоосевых промышленных роботов, конкретно, к головкам точечной сварки. Головка содержит поддерживающий элемент с концевой частью для прикрепления к запястью робота, пару сварочных электродов, удерживаемых плечами, установленными на поддерживающем элементе с возможностью перемещения между открытым и закрытым положениями, исполнительный механизм и электрический трансформатор, снабженный кожухом, при этом выходные контакты трансформатора расположены на разных стенках кожуха.

Изобретение относится к способу восстановления бандажных полок лопаток компрессора газотурбинных двигателей (ГТД). Определяют линии ремонтного среза бандажных полок.

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки плиты с оребренной поверхностью и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Сварку осуществляют со стороны плиты.

Изобретение относится к устройству для соединения орбитальной сваркой концов уже выверенных и снабженных прихватками труб, в частности из стали, имеющему образованную концами труб разделку кромок под сварку.

Изобретение относится к способу контактной сварки магнитопроводов. Сварку осуществляют в два этапа.

Изобретение относится к области сварочной техники и может быть использовано для сварки неповоротных стыков трубопроводов. Головка содержит сварочную горелку, установленную на планшайбе с зубчатым венцом, смонтированной на основании с возможностью вращения.

Изобретение относится к способу сварки труб большого диаметра. Выполняют прихваточный шов сварочной горелкой с одновременным слежением за стыком кромок с помощью сканирующего датчика, расположенного перед сварочной горелкой.

Изобретение относится к способу соединения верхнего полоза салазок автомобильного сиденья с крепежной скобой рамы автомобильного сиденья. Способ включает наложение нижней поверхности продольной установочной площадки заданной длины в основании крепежной скобы на верхнюю плоскую горизонтальную продольную поверхность в вершине верхнего полоза; наложение дополнительной накладной пластины на нижнюю поверхность горизонтальной плоскости на участке, соответствующем месту расположения установочной площадки; и соединение накладной пластины, установочной площадки и горизонтальной плоскости сваркой со стороны нижней поверхности накладной пластины.

Изобретение относится к способу изготовления многослойного монокока и может найти применение в транспортной и авиационной технике. Выполненяют послойный электронный чертеж монокока.

Изобретение относится к способу электролитно-плазменной сварки изделий из алюминия и алюминиевого сплава и может быть использовано при производстве металлоконструкций в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к аппаратам химических производств, стойких к воздействию концентрированных кислот, в частности к аппаратам по переработке отработавшего ядерного топлива на начальной стадии переработки, на которой производится растворение элементов отработанных ТВЭЛОВ в концентрированной азотной кислоте при повышенных температурах для последующей экстракции из раствора изотопов урана, плутония и продуктов распада в реакторе.

Изобретение относится к комбинированной машине для пробивки и лазерной резки плоского металлического листа. Машина содержит неподвижное основание (1), неподвижную пробивную головку (7), лазерную режущую головку (10) и манипулятор (4) для перемещения металлического листа (6) в плоскости (ХУ) декартовой системы координат.

Изобретение относится к автоматической сварке и наплавке неповоротных кольцевых стыков труб. Модуль содержит направляющий пояс, подвижную орбитальную каретку, установленную на направляющем поясе с возможностью перемещения вдоль направляющего пояса.

Изобретение может быть использовано при изготовлении крупногабаритных конструкций из молибдена или его сплавов, например, при сварко-пайке обечаек экранов муфелей высокотемпературных газостатических установок.

Изобретение относится к легкой промышленности и может быть использовано для выпуска оборудования, предназначенного для резки изделий, которые имеют высокую механическую прочность.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в различных отраслях промышленности для повышения надежности сварных соединений стальных конструкций и увеличения срока их службы.

Изобретение относится к машиностроению и судостроению, поскольку в этой области чаще всего встречаются стыковые соединения с двухсторонним доступом. Технический результат изобретения - снижение затрат на дополнительный металл при сварке и повышение ее производительности.

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).

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 способу лазерной сварки труб большого диаметра, в частности к сварке продольных швов цилиндрической трубной заготовки. Осуществляют наложение технологического шва с наружной стороны трубы и последующее наложение рабочего шва посредством лазерной сварки.

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва толстостенных трубных заготовок. Технический результат: повышение качества сварного шва при сварке заготовки стыка кромок как с максимально допустимым зазором, так и излишним зазором. Для сварки используют одновременно два лазерных луча, которые располагают со стороны наружной поверхности стыка кромок трубной заготовки. Осуществляют подачу в зону сварки расплавляемой электрической дугой присадочной проволоки в защитной среде с образованием единой сварочной ванны. Электрическую дугу располагают позади лучей для заполнения разделки кромок трубной заготовки. Оси лучей располагают в одной плоскости, перпендикулярной направлению сварки, и под равными углами от вертикальной оси с пересечением их в области фокуса. Фокус располагают выше поверхности обрабатываемой заготовки, а области расфокусировки располагают с обеспечением попадания луча на соответствующую противоположную кромку стыка. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх