Способ гибридной лазерно-дуговой сварки

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки. Формируют сварочную ванну одновременно электрической дугой и лазерным лучом путем расплавления металла присадочного материала в защитной среде, состоящей из инертного и активного компонентов. В качестве инертного компонента используют аргон. Присадочный материал используют в виде двух расходуемых проволок диаметром до 1,6 мм, которые вместе с защитной средой подают из одного сопла. Заполнение наружной части разделки кромок осуществляют путем одновременного плавления проволок заданного объема с формированием наружного валика. Изобретение позволяет повысить производительность процесса лазерно-гибридной сварки, уменьшить дефекты формируемого шва, а также повысить его механические свойства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области сварки, в частности к гибридной лазерно-дуговой сварке, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности при изготовлении труб большого диаметра.

Из уровня техники известен способ гибридно-дуговой сварки, включающий выполнение разделки с притуплением свариваемых кромок, проведение гибридной лазерно-дуговой сварки совместным действием лазерного излучения и сварочной дуги с подачей электродной проволоки, при этом предварительно определяют ширину зазора стыка, скорость подачи проволоки, которую подают под углом 60-70° к направлению сварки, в процессе сварки отслеживают ширину зазора стыка и корректируют скорость подачи проволоки (заявка №2009148799 на изобретение «Способ сварки, контроля и управления гибридным лазерно-дуговым процессом обработки материалов стыковых сварных соединений», дата подачи 28.12.2009 г., дата публикации заявки 10.07.2011 г.).

Данный способ предусматривает холодную подачу присадочной проволоки, что значительно снижает эффективность и мощность лазерного излучения и влияет на глубину проплавления шва. Осуществление процесса связано со значительными энергетическими затратами. Кроме того, необходимо строгое соблюдение режимов сварки.

Известен способ гибридной лазерно-дуговой сварки, при котором сварку деталей осуществляют при одновременном воздействии лазерного луча и дуги в одну сварочную ванну в среде инертного газа, при этом лазерный луч и дуговую горелку наклоняют в противоположные стороны относительно нормали к поверхности свариваемых деталей, лазерный луч фокусируют над поверхностью свариваемых деталей впереди точки дугового разряда на заданном расстоянии от нее с пороговой плотностью мощности, необходимой для начала процесса сварки, а по ходу движения лазерный луч наклоняют вперед на угол 8-9°, при этом дуговую горелку располагают позади лазерного луча под углом 40-50°, а расстояние между центром пятна лазерного излучения и точкой дугового разряда поддерживают равным 0,1-0,2 диаметра электрода (патент №2572671 на изобретение «Способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом стыковых соединений из алюминиевых сплавов», дата подачи 04.09.2014 г., опубликовано 20.01.2016 г.).

Кроме того, известен способ плазменной сварки, осуществляемый с помощью сдвоенной горелки, содержащей, по меньшей мере, два узла противоположной полярности, поддерживаемые в корпусе, причем упомянутые узлы разнесены друг от друга и каждый из них содержит первый электрод, второй электрод, который приспособлен к разнесению от первого электрода на расстояние, достаточное для достижения плазменной дуги между ними в зоне обработки, средство для введения обволакивающего газа, чтобы он окружал плазменный газ, средство для подачи загружаемого материала в зону обработки и средство для генерации плазменной дуги в зоне обработки (заявка №2002129886 на изобретение «Устройство сдвоенной плазменной горелки», дата подачи 04.04.2001 г., дата публикации заявки 10.06.2004 г.).

В данном способе при проведении процесса не применяют лазер, что сказывается не только на глубине проплавления, качестве шва и, соответственно, на его механических свойствах.

Помимо этого известен способ лазерно-гибридной сварки двух пластин, наложенных друг на друга с применением двух подающих устройств, работающих не одновременно для горелок, которые расположены около точки действия лазерного луча, при этом в процессе сварки в зону сварочной ванны на близкое расстояние к точке действия лазерного луча в холодном виде без защитной среды сварочной ванны подается присадочный материал в виде проволоки, при этом оплавление проволоки осуществляется за счет излучения лазера, заполняя сварочную ванну (патентный документ JP №2011050998 «Hybrid laser arc welding process and apparatus»).

В известном техническом решении реализуется попытка исправления недостатков, которые могут возникнуть во время сварочного процесса, а именно при возникшей неисправности в подающем проволоку устройстве, что, в свою очередь, приведет к прекращению подачи присадочного материала в зону сварки и негативно отразится на качестве формируемого сварного шва и изделия в целом. Для устранения такой ситуации устанавливают запасное подающее устройство, а возле точки лазера устанавливают дополнительный мундштук с присадочным материалом, в случае возникновения неисправности в первом подающем устройстве с помощью блока управления осуществляется переключение на работу второго запасного подающего устройства.

Недостатки известного решения состоят в том, что присадочный материал подается в холодном виде и для его расплавления требуется использование энергии лазерного излучения, что снижает мощность этого излучения и негативно влияет на изменение глубины проплавления, уменьшая ее. Кроме того, за счет использования только одной проволоки снижает производительность процесса сварки.

Наиболее близким техническим решением является способ гибридно-дуговой сварки, осуществляемый с помощью электрической дуги и лазерного луча, сочетающихся друг с другом в единой сварочной ванне, в которую расплавленный металл подается посредством плавления расходуемой проволоки, сварочную ванну получают на, по меньшей мере, одной стальной детали, процесс ведут с защитным газом, образованным, по меньшей мере, одним основным компонентом, выбранным среди аргона и гелия, и, по меньшей мере, одним дополнительным компонентом, выбранным среди азота и кислорода (патент №2590759 на изобретение «Способ гибридной лазерно-дуговой сварки алитированных стальных деталей с газом, содержащим азот и/или кислород», дата подачи 05.05.2011 г., опубликовано 10.07.2016 г., заявка РСТ FR 20011/051015 (05.05.20011)).

Недостатки известного решения связаны с низкой производительностью из-за применения только одной горелки, а также тем, что предназначен только для свариваемых стык в стык деталей, покрытых поверхностным слоем сплава алюминия/кремния, и толщиной 2,3 мм, что ограничивает область его использования.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение производительности процесса лазерно-гибридной сварки, уменьшение дефектов формируемого шва, а также повышение его механических свойств.

Указанный технический результат достигается тем, что способ гибридной лазерно-дуговой сварки, характеризующийся формированием сварочной ванны одновременно с помощью электрической дуги и лазерного луча, подачей расплавленного металла посредством плавления расходуемой проволоки в защитной среде, содержащей инертный и активный компоненты, при этом в качестве инертного компонента используют аргон, а в качестве активного компонента используют двуокись углерода. Согласно изобретению подачу расплавленного металла осуществляют путем одновременного плавления двух расходуемых не одинаковых по химическому составу проволок выбираемые в зависимости от заданных требований по механическим свойствам изделия, направляемых вместе с защитной средой из одного сопла в одну сварочную ванну вместе с лазерным лучом. Заполнение наружной X или Y образной формы разделки кромок выполняют на заданный объем разделки с формированием наружного валика сварного шва.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом.

На чертеже - схема осуществления гибридной лазерно-дуговой сварки, где

1 - лазерный луч; 2 - защитная среда; 3 - наружная разделка кромок; 4 - глубина разделки кромок; 5, 6 - наконечники для подачи расходуемой проволоки; 7 - сопло; 8, 9 - расходуемая проволока.

Осуществление способа подтверждается примером конкретного выполнения.

Предлагаемый к защите способ применяют для сварки деталей стык в стык, преимущественно труб большого диаметра с толщиной стенок до 45,0 мм.

В качестве расходной проволоки применяют проволоки диаметром до 1,6 мм.

Способ заключается в одновременном воздействии на внешнюю поверхность свариваемых деталей, например труб, лазерного луча и дуги в среде защитных газов, в качестве которых одновременно используют две расплавляемые проволоки, при этом обе проволоки и защитная среда выходят из одного сопла. Благодаря одновременному использованию двух расплавляемых проволок исключается такой вид операции, как наложение облицовочного шва с наружной стороны. При расплавлении присадочного материала, различного по химическому составу, где на каждую из проволок подаются малые токи - до 500 А, обеспечивается снижение погонной энергии и уменьшается зона термического влияния шва, что положительно влияет на механические свойства формируемого шва. Получаемая сдвоенная дуга образуется благодаря тому, что из одного сопла одновременно подаются защитная среда в виде смеси инертного и активного компонентов, например аргона и углекислого газа, и две расплавляемые проволоки, разные по своему химическому составу, где каждая из них расположена в отдельном наконечнике, служащем для подачи присадочного материала. Применение двух источников тепловой энергии в виде расплавляемых проволок одновременно с лазерным излучением позволяет значительно снизить затраты тепловой энергии, необходимые для расплавления проволок лазерным лучом, что, в свою очередь, обеспечивает увеличение глубины проплавления в случае больших толщин свариваемых деталей. Кроме того, эффект сдвоенной дуги, образующейся при одновременной подаче двух проволок из одного сопла, обеспечивает более длительное сохранение сварочной ванны в жидком состоянии, что способствует максимально полному выходу паров газа из глубины разделки и заполнению разделки кромок X и Y формы с формированием наружного валика.

При данном виде гибридной лазерно-дуговой сварки снижаются энергозатраты, снижается себестоимость продукции за счет снижения затрат на материалы, упрощается процесс изготовления и повышается скорость его проведения, а также повышаются качество и механические свойства сварного шва.

1. Способ гибридной лазерно-дуговой сварки деталей, включающий заполнение разделки кромок деталей путем формирования сварочной ванны одновременно лазерным лучом и электрической дугой с расплавлением присадочного материала в защитном газе, состоящем из смеси инертного компонента аргона и активного компонента, отличающийся тем, что используют присадочный материал в виде двух расплавляемых проволок диаметром не более 1,6 мм, отличающихся по химическому составу, которые вместе с защитным газом подают из одного сопла с образованием сдвоенной дуги, при этом на каждую проволоку подают ток не выше 500 А, а заполнение разделки кромок осуществляют путем одновременного плавления проволок с формированием облицовочного валика.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве активного компонента используют углекислый газ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горелке для электросварки в среде защитного газа. Горелка содержит токогазопроводящий шланг, на конце которого закреплен мундштук со сменным токопроводящим наконечником, сопло, на котором установлена подвижная насадка и опорный штифт.

Изобретение относится к способу изготовления сварного конструктивного элемента и может найти применение при производстве строительных конструктивных элементов и деталей корпусов автомобиля.

Изобретение может быть использовано для оптимизации режимов сварки плавящимся электродом. Электрод располагают неподвижно в двух токоподводах, измеряют его длину между токоподводами, пропускают по электроду ток, измеряют изменение значений тока и падения напряжения во времени и получают экспериментальную зависимость сопротивления единицы длины неподвижного электрода от времени протекания тока.

Изобретение относится к способу автоматической сварки толстостенных крупногабаритных деталей из сплава на основе Ni-Cr и может быть использовано в производстве ЖРД.

Изобретение относится к способу и устройству сварки плавлением деталей и может быть использовано во всех отраслях промышленности при сварке плавлением по щелевой разделке деталей большой толщины.

Изобретение относится к области сварочной техники, а именно к способу дуговой сварки на металлические изделия сплавов с особыми свойствами, и может использоваться для получения соединений с разделкой кромок.

Изобретение относится к области сварочных систем. Система включает в себя сварочный источник питания и по меньшей мере один сварочный компонент, которые оснащены схемами цифровой связи для синхронизации и согласования заданий, связанных со сварочной операцией.

Изобретение относится к способу дуговой сварки таврового соединения. Полку тавра располагают в горизонтальной плоскости, а стенку перпендикулярно полке.

Изобретение относится к сварным соединениям металлических элементов с угловым швом и способам их образования. Образуют по меньшей мере один наплавленный валик (32), обеспечивающий жесткость соединения, дуговой сваркой на поверхности по меньшей мере одного из металлических элементов в дополнение к угловому шву (3).

Изобретение относится к способу многопроходной автоматической аргонодуговой сварки изделий из низколегированной стали перлитного класса толщиной более 30 мм и может быть использовано в энергетическом машиностроении, при изготовлении, монтаже и ремонте ответственных металлических конструкций и трубопроводов.
Изобретение относится к способу лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки стыковых соединений толстостенных металлоконструкций, в частности к сварке продольных швов труб большого диаметра, кольцевых швов трубопроводов и трубопроводных изделий.

Изобретение относится к области электронно-лучевой сварки и может быть использовано для стыковых соединений титановых сплавов со сквозным проплавлением толщиной до 15 мм.

Изобретение относится к способу электронно-лучевой сварки ферро- и парамагнитного материалов. Способ включает формирование аустенитной структуры шва путем смещения электронного пучка относительно стыка свариваемых деталей при обеспечении заданной степени проплавления кромок.

Изобретение относится к способу соединения деталей из разнородных материалов. На детали из легкоплавкого материала выполняют проточку (3), под которую на детали из тугоплавкого материала выполняют выступ (4).

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 способу получения сварного соединения металлических деталей. Осуществляют дуговую сварку угловыми швами в зоне сопряжения поверхности листа одной металлической детали и одной или обеих поверхностей листа другой металлической детали.

Изобретение может быть использовано при изготовлении тепловыделяющих элементов для атомных реакторов. Сварной узел тепловыделяющего элемента содержит выполненные из высокохромистой стали оболочку и заглушку с буртиком, соединенные сварным швом, полученным аргонодуговой сваркой.

Изобретение относится к способу изготовлению сварных корпусов сосудов высокого давления из высокопрочных легированных сталей. Вначале получают тонкостенную оболочку путем резки труб из стали типа 28Х3СНМВФА на заготовки, калибровки, рекристаллизационного отжига, механической обработки, ротационной вытяжки за несколько переходов с промежуточными отжигами деформирующими роликами с треугольным профилем со скругленными по радиусу или (и) плоскими вершинами, установленными с различными зазорами относительно оправки.

Изобретение может быть использовано при получении сварного стыкового соединения стальных листов путем дуговой сварки под флюсом. Осуществляют сварку верхней стороны стальных листов после сварки нижней их стороны с образованием сварного шва, поперечное сечение которого характеризуется заданными параметрами с учетом угла наклона линии сплавления.

Изобретение относится к способу создания тройникового соединения. Очищают поверхность основной трубы в месте приварки усиленного патрубка углового и осуществляют разметку упомянутого места и вырезку.

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.

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки. Формируют сварочную ванну одновременно электрической дугой и лазерным лучом путем расплавления металла присадочного материала в защитной среде, состоящей из инертного и активного компонентов. В качестве инертного компонента используют аргон. Присадочный материал используют в виде двух расходуемых проволок диаметром до 1,6 мм, которые вместе с защитной средой подают из одного сопла. Заполнение наружной части разделки кромок осуществляют путем одновременного плавления проволок заданного объема с формированием наружного валика. Изобретение позволяет повысить производительность процесса лазерно-гибридной сварки, уменьшить дефекты формируемого шва, а также повысить его механические свойства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх