Способ изготовления тавровой балки лазерным лучом

Изобретение относится к области машиностроения, а в частности к производству металлоизделий из листовых заготовок. В способе сварки тавровой балки лазерным лучом механической и химической обработкой подготавливают металлические листы необходимых размеров в диапазоне (Д×Ш×Т) 1500×100×4 мм до 6000×300×12 мм из сталей обыкновенного качества, или качественных сталей, или прочих конструкционных сплавов. Металлические листы собирают в виде таврового соединения, так чтобы полка была сверху относительно стенки, и фиксируют на сварочном столе или на полете портальной установки. Лазерным лучом насквозь переплавляют полку в направлении, симметричном направлению фиксации стенки, так чтобы полка и стенка образовывали сварное соединение. Режимы сварки зависят от толщины полки и требуемой глубины провара стенки. Основными параметрами режимов лазерной сварки являются линейная скорость сварки и мощность лазерного излучения. Режимы лазерной сварки задаются программой роботизированного комплекса. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а в частности к производству металлоизделий из листовых заготовок.

Известен способ сборки и сварки двутавровой балки (патент №2012113671, МПК В23K 37/04, опубл. 20.10.2013) наиболее близкий к заявляемому изобретению и принятый за прототип, включающий установку полок и стенки балки в стан, прижим полок к стенке балки гидравлическими прижимами стана, отличающийся тем, что установку полок и стенки балки производят так, что обеспечивается доступ сварочных горелок одновременно ко всем 4 поясным швам балки, сборку сваркой балки выполняют аргонодуговой сваркой одновременно всех 4 поясных швов непрерывными «ниточными» сварными швами, при этом устанавливают режимы сварки, соответствующие выполнению минимального необходимого катета шва, обеспечивающего прочность балки при ее дальнейшем транспортировании из стана и кантовании на стапель или стапели окончательной сборки балки сваркой «в лодочку», а автоматический режим сварки обеспечивают с помощью непрерывного перемещения балки относительно сварочных головок с необходимой для сварки скоростью с помощью электроприводного движителя.

Недостатком данного способа является большая, вводимая одновременно от 4 сварочных горелок, погонная энергия; низкая производительность и экологичность дуговой сварки; наличие высокого уровня сварочных деформаций после сварки.

Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в применении прорезного шва лазерным лучом при изготовлении тавровых балок.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в обеспечении высокой производительности и снижении сварочных деформаций при изготовлении тавровой балки прорезным швом лазерного луча, соединяющим полку и стенку со стороны полки.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления тавровой балки, включающий сборку полки и стенки балки, прижим полки к стенке балки без зазора и лазерную сварку сварочной лазерной головкой, отличается тем, что при сборке полку устанавливают сверху стенки с возможностью обеспечения доступа сварочной лазерной головки к поверхности полки, противоположной поверхности соприкосновения полки со стенкой, сварку осуществляют прорезным швом, причем сварочную лазерную головку располагают со стороны полки с переплавлением полки на всю толщину и проплавлением стенки на заданную глубину за один проход прерывистым или сплошным швом, при этом используют волоконный лазер, причем сварку осуществляют с плавным нарастанием мощности лазерного луча в начале сварного шва от 1 до 20 кВт за 800 миллисекунд и плавным убыванием мощности лазерного луча в конце шва с 20 кВт за 1000 миллисекунд.

Сварку осуществляют с сопутствующим подогревом.

Сварку осуществляют с наложением ультразвуковых колебаний.

Сварку осуществляют с наложением электромагнитного поля.

На фигуре 1 представлена принципиальная схема лазерной сварки прорезным швом полки и стенки балки.

На фигуре 2 представлен прорезной шов, полученный лазерным лучом.

Позиции на фигурах: 1 - сфокусированный лазерный луч, 2 - полка балки, 3 - стенка балки, 4 - сварочный шов.

Устройство для осуществления способа состоит из роботизированного комплекса лазерной сварки, сварочной головы, системы подачи защитного газа, сварочного стола, прижимных устройств, металлических листовых заготовок для полки и стенки тавровой балки.

Сущность способа заключается в следующем

Изобретение относится к области машиностроения, а в частности к производству металлоизделий из листовых заготовок. В способе сварки тавровой балки лучом волоконного лазера механической и химической обработкой подготавливают металлические листы необходимых размеров в диапазоне (Д×Ш×Т) 1500×100×4 мм до 6000×300×12 мм из сталей обыкновенного качества, или качественных сталей, или прочих конструкционных сплавов. Металлические листы собирают в виде таврового соединения, так чтобы полка была сверху относительно стенки, и фиксируют на сварочном столе или на полете портальной установки. Лазерным лучом насквозь переплавляют полку в направлении, симметричном направлению фиксации стенки, так чтобы полка и стенка образовывали сварное соединение. Режимы сварки зависят от толщины полки и требуемой глубины провара стенки. Основными параметрами режимов лазерной сварки являются линейная скорость сварки и мощность лазерного излучения. Режимы лазерной сварки и стратегия обработки задаются программой роботизированного комплекса.

При осуществлении процесса лазерной сварки прорезным швом используется плавное нарастание и убывание мощности лазерного луча 1 с целью повышения стабильности процесса сварки, т.е. стабильного поведения расплавленного металла.

Прорезной шов, получаемый лазерной сваркой, может быть сплошным или прерывистым, что зависит от уровня требуемых механических свойств и уровня сварочных деформаций.

Концентрация энергии луча волоконного лазера при сварке высокая, так как длина волны излучения волоконного лазера в 10 раз меньше, чем у широко распространенного СО2-лазера, соответственно концентрация погонной энергии выше, что приводит к уменьшению ванны расплавленного металла и к повышению скоростей кристаллизации. Поэтому для интенсификации металлургических процессов при лазерной сварке, таких как всплывание газовых пузырей из сварочной ванны на поверхность, может применяться сопутствующий подогрев, наложение ультразвуковых колебаний или электромагнитных полей в процессе сварки. Также сопутствующий подогрев, наложение ультразвуковых колебаний или электромагнитных полей в процессе сварки могут положительно повлиять на стойкость против образования трещин при кристаллизации металла.

Используют материалы, не закаливающиеся при высоких скоростях охлаждения (низкоуглеродистые и низколегированные стали, нержавеющие стали, некоторые цветные сплавы).

Режимы лазерной сварки прорезным швом зависят от природы материала, толщины полки 2, требуемой глубины проплава стенки 3, находятся в диапазоне: скорость перемещения лазерного луча 15-40 мм/сек, мощность лазерного луча 3-20 кВт. Также при изготовлении балки с толщиной полки свыше 8 мм может применяться заглубление фокуса лазерного луча в диапазоне 1-4 мм.

Режимы нарастания в начале сварного шва и убывания в конце мощности лазерного луча 1 влияют на качество поверхности полки 2 и минимизацию механической обработки после операций лазерным лучом 1, так как положительно влияют на поведение металла в расплавленном состоянии, т.е. не происходит ударного взаимодействия лазерного излучения большой мощности с полкой балки. Оптимальный режим нарастания мощности лазерного луча 1 до 20 кВт за 800 миллисекунд, убывания с 20 кВт за 1000 миллисекунд.

Таким образом, за счет сквозного переплава лучом волоконного лазера полки и частичного переплава на заданную глубину стенки, определяемую режимами сварки, достигается получение сварного соединения, образующего из двух листовых заготовок тавровую балку, эффект достигается за счет высокой концентрации энергии сфокусированного лазерного луча, способного проплавить металлическую полку на всю толщину (до 12 мм), образовав прорезной швов.

1.Способ изготовления тавровой балки, включающий сборку полки и стенки балки, прижим полки к стенке балки без зазора и лазерную сварку сварочной лазерной головкой, отличающийся тем, что при сборке полку устанавливают сверху стенки с возможностью обеспечения доступа сварочной лазерной головки к поверхности полки, противоположной поверхности соприкосновения полки со стенкой, сварку осуществляют прорезным швом с переплавлением полки на всю толщину и проплавлением стенки на заданную глубину за один проход прерывистым или сплошным швом, причем сварочную лазерную головку располагают со стороны полки, при этом используют волоконный лазер, а сварку осуществляют с плавным нарастанием мощности лазерного луча в начале сварного шва от 1 до 20 кВт за 800 миллисекунд и плавным убыванием мощности лазерного луча в конце шва с 20 кВт за 1000 миллисекунд.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сварку осуществляют с сопутствующим подогревом.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сварку осуществляют с наложением ультразвуковых колебаний.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сварку осуществляют с наложением электромагнитного поля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу лазерной сварки встык по меньшей мере одной заготовки из закаленной под прессом марганцовистой боросодержащей стали. Заготовка (1, 2) имеет толщину от 0,5 до 1,8 мм и/или с перепадом толщины (d) в стыке (3) от 0,2 до 0,4 мм.

Изобретение относится к способам сварки продольных швов труб большого диаметра, применяемых преимущественно для строительства магистральных нефтепроводов и газопроводов, а также водоканалов и тепловых сетей.

Изобретение может быть использовано для сварки толстостенных металлоконструкций, собранных между собой встык, в частности, при изготовлении стальных прямошовных труб для магистральных газо- и нефтепроводов с использованием лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки.

Изобретение относится к способу сварки труб методом лазерной сварки. Осуществляют наложение технологического шва и лазерную сварку стыка кромок, при этом при наложении технологического шва виртуально задают три точки, соответствующие точкам на кромках трубной заготовки и включающие точку на стыке кромок и две точки на краях кромок, лежащие на соответствующих касательных линиях к поперечной плоскости трубной заготовки.

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 для лазерной сварки встык по меньшей мере одной заготовки (1, 2) из отверждаемой под прессом марганцево-борной стали. Заготовка (1) или заготовки (1, 2) имеют толщину по меньшей мере 1,8 мм и/или на стыке (3) имеется скачок (d) толщины по меньшей мере 0,4 мм.

Изобретение относится к лазерной сварке тавровых и угловых соединений и может быть использовано для изготовления ребристых интегральных конструкций из алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к способу изготовления металлических полос (12) с использованием одной производственной линии. По меньшей мере одну металлическую полосу (1), имеющую по существу плоскую поверхность, соединяют с замыканием по материалу непрерывно вдоль ее продольной кромки по меньшей мере с одной другой полосовой заготовкой (2) из металла.

Изобретение относится к способу лазерной сварки труб большого диаметра. Перед сваркой продольного шва выполняют прихваточный шов, во время сварки которого с наружной стороны трубы, непосредственно перед зоной сварки упомянутым лазерным датчиком фиксируют через определенное расстояние по всей длине трубы три точки на виртуально получаемой поперечной плоскости разделки: точку стыка кромок и две точки их краев, лежащих на касательной к поперечной плоскости труб.

Изобретение относится к лазерному сварочному устройству для сварки первой части листового металла со второй частью листового металла. Устройство содержит раму (5), поддерживающую головку (6), которая излучает лазерный луч (7), и насадку (8), которая подает сварочную проволоку (9), которые конфигурированы для образования валика сварного шва вдоль линии соединения между первой и второй частями листового металла.

Изобретение относится к способу лазерной сварки встык по меньшей мере одной заготовки из закаленной под прессом марганцовистой боросодержащей стали. Заготовка (1, 2) имеет толщину от 0,5 до 1,8 мм и/или с перепадом толщины (d) в стыке (3) от 0,2 до 0,4 мм.

Изобретение относится к способу и устройству (варианты) для паротермического оксидирования поверхностей деталей, изготовленных из металлов и сплавов. Покрывают изделие с подлежащей оксидированию поверхностью слоем воды заданной толщины.

Изобретение относится к способу (100) восстановления детали (С) турбомашины и установке (1) для лазерного плакирования (варианты). Установка (1) для лазерного плакирования содержит источник (2) лазерного излучения, порошковый питатель (3) и источник (4) нагретого воздуха.

Изобретение относится к сварке встык стальных листов. Осуществляют стыковку двух стальных листов (1) с образованием Y-образной канавки, имеющей открытый участок (2) в верхней части и участок (3) притупления корня шва в нижней части.

Изобретение относится к области лазерной шаговой шовной сварки для соединения двух или более металлических заготовок, наложенных друг на друга. Система содержит источник лазерного излучения, опорную колонну, оптическую головку для фокусировки лазерного луча в зоне сварки, установленную с возможностью перемещения в осевом направлении вдоль опорной колонны, рабочий орган, установленный на опорной колонне с возможностью перемещения вместе с оптической головкой в положение сварки и с возможностью нажима на переднюю металлическую заготовку перед зоной сварки с заданной силой, уловитель лазерного излучения, расположенный с обратной стороны задней металлической заготовки напротив зоны сварки с датчиком для регистрации светового излучения, проникающего через зону сварки, и контроллер, выполненный с возможностью формирования корректировки силы нажима между свариваемыми заготовками.

Изобретение относится к области лазерной сварки и оборудования для нее. Клещи содержат источник лазерного излучения, опорную колонну, оптическую головку для фокусировки лазерного луча в зоне сварки, первый рабочий орган, установленный на опорной колонне и выполненный с возможностью прижима одной из металлических заготовок в положении сварки.

Изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано для лазерного отжига пластин из полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов.

Изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано для лазерного отжига пластин из полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов.

Изобретение относится к способу формирования отверстий в стенке полого объекта (варианты) и системе защиты поверхности во время лазерной обработки. Во время лазерной обработки осуществляют подачу в полость объекта лазерной обработки текучей среды, не обладающей свойствами поглощать лазерное излучение, и направление на стенку объекта лазерной обработки множества лазерных импульсов, сконфигурированных на формирование отверстия в стенке.

Изобретение относится к способу лазерной пробивки сквозного отверстия в неметаллической пластине, например, из полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов.

Изобретение относится к способу сварки внахлест, нахлесточному сварному соединению, способу изготовления нахлесточного сварного соединения и детали автомобиля, которая содержит нахлесточное соединение. Способ сварки внахлест включает наложение один на другой множества стальных листов и зажигание лазера для образования по существу круглого лазерного сварного шва (1). В процессе сварки лазер перемещают по прямой линии через внешний край по существу круглого лазерного сварного шва (1) так, чтобы образовать упрочненную часть (8) в стальных листах и таким образом подавлять возникновение трещин, возникающих вследствие образования размягченной части зоны термического влияния. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а в частности к производству металлоизделий из листовых заготовок. В способе сварки тавровой балки лазерным лучом механической и химической обработкой подготавливают металлические листы необходимых размеров в диапазоне 1500×100×4 мм до 6000×300×12 мм из сталей обыкновенного качества, или качественных сталей, или прочих конструкционных сплавов. Металлические листы собирают в виде таврового соединения, так чтобы полка была сверху относительно стенки, и фиксируют на сварочном столе или на полете портальной установки. Лазерным лучом насквозь переплавляют полку в направлении, симметричном направлению фиксации стенки, так чтобы полка и стенка образовывали сварное соединение. Режимы сварки зависят от толщины полки и требуемой глубины провара стенки. Основными параметрами режимов лазерной сварки являются линейная скорость сварки и мощность лазерного излучения. Режимы лазерной сварки задаются программой роботизированного комплекса. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх