RU2104137C1 - Method for laser welding of butt joints - Google Patents
Method for laser welding of butt joints Download PDFInfo
- Publication number
- RU2104137C1 RU2104137C1 RU96121191A RU96121191A RU2104137C1 RU 2104137 C1 RU2104137 C1 RU 2104137C1 RU 96121191 A RU96121191 A RU 96121191A RU 96121191 A RU96121191 A RU 96121191A RU 2104137 C1 RU2104137 C1 RU 2104137C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filler material
- edges
- gap
- tape
- width
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сварке стыковых соединений, а точнее к лазерной сварке стыковых соединений. The invention relates to the welding of butt joints, and more specifically to laser welding of butt joints.
Известные способы лазерной сварки стыковых соединений включают направление в зазор между кромками соединения лазерного луча для расплавления кромок и перемещение лазерного луча относительно стыкового соединения [1, 2]. Основной недостаток этих способов заключается в необходимости очень точной подготовки кромок. Known methods for laser welding of butt joints include the direction in the gap between the edges of the joint of the laser beam to melt the edges and the movement of the laser beam relative to the butt joint [1, 2]. The main disadvantage of these methods is the need for very accurate edge preparation.
Известен также способ лазерной сварки стыковых соединений, включающий направление в зазор между кромками соединения лазерного луча для расплавления кромок, подачу в зону сварки присадочного материала и перемещение лазерного луча относительно свариваемого соединения [3]. Этот способ позволяет снизить требование к точности подготовки кромок и он является наиболее близким к предлагаемому способу, т.е. является прототипом. There is also known a method for laser welding of butt joints, including the direction in the gap between the edges of the joint of the laser beam to melt the edges, feeding filler material into the welding zone and moving the laser beam relative to the welded joint [3]. This method allows to reduce the requirement for the accuracy of edge preparation and it is closest to the proposed method, i.e. is a prototype.
Недостатки прототипа заключаются в высокой энергоемкости процесса из-за необходимости расплавления всего присадочного материала, а также в низком качестве сварного соединения из-за большого тепловложения. The disadvantages of the prototype are the high energy intensity of the process due to the need to melt the entire filler material, as well as the low quality of the welded joint due to the large heat input.
Задачи изобретения заключаются в снижении энергоемкости и улучшении качества сварного соединения. The objectives of the invention are to reduce energy intensity and improve the quality of the welded joint.
В предложенном способе лазерной сварки стыковых соединений вышеуказанные задачи реализуются за счет того, что в зазор между кромками подают ленточный присадочный материал, по ширине равный ширине зазора, а по толщине в несколько раз меньше толщины свариваемого соединения, в места стыков ленточного присадочного и кромок направляют два лазерных луча для сплавления, причем процесс повторяют при наложении нескольких слоев ленточного присадочного материала до полного заполнения соединения по толщине, при этом слой верхнего ленточного присадочного материала прижимают к нижнему. In the proposed method for laser welding of butt joints, the above tasks are realized due to the fact that the filler material is fed into the gap between the edges, the width equal to the width of the gap, and several times smaller than the thickness of the welded joint, two are sent to the joints of the tape filler and edges laser beams for fusion, the process being repeated when several layers of tape filler material are applied until the compound is completely filled in thickness, while the layer of the upper tape for adochnogo material is pressed against the bottom.
Возможно осуществление предложенного способа в таком варианте, когда кромки стыкового соединения разделывают под углом, а соответственно под тем же углом скашивают кромки ленточного присадочного материала, причем ширину ленты присадочного материала в каждом слое увеличивают по ширине зазора, а лазерные лучи наклоняют в сторону свариваемых материалов. It is possible to implement the proposed method in such an embodiment when the edges of the butt joint are cut at an angle, and accordingly, the edges of the filler filler material are chamfered at the same angle, and the width of the filler material ribbon in each layer is increased along the width of the gap, and the laser beams are tilted towards the materials being welded.
Кроме того, в предложенном способе при наложении второго и последующих слоев ленточный присадочный материал подают под небольшим углом к поверхности предыдущего слоя, на линию соприкосновения слоев направляют третий лазерный луч, линейно поляризованный параллельно плоскости ленточного присадочного материала и сканирующий вдоль линии соприкосновения слоев с амплитудой, равной ширине зазора для образования сварного соединения между ними. In addition, in the proposed method, when applying the second and subsequent layers, the tape filler material is fed at a slight angle to the surface of the previous layer, a third laser beam is sent to the line of contact of the layers, linearly polarized parallel to the plane of the tape additive material and scanning along the line of contact of the layers with an amplitude equal to the width of the gap to form a weld between them.
Сварка ленточного присадочного материала двумя лазерными лучами только в местах соприкосновения его с кромками при повторении наложения нескольких слоев позволяет в несколько раз снизить подводимую мощность лазера, т.е. энергоемкость, поскольку в этом случае не требуется расплавление всего присадочного материала и проплавление идет на значительно меньшую глубину. Welding of tape filler material with two laser beams only in places where it touches the edges when repeating the application of several layers allows several times to reduce the input laser power, i.e. energy intensity, since in this case the melting of all filler material is not required and the penetration goes to a much shallower depth.
Снижение энерговклада в результате вышеперечисленных операций приводит к уменьшению размеров зон термического влияния, снижению остаточных деформаций, увеличению общего коэффициента полезного действия сварки. Прижим слоя верхнего ленточного присадочного материала к нижнему в процессе сварки способствует более плотному прилеганию слоев друг к другу, устранению появления неровностей шва из-за деформаций материала. В результате этих операций качество сварного соединения улучшается. Reducing the energy input as a result of the above operations leads to a decrease in the size of the heat-affected zones, a decrease in residual deformations, and an increase in the overall efficiency of welding. The pressing of the layer of the upper tape filler material to the lower during the welding process contributes to a more snug fit of the layers to each other, eliminating the appearance of uneven seams due to deformation of the material. As a result of these operations, the quality of the welded joint is improved.
Разделка кромок стыкового соединения под углом и, соответственно, такой же скос кромок ленточного присадочного материала с увеличением ширины ленточного присадочного материала в каждом слое при наклоне лазерных лучей в сторону свариваемых материалов позволяет повысить качество свариваемого соединения, особенно в случае большой их толщины, поскольку при этом облегчается подвод лазерных лучей к свариваемым точкам. Кроме того, в этом случае усиливается эффект изгибания сварного шва в корневой области, т.е. шов разворачивается в зазор между слоями ленточного присадочного материала, что также повышает качество сварного соединения. Cutting the edges of the butt joint at an angle and, accordingly, the same bevel of the edges of the tape filler material with an increase in the width of the tape filler material in each layer when the laser beams are tilted towards the materials to be welded, can improve the quality of the welded joint, especially in the case of a large thickness, since facilitates the supply of laser beams to the weld points. In addition, in this case, the bending effect of the weld in the root region is enhanced, i.e. the seam expands into the gap between the layers of tape filler material, which also improves the quality of the welded joint.
Подача ленточного присадочного материала под небольшим углом к поверхности предыдущего слоя и направление на линию соприкосновения слоев третьего лазерного луча, линейно поляризованного параллельно плоскости ленточного присадочного материала (S-поляризация) и сканирующего вдоль линии соприкосновения, приводит к многократному отражению лазерного луча от поверхности слоев и поглощению его только в локальном объеме на линии соприкосновения. Это приводит к снижению подводимой мощности лазерного луча, т.е. к снижению энерговклада. Качество сварного соединения повышается в данном случае за счет уменьшения теплового воздействия на свариваемые слои, а также за счет устранения возможных несплошностей между слоями. The filing of the filler filament material at a slight angle to the surface of the previous layer and the direction of the third laser beam linearly polarized parallel to the plane of the filler filament material (S-polarization) and scanning along the contact line to the line of contact leads to multiple reflection of the laser beam from the surface of the layers and absorption its only in local volume on the line of contact. This leads to a decrease in the input power of the laser beam, i.e. to reduce energy consumption. The quality of the welded joint is improved in this case by reducing the thermal effect on the layers being welded, as well as by eliminating possible discontinuities between the layers.
Предложенный способ лазерной сварки стыковых соединений позволяет снизить мощность излучения в 1,7-3,16 раза, а суммарную ширину швов в 1,17-1,8 раза по сравнению с существующим способом (прототипом). The proposed method for laser welding of butt joints allows to reduce the radiation power by 1.7-3.16 times, and the total width of the joints by 1.17-1.8 times compared with the existing method (prototype).
Изобретение поясняется фиг. 1-4. The invention is illustrated in FIG. 1-4.
Предложенный способ лазерной сварки стыковых соединений выполняют следующим образом. The proposed method for laser welding of butt joints is as follows.
Подлежащие сварке заготовки 1 закрепляют на технологическом столе лазера 2 при заданном зазоре между кромками (фиг. 1). В зазор между кромками подают ленточный присадочный материал 3, по ширине равный величине зазора b, а по толщине в несколько раз меньше толщины свариваемого соединения h. В места стыков ленточного присадочного материала с кромками направляют два лазерных луча 4 для расплавления участков соприкосновения и обеспечивают перемещение лазерных лучей относительно свариваемого соединения со скоростью ν. Лазерные лучи 4 могут исходить из одного лазера при делении его луча на два или из двух автономных лазеров. The
После приварки одного слоя ленточного присадочного материала 3 процесс повторяют при нанесении нескольких слоев по толщине n, при этом слой верхнего ленточного присадочного материала 3 прижимают к нижнему с усилием Р. After welding one layer of
При проплавлении стыков между тонким ленточным присадочным материалом 3 и толстым свариваемым материалом 1 ленточный присадочный материал 3 нагревается до более высокой температуры, что приводит к загибанию сварных швов в его сторону, особенно в корневой части. Вследствие этого слои присадочного материала 3 свариваются друг с другом. When the joints are melted between a thin
Сварное соединение состоит из расплавленных лазерными лучами 4 и затвердевших швов и из нерасплавленных объемов ленточного присадочного материала 3. The welded joint consists of
По п. 2 формулы изобретения кромки стыкового соединения 1 разделывают под углом альфа, обычно составляющим 270oC, и под тем же углом скашивают кромки ленточного присадочного материала 3, при наложении нескольких слоев ширину ленточного присадочного материала 3 в каждом слое увеличивают соответственно ширине зазора, а лазерные лучи 4 наклоняют в сторону свариваемых материалов 1 под углом β около 10oC. В этом случае эффект изгибания сварного шва в сторону ленточного присадочного материала усиливается (фиг. 2).According to
По п. 3 формулы изобретения ленточный присадочный материал 3 подают под небольшим углом γ 5-10oC к поверхности предыдущего слоя, а на линию соприкосновения слоев подают третий лазерный луч 5, линейно поляризованный параллельно плоскости ленточного присадочного материала 3 (S-поляризация). Этот третий лазерный луч 5 может либо иметь эллиптическое сечение, так что длина большой оси эллипса равна ширине ленты, что можно достигнуть, используя, например, цилиндрический фокусирующий объектив, либо лазерным лучом 5 сканируют вдоль линии соприкосновения слоев с амплитудой А, равной ширине зазора, в процессе перемещения всех лазерных лучей вдоль сварного соединения (фиг. 3, 4).According to
Предложенный способ особенно эффективен при соединении стыков деталей, имеющих форму тел вращения: труб, прутков и др. В этом случае легко обеспечить непрерывность наложения слоев при вращении соединяемых деталей. The proposed method is particularly effective when connecting the joints of parts having the form of bodies of revolution: pipes, rods, etc. In this case, it is easy to ensure the continuity of the layers during rotation of the connected parts.
Следует отметить, что подачу ленточного присадочного материала и прижимание ее к предыдущему слою удобно осуществлять, разматывая бобину с ленточным материалом, прокатывая ее по поверхности предыдущего слоя. It should be noted that the supply of tape filler material and pressing it to the previous layer is conveniently carried out by unwinding the reel with tape material, rolling it on the surface of the previous layer.
Пример 1. Сварка пластин из стали БСт3сп толщиной 6 мм с зазором 2 мм. Example 1. Welding of plates from steel BSt3sp 6 mm thick with a gap of 2 mm.
Сварку по известному способу проводили на СО2-лазере ТЛ-5М за один проход с подачей в зону сварки присадочной проволоки Св-0,8 диаметром 3 мм.Welding by a known method was carried out on a TL-5M CO 2 laser in one pass with a filler wire Sv-0.8 of 3 mm diameter being fed into the welding zone.
Сварку по предложенному способу вели на CO2-лазере ТЛ-5М при делении лазерного луча на два мощностью по 1,5 кВт за три прохода при подаче в зазор присадочной ленты из стали 08 толщиной 2 мм с прижимом ее к поверхности предыдущего слоя.Welding according to the proposed method was carried out on a TL-5M CO 2 laser when dividing a laser beam into two with a power of 1.5 kW each in three passes when applying a filler tape from steel 08 with a thickness of 2 mm and pressing it to the surface of the previous layer.
Оптимальные режимы сварки, а также ширина сварных швов приведены в табл. 1. The optimal welding conditions, as well as the width of the welds are given in table. one.
Пример 2. Сварка плоских пластин из стали СтЗ толщиной 12 с зазором 2 мм. Example 2. Welding flat plates of steel STZ thickness 12 with a gap of 2 mm
Сварку по известному способу проводили на СО2-лазере ТЛ-5М за один проход без разделки кромок с подачей в место сварки присадочной проволоки Св-0,8 диаметром 3 мм.Welding by a known method was carried out on a TL-5M CO 2 laser in one pass without cutting edges with a filler wire Sv-0.8 with a diameter of 3 mm fed to the welding site.
Сварку по предложенному способу вели на СО2-лазере ТЛ-5М при делении лазерного луча на два за четыре прохода при подаче в зазор присадочной ленты из стали 10. Кромки свариваемого материала и присадочной ленты скашивали под углом 27o, при наложении каждого последующего слоя ее прижимали и ширину ленты увеличивали по ширине зазора. Лазерные лучи наклоняли в сторону свариваемых материалов под углом 10o.Welding according to the proposed method was carried out on a TL-5M CO 2 laser by dividing the laser beam into two in four passes when filing a filler tape of steel 10. The edges of the welded material and filler tape were beveled at an angle of 27 o , with each subsequent layer applied pressed and the width of the tape was increased across the width of the gap. Laser beams were tilted towards the materials being welded at an angle of 10 o .
Оптимальные режимы сварки, а также ширина сварных швов приведены в табл. 2. The optimal welding conditions, as well as the width of the welds are given in table. 2.
Пример 3. Сварка труб из стали 09Г2 диаметром 1000 мм и толщиной стенок 30 мм с зазором 5 мм. Example 3. Welding of pipes made of steel 09G2 with a diameter of 1000 mm and a wall thickness of 30 mm with a gap of 5 mm.
Сварку по известному способу проводят на СО2-лазере мощностью 30 кВт за один проход с подачей в зазор присадочной проволоки Св-0,8Г2С диаметром 6 мм.Welding by a known method is carried out on a CO 2 laser with a power of 30 kW in one pass with filing of a filler wire Sv-0.8G2S with a diameter of 6 mm.
Сварку по предложенному способу ведут на CO2-лазере мощностью 8 кВт при делении лазерного луча на два по 4 кВт за шесть проходов при подаче в зону сварки присадочной ленты из стали 09Г2 шириной 5 мм с прижимом ее к предыдущему слою.Welding according to the proposed method is carried out on a CO 2 laser with a power of 8 kW when dividing the laser beam into two by 4 kW in six passes when a filler tape of
На линию соприкосновения слоев подавали третий луч мощностью 1,5 кВт, линейно поляризованный параллельно плоскости ленточного присадочного материала и сканирующий вдоль линии сплавления слоев с амплитудой, равной ширине зазора, т.е. 5 мм. A third beam with a power of 1.5 kW was applied to the line of contact of the layers, linearly polarized parallel to the plane of the tape filler material and scanning along the line of fusion of the layers with an amplitude equal to the gap width, i.e. 5 mm.
Оптимальные режимы сварки, а также ширина швов приведены в табл. 3. The optimal welding conditions, as well as the width of the seams are given in table. 3.
Таким образом, при лазерной сварке стыковых соединений по предложенному способу суммарная мощность излучения снижается в 1,7-3,16 раза, а суммарная ширина швов уменьшается в 1,17-1,8 раза по сравнению с прототипом, выбранным в качестве базового объекта, при примерно одинаковой производительности. Thus, when laser welding butt joints according to the proposed method, the total radiation power is reduced by 1.7-3.16 times, and the total width of the seams is reduced by 1.17-1.8 times compared with the prototype selected as the base object, with approximately the same performance.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96121191A RU2104137C1 (en) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | Method for laser welding of butt joints |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96121191A RU2104137C1 (en) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | Method for laser welding of butt joints |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2104137C1 true RU2104137C1 (en) | 1998-02-10 |
RU96121191A RU96121191A (en) | 1998-05-20 |
Family
ID=20186942
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96121191A RU2104137C1 (en) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | Method for laser welding of butt joints |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2104137C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2636425C1 (en) * | 2014-09-26 | 2017-11-23 | Ниссин Стил Ко., Лтд. | Method of laser welding of materials having different thicknesses |
RU2673271C2 (en) * | 2014-07-03 | 2018-11-23 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Laser treatment unit |
WO2018227115A1 (en) * | 2017-06-09 | 2018-12-13 | Ipg Photonics Corporation | Laser-based keyhole welding |
RU2715760C1 (en) * | 2019-05-31 | 2020-03-03 | Общество с ограниченной ответственностью Управляющая компания "Алтайский завод прецизионных изделий" | Method of laser welding of precision axisymmetric parts |
-
1996
- 1996-10-29 RU RU96121191A patent/RU2104137C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2673271C2 (en) * | 2014-07-03 | 2018-11-23 | Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн | Laser treatment unit |
US10773338B2 (en) | 2014-07-03 | 2020-09-15 | Nippon Steel Corporation | Laser processing apparatus |
RU2636425C1 (en) * | 2014-09-26 | 2017-11-23 | Ниссин Стил Ко., Лтд. | Method of laser welding of materials having different thicknesses |
WO2018227115A1 (en) * | 2017-06-09 | 2018-12-13 | Ipg Photonics Corporation | Laser-based keyhole welding |
RU2715760C1 (en) * | 2019-05-31 | 2020-03-03 | Общество с ограниченной ответственностью Управляющая компания "Алтайский завод прецизионных изделий" | Method of laser welding of precision axisymmetric parts |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6793118B2 (en) | Laser supported friction stir welding method | |
US20120024828A1 (en) | Method of hybrid welding and hybrid welding apparatus | |
NL8800116A (en) | WELDING METHOD. | |
JPS6032553B2 (en) | How to join objects | |
US4794231A (en) | Method of and arrangement for laser welding | |
RU2636425C1 (en) | Method of laser welding of materials having different thicknesses | |
ATE159881T1 (en) | METHOD FOR PREPARING THE JOINING AREAS OF COATED WORKPIECES FOR WELDING USING LASER RADIATION AND OVERLAP JOINT FOR WELDING COATED WORKPIECES | |
RU2637035C1 (en) | Method of hybrid arc augmented laser welding of pipe longitudinal seam | |
RU2104137C1 (en) | Method for laser welding of butt joints | |
JPH08257773A (en) | Laser welding method | |
US5170031A (en) | Joining method | |
JP3590501B2 (en) | High-precision welding method for groove | |
JPH10225782A (en) | Combined welding method by laser and arc | |
JP2792340B2 (en) | Laser welding method | |
JPS61293691A (en) | Welding method by laser | |
JPH0199789A (en) | Manufacture of welded pipe | |
RU96121191A (en) | METHOD OF LASER WELDING BUTT JOINTS | |
JP3378053B2 (en) | Laser welding method | |
JPH01202385A (en) | Laser welding method for metal plate | |
JPH01233084A (en) | Butt laser welding method for thin sheet | |
RU2173619C1 (en) | Friction welding method | |
JP3388967B2 (en) | Twin beam processing method | |
JPS5636395A (en) | Joining method of pipe | |
JPS57106488A (en) | Laser welding method | |
RU2133662C1 (en) | Method for laser welding of metals with high heat conductivity and high reflecting power |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101030 |