RU2116181C1 - Laser system for routing pipelines - Google Patents
Laser system for routing pipelines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2116181C1 RU2116181C1 RU97101824A RU97101824A RU2116181C1 RU 2116181 C1 RU2116181 C1 RU 2116181C1 RU 97101824 A RU97101824 A RU 97101824A RU 97101824 A RU97101824 A RU 97101824A RU 2116181 C1 RU2116181 C1 RU 2116181C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- complex
- welding
- welded
- laser
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке материалов с помощью лучевых методов и может быть использовано для лазерной сварки трубопроводов различного назначения в полевых условиях (пустыня, тундра, степь и т.д.), например нефтепроводы, газопроводы и др. Изобретение может быть использовано также для проводки трубопроводов других назначений, например теплотрассы. The invention relates to the processing of materials using radiation methods and can be used for laser welding of pipelines for various purposes in the field (desert, tundra, steppe, etc.), for example oil pipelines, gas pipelines, etc. The invention can also be used for piping other purposes, for example heating mains.
Известная установка для лазерной сварки кольцевых швов труб [1] для подачи лазерного излучения от источника (технологического лазера) в зону сварки включает в свой состав подвижную оптическую систему. Подвижная оптическая система включает в свой состав четыре водоохлаждаемых зеркала: три отражающих и одно фокусирующее, соединенных между собой лучепроводами. The known installation for laser welding of pipe circumferential joints [1] for supplying laser radiation from a source (technological laser) into the welding zone includes a movable optical system. The movable optical system includes four water-cooled mirrors: three reflective and one focusing, interconnected by beam lines.
Установка работает следующим образом. Installation works as follows.
Лазерный луч от технологического лазера направляется на первое зеркало, отражаясь от которого, по лучепроводу направляется на второе зеркало. Второе зеркало - подвижное, расположено на водиле, которое в свою очередь имеет возможность во время процесса сварки перемещаться вокруг свариваемой трубы на половину ее периметра (180o). Отражаясь от второго зеркала, луч попадает на третье зеркало, расположенное на кольцевой каретке типа скобы, орбитально перемещаемой вокруг трубы на 360o. Отражаясь от третьего зеркала, луч направляется на последнее фокусирующее зеркало, далее фокусируясь, направляется непосредственно в зону сварки.The laser beam from the process laser is directed to the first mirror, reflected from which, through the beam line is sent to the second mirror. The second mirror is movable, located on the carrier, which in turn has the ability, during the welding process, to move around the pipe being welded by half its perimeter (180 o ). Reflecting from the second mirror, the beam hits the third mirror located on the ring carriage type brackets, orbitally moving around the pipe 360 o . Reflecting from the third mirror, the beam is directed to the last focusing mirror, then focusing, it is sent directly to the welding zone.
Вышеуказанная установка имеет следующие недостатки. The above installation has the following disadvantages.
1. Лучевой тракт имеет на своем протяжении несколько водоохлаждаемых зеркал, что ведет к искажению волнового фронта, изменению состояния поляризации излучения во время сварочного процесса, и, следовательно, к непостоянству свойств излучения по траектории его движения, что в свою очередь ведет к непостоянству качества сварного соединения на его протяжении. 1. The radiation path has several water-cooled mirrors over its length, which leads to a distortion of the wave front, a change in the state of radiation polarization during the welding process, and, consequently, to inconstancy of the radiation properties along the trajectory of its movement, which in turn leads to inconstancy in the quality of the welded connections throughout it.
2. На каждом из четырех зеркал поглощается определенное количество мощности излучения и поэтому для реализации процесса лазерной сварки требуется дополнительный подвод электроэнергии, а также сложная система их водоохлаждения. 2. A certain amount of radiation power is absorbed on each of the four mirrors, and therefore, the implementation of the laser welding process requires an additional supply of electricity, as well as a complex system for their water cooling.
3. Во время обхода трубы по периметру (360o) зеркала должны иметь изменяемые угловые положения относительно друг друга, позволяющие обеспечить точную транспортировку излучения от источника к месту стыка. Это требует наличия в составе системы транспортировки излучения механизмов и приводов, обеспечивающих угловые перемещения зеркал, а также систему контроля их угловых положений.3. During the roundabout of the pipe around the perimeter (360 o ), the mirrors should have variable angular positions relative to each other, allowing for accurate transportation of radiation from the source to the junction. This requires the presence of mechanisms and drives as part of the radiation transportation system that provide angular movements of the mirrors, as well as a system for monitoring their angular positions.
4. Для реализации процесса сварки кольцевым швом труб на практике необходима точная стыковка их торцов. Данная операция является трудоемкой и особенно сложна при сварке труб больших диаметров в полевых условиях. В рассматриваемой установке эта задача решается за счет использования других механизмов, не связанных с самой установкой. При этом для осуществления качественного проведения процесса сварки (поддержания постоянного расстояния от фокусирующего устройства до свариваемых поверхностей по всему периметру, контроль за уходом оси сфокусированного излучения от стыка) необходимо решать дополнительную задачу - точное взаиморасположение механизмов, которые стыкуют торцы свариваемых труб, и системы транспортировки излучения от источника к месту сварки. 4. In order to implement the process of welding an annular seam of pipes in practice, accurate joining of their ends is necessary. This operation is time-consuming and especially difficult when welding pipes of large diameters in the field. In this installation, this problem is solved by using other mechanisms that are not related to the installation itself. At the same time, to carry out a high-quality welding process (maintaining a constant distance from the focusing device to the surfaces to be welded around the perimeter, monitoring the axis of focused radiation moving away from the junction), it is necessary to solve an additional problem - the exact relative position of the mechanisms that join the ends of the pipes to be welded and the radiation transport from source to weld point.
Вышеуказанных недостатков лишен сварочный комплекс для изготовления непрерывного трубопровода [2] . Комплекс имеет в своем составе внутритрубную сварочную машину с собственным приводом перемещения и многозвенной штангой, самоходную тележку с электростанцией, аппаратурой управления, индуктор, рольганг, контейнер для внутритрубной сварочной машины, платформу с размещенными на ней зажимами. The above disadvantages are deprived of the welding complex for the manufacture of a continuous pipeline [2]. The complex includes an in-line welding machine with its own displacement drive and multi-link bar, a self-propelled cart with a power station, control equipment, inductor, live roll, a container for an in-line welding machine, a platform with clamps placed on it.
Сварочный комплекс работает следующим образом. The welding complex operates as follows.
Предназначенные для сварки трубы устанавливаются в зажимы, расположенные на единой платформе с зажимами конца трубопровода. Дополнительной установки их торцов не требуется. Этим самым устраняется четвертый недостаток предыдущего аналога. После этого, используя собственный привод, внутритрубная сварочная машина заходит в отверстие привариваемой трубы, перемещается внутри нее по всей длине до места стыка с трубопроводом. Далее производится сварка кольцевого шва, после окончания которой внутритрубная сварочная машина перемещается обратно внутри приваренной к трубопроводу трубы к выходу. Выйдя из трубы, она перемещается в контейнер. Далее сварочный комплекс перемещается вперед на длину трубы. После этого на платформу производятся загрузка следующей трубы, ее стыковка и центровка относительно трубопровода; внутритрубная сварочная машина вводится в отверстие вновь привариваемой трубы, и технологический цикл повторяется. Pipes intended for welding are installed in clamps located on a single platform with clamps on the end of the pipeline. Additional installation of their ends is not required. This eliminates the fourth drawback of the previous analogue. After that, using its own drive, the in-line welding machine enters the hole of the welded pipe, moves inside it along the entire length to the junction with the pipeline. Next, an annular seam is welded, after which an in-line welding machine moves back inside the pipe welded to the pipeline to the exit. Coming out of the pipe, she moves into the container. Next, the welding complex moves forward by the length of the pipe. After that, the next pipe is loaded onto the platform, docked and centered relative to the pipeline; an in-line welding machine is inserted into the hole of the newly welded pipe, and the process cycle is repeated.
В состав комплекса не входит сложная система транспортировки излучения, включающая лучепроводы, несколько водоохлаждаемых зеркал, механизмы и приводы их перемещения и ориентации в пространстве, систему контроля ориентации зеркал относительно друг друга в процессе выполнения траектории, обеспечивающей выполнение сварки кольцевого шва. Следовательно, исключаются первые три недостатка предыдущего аналога. The complex does not include a complex radiation transportation system, including beam lines, several water-cooled mirrors, mechanisms and drives for their movement and orientation in space, a system for controlling the orientation of the mirrors relative to each other during the trajectory, which ensures welding of the annular seam. Therefore, the first three disadvantages of the previous analogue are excluded.
Однако данный комплекс имеет следующие недостатки. However, this complex has the following disadvantages.
1. Для реализации процесса сварки трубопровода в полевых условиях без сложной оптической системы приходится использовать дуговой способ сварки вместо лазерного, что на практике ведет к резкому ухудшению эксплуатационных характеристик сварного шва и соответственно к снижению надежности работы трубопровода, являющегося важным параметром, т. к. аварии трубопроводов (разрыв) ведут к чрезвычайно важным затратам на устранение их последствий. 1. To implement the process of welding the pipeline in the field without a complex optical system, it is necessary to use an arc method of welding instead of the laser, which in practice leads to a sharp deterioration in the operational characteristics of the weld and, accordingly, to a decrease in the reliability of the pipeline, which is an important parameter, because of an accident pipelines (rupture) lead to extremely important costs to eliminate their consequences.
2. Низкая производительность, связанная с большой долей вспомогательного времени. Для осуществления одного полного технологического цикла внутритрубная сварочная машина должна дважды пройти внутри привариваемой трубы на всю ее длину, что требует затрат времени. При этом весь сварочный комплекс простаивает, так как проведение следующей технологической операции - загрузки и центровки новой трубы при данной конструкции комплекса невозможно. Кроме того, процессы перемещения сварочной машины внутри трубы по всей ее длине, ввода и вывода ее в отверстие трубы, перемещение ее в контейнер и обратное извлечение из него всегда связано с неизбежными вибрациями, возможными ударами и т. д., что сказывается на надежности работы комплекса в целом. 2. Low productivity associated with a large share of auxiliary time. In order to carry out one full technological cycle, the in-tube welding machine must pass twice inside the welded pipe over its entire length, which requires time. At the same time, the entire welding complex is idle, since the next technological operation — loading and centering a new pipe with this complex design is impossible. In addition, the processes of moving the welding machine inside the pipe along its entire length, input and output of it into the hole of the pipe, moving it to the container and removing it from it are always associated with inevitable vibrations, possible impacts, etc., which affects the reliability of operation complex as a whole.
Известна установка для лазерной сварки трубопроводов [3] (прототип). Установка включает передвижное средство, платформу, на которой размещены технологический лазер, зажимы для центровки трубопровода и привариваемой трубы, магазин лучепроводов в виде труб, на концах которых закреплены фокусирующие устройства с приводом вращения их вокруг оси падающего излучения и с закрепленными на их внешней стороне колесами. Кроме того, магазин имеет устройство поджима трубы к трубопроводу, привод перемещения или вращения магазина, механизм перемещения фокусирующей системы вдоль оси лучепровода. A known installation for laser welding of pipelines [3] (prototype). The installation includes a mobile tool, a platform on which the technological laser is placed, clamps for aligning the pipeline and the welded pipe, a beam line store in the form of pipes, at the ends of which focusing devices are mounted with a drive to rotate them around the axis of the incident radiation and with wheels fixed on their outer side. In addition, the store has a device for pressing the pipe to the pipeline, a drive for moving or rotating the store, and a mechanism for moving the focusing system along the axis of the beam path.
Генерируемый технологическим лазером лазерный луч по лучепроводу направляется к месту стыка, где поворотным зеркалом направляется в фокусирующее устройство, после чего попадает на свариваемый стык. С помощью привода вращения фокусирующего устройства обеспечивается сварка кольцевого шва. В это время осуществляется загрузка новой трубы на освободившийся после предыдущего процесса сварки лучепровод. The laser beam generated by the technological laser is directed along the beam line to the junction, where it is directed to the focusing device by a turning mirror, after which it hits the welded joint. Using the rotation drive of the focusing device, welding of the annular seam is ensured. At this time, a new pipe is being loaded onto the beam path released after the previous welding process.
Данная установка позволяет реализовать лазерный способ сварки, что резко повышает эксплуатационную надежность трубопровода, при значительном упрощении системы транспортировки излучения - количество зеркал сокращается с четырех до одного, отсутствуют механизмы и приводы их перемещения в пространстве и взаимной угловой ориентации, упрощается система водоохлаждения зеркал. This installation allows you to implement a laser welding method, which dramatically increases the operational reliability of the pipeline, with a significant simplification of the radiation transportation system - the number of mirrors is reduced from four to one, there are no mechanisms and drives for their movement in space and relative angular orientation, the water cooling system of mirrors is simplified.
Применение данной установки позволяет сократить вспомогательное время технологического цикла, т. к. исключается время перемещения внутритрубной сварочной машины из контейнера от начала трубы до свариваемого стыка и обратно, а также совмещается время самого процесса сварки с временем загрузки новой трубы. Все это существенно повышает производительность работы данной установки по сравнению с аналогом. The use of this installation allows to reduce the auxiliary time of the technological cycle, since the time for moving the in-pipe welding machine from the container from the beginning of the pipe to the welded butt and back is eliminated, and the time of the welding process itself is combined with the loading time of the new pipe. All this significantly increases the performance of this installation compared to its counterpart.
Установка имеет следующие недостатки. The installation has the following disadvantages.
1. Необходимость транспортировки излучения от источника излучения до места сварки на большие расстояния (свыше 10 м), что ухудшает качество излучения - искажения волнового фронта, расходимость излучения, а также ведет к уходу оси излучения от необходимой, что может быть вызвано вибрациями работающих механизмов установки, а также неточностями исполнительных механизмов системы транспортировки излучения. Вышеуказанный недостаток ведет к динамическим изменениям местоположения сфокусированного пучка на обрабатываемых местах труб, уходу его от оси траектории свариваемого стыка и, следовательно, к дефектам сварного шва, что в свою очередь ведет к снижению эксплуатационной надежности трубопровода. 1. The need to transport radiation from the radiation source to the welding site over long distances (over 10 m), which affects the quality of the radiation — wavefront distortions, radiation divergence, and also leads to the departure of the radiation axis from the necessary one, which can be caused by vibrations of the operating installation mechanisms as well as inaccuracies in the actuators of the radiation transportation system. The aforementioned drawback leads to dynamic changes in the location of the focused beam at the machined places of the pipes, its departure from the axis of the trajectory of the welded joint and, consequently, to defects in the weld, which in turn leads to a decrease in the operational reliability of the pipeline.
2. Громоздкость установки. 2. The bulkiness of the installation.
Известно, что для сварки толщин от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров труб, используемых для магистральных трубопроводов [4], требуются мощности излучения десять и более киловатт. Излучение такой мощности обычно достигается либо быстропроточными лазерами с продольной и поперечной прокачкой, либо многоканальными волноводными лазерами с диффузионным охлаждением, либо твердотельными лазерами. It is known that for welding thicknesses from several millimeters to several centimeters of pipes used for main pipelines [4], radiation powers of ten or more kilowatts are required. Radiation of such power is usually achieved either by high-speed lasers with longitudinal and transverse pumping, or by multichannel waveguide lasers with diffusion cooling, or solid-state lasers.
Известно также, что функционально лазер можно разделить на блок генерации излучения, источник питания, систему прокачки и охлаждения (быстропроточные лазеры) и вспомогательные системы [5]. It is also known that functionally the laser can be divided into a radiation generation unit, a power source, a pumping and cooling system (high-speed lasers), and auxiliary systems [5].
Задача, решаемая изобретением, - повышение качества сварного шва и, следовательно, повышение эксплуатационной надежности трубопроводов, а также повышение компактности комплекса. The problem solved by the invention is improving the quality of the weld and, consequently, increasing the operational reliability of pipelines, as well as increasing the compactness of the complex.
Вышеуказанные задачи решаются тем, что в предлагаемом комплексе, имеющем в своем составе передвижное средство, платформу с размещенными на ней зажимами и вспомогательным оборудованием, технологический лазер, лазер выполнен в виде совокупности размещенных в магазине блоков генерации с габаритными размерами по длине меньше свариваемой трубы, а по ширине и высоте меньше ее диаметра с закрепленными на их концах фокусирующими системами, и источник питания и другие вспомогательные системы, находящиеся на передвижном средстве, причем технологический процесс осуществляется за счет совместной работы источника питания лазера в совокупности с комплектом вспомогательного оборудования и блоком генерации, встроенным в данный момент в технологическую цепь. Магазин блоков генерации может быть сменным и иметь либо постоянное соединение с источником питания и вспомогательным оборудованием в виде кабелей, причем магазин блоков генерации во избежание запутывания кабелей, если он выполнен в виде барабана, работает в реверсивном режиме, а если он выполнен с линейным расположением блоков генерации - в режиме возвратно-поступательного перемещения, либо иметь быстроразъемный узел, позволяющий быстро стыковать и разъединять необходимые для функционирования блоков генерации коммуникации: электроэнергия, технологические газы, водяное или масляное охлаждение, сигналы системы управления и т.д. Блоки генерации имеют механизмы вращения относительно оси генерируемого излучения. Вспомогательное оборудование комплекса содержит систему слежения оси сфокусированного излучения за свариваемым стыком, включающую крепящееся на внутренней поверхности привариваемой трубы быстросъемное фиксирующее кольцо, а также находящийся с ним в контакте, жестко скрепленный с фокусирующей системой роликом. Расположение блоков генерации внутри свариваемых труб позволяет максимально приблизить генерируемое ими излучение непосредственно к зоне сварки, т.е. максимально возможно сократить расстояние его транспортировки. Тем самым устраняются недостатки прототипа, связанные с качеством поступающего в фокусирующую систему излучения, точностью местоположения сфокусированного излучения и, следовательно, достигается максимально возможное качество сварного соединения. The above tasks are solved by the fact that in the proposed complex, which includes a mobile tool, a platform with clamps and auxiliary equipment placed on it, a technological laser, a laser is made in the form of a set of generation units placed in the store with overall dimensions less than the length of the welded pipe, and in width and height less than its diameter with focusing systems fixed at their ends, and a power source and other auxiliary systems located on a mobile means, and cal process carried out by the joint operation of the source of the laser power in conjunction with a set of auxiliary equipment and generating unit, integrated in currently process chain. The store of generating units can be replaceable and either have a permanent connection to the power source and auxiliary equipment in the form of cables, and the store of generating units to avoid cable tangling, if it is made in the form of a drum, works in reverse mode, and if it is made with a linear arrangement of blocks generation - in the mode of reciprocating movement, or have a quick-disconnect assembly that allows you to quickly dock and disconnect the communication generation units necessary for the functioning: energy, process gases, water or oil cooling, control system signals, etc. The generation units have rotation mechanisms about the axis of the generated radiation. The auxiliary equipment of the complex contains a tracking system for the axis of focused radiation behind the welded joint, including a quick-detent fixing ring attached to the inner surface of the welded pipe, as well as being in contact with it, rigidly fixed to the focusing system by a roller. The location of the generation units inside the welded pipes allows you to maximize bring the radiation generated by them directly to the welding zone, i.e. as much as possible to reduce the distance of its transportation. This eliminates the disadvantages of the prototype associated with the quality of the radiation coming into the focusing system, the accuracy of the location of the focused radiation and, therefore, the highest possible quality of the welded joint is achieved.
Осуществление вращения блоков генерации внутри привариваемой трубы вокруг оси генерируемого излучения позволяет поддерживать вектор поляризации излучения по отношению к свариваемым поверхностям, постоянным во время всего технологического процесса сварки, что обеспечивает постоянство эксплуатационных свойств сварного шва по всему периметру. The implementation of the rotation of the generation units inside the welded pipe around the axis of the generated radiation allows you to maintain the radiation polarization vector with respect to the surfaces to be welded, constant during the entire welding process, which ensures the constancy of the operational properties of the weld around the entire perimeter.
Размещение одного из элементов технологического лазера - блока генерации, имеющего большие габариты непосредственно в магазине (габариты магазина при этом по сравнению с прототипом не меняются), а источника питания со вспомогательными системами и электростанции на передвижном средстве позволяет существенно сократить габариты всего комплекса. Наличие системы слежения оси сфокусированного излучения за свариваемым стыком позволяет просто и надежно контролировать оптимальное положение фокусирующей системы. The placement of one of the elements of the technological laser - the generation unit, which has large dimensions directly in the store (the dimensions of the store do not change compared to the prototype), and the power source with auxiliary systems and a power plant on a mobile vehicle can significantly reduce the size of the entire complex. The presence of a tracking system for the axis of focused radiation behind the welded joint allows you to simply and reliably control the optimal position of the focusing system.
Реализация предложенного комплекса максимально эффективна при использовании технологических лазеров, имеющих вытянутые по длине блоки генерации излучения - быстропроточные лазеры с продольной прокачкой, многоканальные волноводные лазеры с диффузионным охлаждением, твердотельные лазеры, что позволяет использовать их высокое качество излучения, например, по сравнению с быстропроточными лазерами с поперечной прокачкой одновременно с уменьшением габаритов всего комплекса. Быстропроточные лазеры с продольной прокачкой позволяют реализовать предложенную конструкцию комплекса, но имеют существенные ограничения по возможностям, а следовательно, и по мощности излучения тем, что помимо блоков генерации, для их функционирования необходимы сложные системы прокачки и охлаждения, конструктивно связанные с ними, а также наличие в непосредственной близости прокачных средств, что увеличивает габариты блоков генерации и тем самым снижает технологические возможности всего комплекса. The implementation of the proposed complex is most effective when using technological lasers having elongated emission generation units — high-speed lasers with longitudinal pumping, multichannel waveguide lasers with diffusion cooling, and solid-state lasers, which makes it possible to use their high radiation quality, for example, in comparison with high-speed lasers with lateral pumping at the same time as reducing the size of the entire complex. High-speed lasers with longitudinal pumping make it possible to realize the proposed design of the complex, but have significant limitations on the capabilities and, consequently, on the radiation power by the fact that in addition to the generation units, their functioning requires complex pumping and cooling systems, structurally associated with them, as well as the presence of in the immediate vicinity of the pumping facilities, which increases the dimensions of the generation units and thereby reduces the technological capabilities of the entire complex.
Твердотельные лазеры также могут быть использованы в предлагаемом комплексе, однако они имеют ограничения по мощности излучения и соответственно по технологическим возможностям комплекса. Кроме того, блок охлаждения этих лазеров должен быть также в непосредственной близости с активным элементом. Solid-state lasers can also be used in the proposed complex, however, they have limitations on the radiation power and, accordingly, on the technological capabilities of the complex. In addition, the cooling unit of these lasers should also be in close proximity to the active element.
Наиболее предпочтительным в предложенном комплексе является использование многоканальных волноводных лазеров с диффузионным охлаждением, например, [6] , имеющие высокий уровень энергетической и угловой стабильности, конструктивную простоту, отсутствие внутренних источников вибрации (см. стр. 115 [5] ). Это позволяет достичь высокого качества сварного соединения. Кроме того, конструктивные особенности многоканальных волноводных лазеров с диффузионным охлаждением отличает наличие активной среды большой протяженности при незначительных поперечных размерах, что соответствует форме внутреннего пространства трубы. Так как конструкция комплекса определяет дискретную работу каждого из блоков генерации, т.е. во время работы одного из них другие не работают, то система охлаждения каждого из них может быть упрощенной и иметь малые габариты. The most preferable in the proposed complex is the use of multichannel waveguide lasers with diffusion cooling, for example, [6], which have a high level of energy and angular stability, structural simplicity, and the absence of internal vibration sources (see page 115 [5]). This allows you to achieve high quality welded joints. In addition, the design features of multichannel waveguide lasers with diffusion cooling are distinguished by the presence of an active medium of large length with small transverse dimensions, which corresponds to the shape of the inner space of the tube. Since the design of the complex determines the discrete operation of each of the generation units, i.e. during the operation of one of them others do not work, then the cooling system of each of them can be simplified and have small dimensions.
Наличие быстроразъемного соединения позволяет оперативно отстыковывать коммуникации блока генерации, находящегося в уже приваренной трубе, от источника питания и других систем, и после подведения магазином новой трубы с новым блоком генерации в положение сварки (встраивание в технологическую цепь) пристыковывать коммуникации от источника питания и других систем к этому блоку генерации. The presence of a quick-disconnect connection allows you to quickly undock the communications of the generation unit, which is already in the welded pipe, from the power source and other systems, and after the store puts the new pipe with the new generation unit in the welding position (integration into the process circuit), dock the communications from the power source and other systems to this generation unit.
Так как режим работы блоков генерации последователен, то для обеспечения всей работы комплекса достаточно одного источника питания, а также одного комплекта дополнительного оборудования. Каждый блок генерации имеет механизм вращения внутри привариваемой трубы вокруг оси генерируемого излучения. Этот механизм осуществляет также точное центрирование блоков генерации относительно трубы. Since the operating mode of the generation units is consistent, then to ensure the entire operation of the complex, only one power source, as well as one set of additional equipment, are sufficient. Each generation unit has a rotation mechanism inside the welded pipe around the axis of the generated radiation. This mechanism also provides accurate centering of the generation units relative to the pipe.
Установка выглядит следующим образом (фиг. 1, 2, 3). На платформе 1 в зажимы 2 устанавливается конец привариваемого трубопровода 3. В центральной части платформы расположен магазин 4 блоков генерации 5 технологического лазера. Источник питания и дополнительные системы лазера 6, а также электростанция 7 находятся на передвижном средстве 8. К торцам блоков генерации (фиг. 2) с выходным окном 9 крепятся фокусирующие устройства 10 с поворотными зеркалами 11 и жестко скрепленными с ними роликами 12, механизмами перемещения фокусирующей системы вдоль оси генерируемого излучения 13. На внешней стороне блоков генерации технологического лазера размещен механизм вращения блока генерации 14. На блоках генерации размещаются предназначенные для сварки трубы 15. Обеспечение блоков генерации необходимыми технологическими газами, охлаждающими жидкостями, электроэнергией, а также подача сигналов управления осуществляются с помощью либо стационарных кабелей, либо с помощью быстроразъемного соединения 16, соединяемого посредством кабеля 17 с источником питания и другими системами технологического лазера (фиг. 3). Комплекс имеет общую систему управления 18. Кроме того, комплекс снабжен узлом поджима привариваемой трубы к трубопроводу, а также приводом вращения (перемещения) магазина (не показаны). Система слежения оси сфокусированного излучения за свариваемым стыком включает помимо роликов 12 также крепящееся на внутренней поверхности привариваемой трубы быстросъемное фиксирующее кольцо 19. The installation is as follows (Fig. 1, 2, 3). On the platform 1, the end of the welded pipeline 3 is installed in the clamps 2. In the central part of the platform there is a store of 4
Комплекс работает следующим образом. The complex works as follows.
Магазин 4 блоков генерации 5 с расположенными на них предназначенными для приварки трубами 15 подводит торец одной трубы к торцу укрепленного в зажимах 2 трубопровода 3. Центрирование блока генерации осуществляется с помощью расположенных на внешней стороне блоков генерации колес механизмами вращения блока генерации 14, которые находятся в соприкосновении с внутренней поверхностью привариваемой трубы и взаимоцентрированы с зажимами 2. Узел поджима трубы (не показан) поджимает трубу к концу трубопровода. При осуществлении взаимного центрирования трубопровода и привариваемой трубы с помощью быстроразъемного соединения 16 осуществляется при соединении необходимых для обеспечения работоспособности находящегося в рабочем положении блока генерации. Связь с источником питания и другими системами технологического лазера 6 осуществляется с помощью кабеля 17. Далее по команде системы управления 18 обеспечивается генерация лазерного излучения. Лазерный луч через входное окно 9 попадает на отражающее зеркало 11, отражаясь от которого, оно фокусируется в фокусирующем устройстве 10 и далее направляется непосредственно в зону сварки. Вращением блока генерации с фокусирующим устройством вместе с поворотным зеркалом с помощью вращения блока генерации 14 обеспечивается технологический процесс сварки кольцевого шва. При этом жестко скрепленный с фокусирующим устройством ролик 12 обкатывает быстросъемное фиксирующее кольцо 19, которое предварительно устанавливается так, что его боковая поверхность жестко выверена по отношению к торцу привариваемой трубы (расстояние X на фиг. 2). Одновременно с процессом сварки производится загрузка на освободившийся после предыдущего процесса сварки блок генерации следующей трубы. При этом на внутреннюю поверхность этой трубы устанавливают быстросъемное кольцо 19 с выверенными и жестко зафиксированным расстоянием X от его боковой поверхности до торца привариваемой трубы. Так как процесс сварки единичного кольцевого шва существенно ограничен во времени, то при использовании многоканальных волноводных лазеров с диффузионным охлаждением возможно использование упрощенной системы охлаждения блока генерации или вообще обойтись без нее, что ведет к упрощению конструкции комплекса, а также к дальнейшему уменьшению его габаритов. В то же время большая длина привариваемых труб позволяет сравнительно легко за несколько проходов разрядных трубок набрать для выполнения технологического процесса сварки необходимую мощность. При этом достаточно габаритные блоки генерации целиком будут расположены внутри предназначенных для приварки труб, т.е. внутри магазина, и тем самым делают комплекс более компактным (прежде всего в длину), что актуально в условиях указанной местности. The
Все технологическое оборудование, кроме источника питания с дополнительными системами 6, электростанции 7, обеспечивающей электроснабжение комплекса, а также системы управления 18 располагается на единой платформе 1. All technological equipment, except for a power source with additional systems 6, a power plant 7, which provides power supply to the complex, as well as a control system 18 is located on a single platform 1.
После приварки трубы к трубопроводу, а также загрузки новой трубы в магазин комплекс с помощью передвижного средства 8 перемещается вперед на длину трубы, механизм перемещения фокусирующей системы с поворотным зеркалом вдоль оси генерируемого излучения 13 перемещают фокусирующую систему ближе к выходному окну блока генерации на расстояние, обеспечивающее беспрепятственную работу магазина. После этого магазин подает в зону сварки следующий блок генерации с новой трубой. При этом автоматически или по команде системы управления комплексом происходит разъединение коммуникации с блоком генерации, только что осуществившим приварку трубы и подсоединение их к блоку генерации, который будет осуществлять приварку трубы следующим. Находящаяся посредством колес 14 в контакте с ним труба в этот момент стыкуется с трубопроводом (встраивается в технологическую цепь). Механизм 13 возвращает фокусирующую систему в исходное положение, и технологический цикл повторяется. After welding the pipe to the pipeline, as well as loading a new pipe into the store, the complex, using a mobile tool 8, moves forward by the length of the pipe, the focusing system moving mechanism with a rotary mirror along the axis of the generated
Конструкция магазина с расположенными в нем блоками генерации технологического лазера и находящимися с ними в контакте, предназначенными для сварки трубами может быть конструктивно различно исполнена с линейным расположением блоков генерации роторного типа с горизонтальной осью вращения (см. фиг. 1) и на задачи, решаемые изобретением, не влияет. The design of the store with the technological laser generation units located in it and in contact with them intended for welding pipes can be structurally differently executed with a linear arrangement of rotor-type generating units with a horizontal axis of rotation (see Fig. 1) and for the problems solved by the invention , does not affect.
Если подсоединение блоков генерации технологического лазера осуществляется не с помощью быстроразъемного соединения, а стационарными кабелями, то механизм работы магазина блоков генерации будет следующим: сначала последовательно производится работа всех блоков генерации с первого до последнего, далее в реверсивном режиме - после работы последнего блока генерации, начинает работать предпоследний и т.д. до первого, после чего цикл работы повторяется. If the connection of the technological laser's generating units is carried out not with a quick coupler, but with stationary cables, then the mechanism of operation of the store of generating units will be as follows: first, all the generating units are sequentially operated from the first to the last, then in reverse mode - after the last generation unit works, it starts work penultimate, etc. until the first, after which the cycle of work is repeated.
Для более удобной установки новых труб в магазин блоков генерации, а также установки быстроразъемных фиксирующих колец в них возможно применение сменных магазинов. Работа комплекса при этом будет осуществляться последовательно заменой отработавших на комплексе магазинов новыми "заряженными", предназначенными для приварки трубами в стационарных условиях. For more convenient installation of new pipes in the store of generating units, as well as the installation of quick-release retaining rings in them, the use of replaceable magazines is possible. The work of the complex will be carried out sequentially by replacing the spent on the complex stores with new “charged” ones, designed for welding pipes in stationary conditions.
Таким образом, в предлагаемой конструкции комплекса расстояние транспортировки излучения от выходного окна блока генерации до места сварки делается минимально возможным, что минимизирует отрицательные влияния изменений свойств излучения, а также позволяет более точно направлять сфокусированное излучение на свариваемый стык. Этим самым исключаются дефекты сварного шва, повышаются качество сварки и надежность соединения. Thus, in the proposed design of the complex, the distance of the radiation transportation from the output window of the generation unit to the welding site is made minimally possible, which minimizes the negative effects of changes in the radiation properties, and also allows more accurate focusing of the focused radiation to the welded joint. This eliminates weld defects, improves the quality of welding and the reliability of the connection.
Расположение одной из функциональных систем технологического лазера, а именно блока генерации внутри конструкции магазина, не изменяя его габаритов, а источника питания с дополнительными системами, электростанции, системы управления на передвижном средстве позволяет существенно повысить компактность всего комплекса, что существенно скажется на его маневренности. The location of one of the functional systems of the technological laser, namely the generation unit inside the store’s structure, without changing its dimensions, and the power source with additional systems, power plants, and control systems on a mobile vehicle, can significantly increase the compactness of the entire complex, which will significantly affect its maneuverability.
Литература. Literature.
1. Оптическая система для лазерной сварки труб. В. 3. N 2143649, 29.06.83, Великобритания, заявитель Fairey Engineering LTD. 1. Optical system for laser welding of pipes. B. 3. N 2143649, 06.29.83, UK, Applicant Fairey Engineering LTD.
2. Авторское свидетельство СССР, 1158321, кл. B 23 K 11/04, заявитель Институт электросварки им. Е.О. Патона. 2. Copyright certificate of the USSR, 1158321, cl. B 23 K 11/04, Applicant Institute of Electric Welding E.O. Paton.
3. Установка для лазерной сварки трубопроводов. Патент РФ. 2074798, 16.08.94. Заявитель АО "ТехноЛазер". 3. Installation for laser welding of pipelines. RF patent. 2074798, 08.16.94. Applicant TechnoLaser JSC.
4. ГОСТ 20295-85. 4. GOST 20295-85.
5. Абильсиитов Г. А. и др. Технологические лазеры,- М: Машиностроение, 1991. 5. Abilciitov G.A. et al. Technological lasers, - M: Mechanical Engineering, 1991.
6. Патент РФ 2062541 от 25.04.93 Мощный волноводный газовый лазер. 6. RF patent 2062541 from 04.25.93 Powerful waveguide gas laser.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97101824A RU2116181C1 (en) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | Laser system for routing pipelines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97101824A RU2116181C1 (en) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | Laser system for routing pipelines |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2116181C1 true RU2116181C1 (en) | 1998-07-27 |
| RU97101824A RU97101824A (en) | 1999-03-10 |
Family
ID=20189717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97101824A RU2116181C1 (en) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | Laser system for routing pipelines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2116181C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2456107C1 (en) * | 2008-06-23 | 2012-07-20 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Method of producing steel pipe by laser welding |
| RU2552826C2 (en) * | 2011-03-30 | 2015-06-10 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Production of steel pipe by laser welding |
| US11458571B2 (en) | 2016-07-01 | 2022-10-04 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Systems and methods for use in welding pipe segments of a pipeline |
| US11767934B2 (en) | 2013-05-23 | 2023-09-26 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Internally welded pipes |
-
1997
- 1997-02-07 RU RU97101824A patent/RU2116181C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| G B 2143649 В3, 24.06.83. Абильсиитов Г.А. и др. Технологические лазеры, т.1 . - М.: Машиностроение, 1991, с.407 - 408. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2456107C1 (en) * | 2008-06-23 | 2012-07-20 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Method of producing steel pipe by laser welding |
| RU2552826C2 (en) * | 2011-03-30 | 2015-06-10 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Production of steel pipe by laser welding |
| US11767934B2 (en) | 2013-05-23 | 2023-09-26 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Internally welded pipes |
| US11458571B2 (en) | 2016-07-01 | 2022-10-04 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Systems and methods for use in welding pipe segments of a pipeline |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5593605A (en) | Internal laser welder for pipeline | |
| CA2222252C (en) | Arc and laser welding process for pipeline | |
| CA2546586C (en) | Orbital welding device for pipeline construction | |
| EP0300458B1 (en) | Laser beam welding method for an inner cicumferential surface of a tube | |
| US5444206A (en) | Structure of metal container having trunk pipe and branch pipe, and manufacturing method and apparatus therefor | |
| EP1772526B1 (en) | Device for improving residual stress of piping | |
| GB1500964A (en) | Apparatus for welding pipelines | |
| JPH04289500A (en) | Manufacture device with laser | |
| RU2116181C1 (en) | Laser system for routing pipelines | |
| US5182429A (en) | System and method for laser welding the inner surface of a tube | |
| RU2136468C1 (en) | Laser welding set for pipelines | |
| JP2656656B2 (en) | Laser processing device, alignment device used for the same, and processing head | |
| CN111496432A (en) | Large-hole-diameter steel plate concrete segment welding system | |
| RU2074799C1 (en) | Complex for continuous laser welding of pipelines | |
| RU2074798C1 (en) | Pipeline laser welding set | |
| US20230378710A1 (en) | System And Method For Manufacturing All-Fiber Side-Pump Combiners With Plurality of Pumps | |
| RU2070494C1 (en) | Pipeline laser welding installation | |
| SE439267B (en) | DEVICE TO CONTROL A WORK PIECE UNDER A FIXED TOOL | |
| RU2165344C2 (en) | Laser complex for welding pipelines | |
| RU193933U1 (en) | Laser head for welding inner circumferential seams of products | |
| RU2139780C1 (en) | Laser complex for main pipeline laying | |
| RU98113338A (en) | PIPELINE WELDING LASER COMPLEX | |
| CA2481805A1 (en) | Laser welder for pipeline | |
| RU2120366C1 (en) | Pipeline laying method and set | |
| RU97101824A (en) | PIPELINE LASER COMPLEX |