RU2447980C2 - Способ лазерно-электрошлаковой сварки - Google Patents
Способ лазерно-электрошлаковой сварки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2447980C2 RU2447980C2 RU2010122762/02A RU2010122762A RU2447980C2 RU 2447980 C2 RU2447980 C2 RU 2447980C2 RU 2010122762/02 A RU2010122762/02 A RU 2010122762/02A RU 2010122762 A RU2010122762 A RU 2010122762A RU 2447980 C2 RU2447980 C2 RU 2447980C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- slag
- laser
- edges
- metal
- Prior art date
Links
Abstract
Способ относится к гибридному способу лазерной сварки, а именно к лазерно-электрошлаковой сварке, и может найти использование в машиностроении для производства сварных конструкций при большой толщине свариваемых кромок. Наводят шлаковую и металлическую ванны. Удерживают их в пространстве, ограниченном медными формирующими пластинами и свариваемыми кромками шва. Осуществляют нагрев шлака, присадочной проволоки или плавящегося пластинчатого электрода, металла шва и свариваемых кромок теплом, выделяющимся при прохождении электрического тока между электродом и металлом шва через расплавленный шлак. На поверхность шлаковой ванны подают лазерный луч с равномерной интенсивностью распределения мощности лазера по всей поверхности зеркала сварочной ванны с одновременным увеличением скорости подачи присадочной проволоки или плавящегося пластинчатого электрода. 1 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к технологии сварочного производства, и может быть использовано в процессе производства сварных конструкций при большой толщине свариваемых кромок.
Известна лазерная сварка, которая обеспечивает высокопроизводительный процесс соединения различных металлов толщиной от десятых долей миллиметра до десятков миллиметров в широком диапозоне режимов (Сварка. Резка. Контроль: Справочник. В 2-х томах / Под общ. ред. Н.П.Алешина, Г.Г.Чернышева. - М.: Машиностроение, 2004. Т.1, стр.420). Лазерная сварка применяется там, где необходимо обеспечить высокий уровень физико-механических свойств и точности исполнения сварного шва.
Однако этот способ не может применяться для сварки изделий, имеющих толщину 20 мм и более. Кроме того, современные способы лазерной сварки предусматривают ввод энергии лазерного луча через боковую поверхность свариваемых листов в зону стыкуемых (свариваемых) кромок, поэтому при сварке больших толщин необходимо вводить большую мощность лазерного луча с поверхности детали при большой концентрации энергии, что ведет к значительному перегреву металла и его испарению с образованием плазменного облака и глубокой газовой полости, что затрудняет формирование сплошного металла шва по всей толщине свариваемых деталей.
Для повышения эффективности лазерной сварки используется двухлучевая лазерная сварка, что позволяет доставить большую мощность на поверхность свариваемой пластины на два отдельных световых пятна. Указанная схема сварки при общей мощности 8 кВт позволяет сваривать толщины до 12 мм [Эффективность процесса двухлучевой лазерной сварки с глубоким проплавлением/ Григорьянц А.Г., Грезев А.Н., Родионов Н.Б., Родионова В.П., Грезев Н.В. (107076, г. Москва, Стромынский пер., 4) // Свароч. пр-во. - 2009. - №8. - С.20-27].
Известны гибридные способы сварки, где лазерное излучение и электрическая дуга действуют совместно на одну точку и физическая сущность такого действия отличается от действия каждого из составляющих процесса. Например, известна гибридная лазерно-дуговая сварка под флюсом. При этом способе присадочный металл в виде подаваемой проволоки расплавляется за счет относительно недорогой энергии сварочной дуги, в то время как применением дорогой высококачественной энергии лазерного луча достигается лишь увеличение глубины проплавления. Недостатком гибридной лазерно-дуговой сварки под флюсом является то, что флюс проваливается в образующийся парогазовый канал лазерного луча, при этом лазерное излучение поглощается флюсом, а не свариваемым материалом. Сварку стальных листов толщиной 38 мм проводят двухсторонней многопроходной гибридной лазерно-дуговой сваркой под флюсом с разделкой кромок [Гибридная лазерно-дуговая сварка под флюсом / Райзген У., Ольшок С. // Автомат. Сварка: Международный журнал. - 2009. - №4. - С.46-51].
Из анализа видно, что и гибридная лазерно-дуговая сварка под флюсом не позволяет выполнить сварное соединение при толщине 40 мм и более.
Для сварки металлических изделий большой толщины разработаны способы электрошлаковой сварки (ЭШС), которая выполняется в настоящее время по стандартизованным технологиям (ГОСТ 15164-78 Электрошлаковая сварка. Соединения сварные. Таблица 1). Стандарт предусматривает выполнение сварных соединений из сталей толщиной от 30 до 800 мм за один проход. ЭШС при этом требует создания зазора между свариваемыми кромками 25 мм и более, что ведет к необходимости расплавления большого количества присадочного металла в виде сварочной проволоки или плавящегося мундштука или пластины. Большая площадь поперечного сечения наплавляемого металла в связи с большим зазором в стыке ведет к малой скорости сварки. Общемашиностроительные нормативы времени на ЭШС предусматривают ведение сварочного процесса изделий толщиной, например, 70 мм со скоростью 1 м/час. Источником нагрева при ЭШС служит тепло, выделяющееся в ванне расплавленного шлака при прохождении через него электрического тока от плавящегося электрода к изделию. В результате расплавления сварочного флюса образуется шлаковая ванна, глубина которой, как правило, сохраняется постоянной. Сварочный ток проходит через шлаковую ванну между погруженными в нее электродами и металлической ванной, поддерживает высокую температуру и электропроводность шлака. Металлическая ванна, кристаллизуясь, образует сварной шов (Сварка. Резка. Контроль: Справочник. В 2-х томах / Под общ. ред. Н.П.Алешина, Г.Г.Чернышева. - М.: Машиностроение, 2004. Т.1, стр.133-151).
При таких скоростях ЭШС происходит медленное охлаждение металла шва и околошовной зоны (ОШЗ) в интервале температур, при которых происходят фазовые превращения. Микроструктура металла шва и ОШЗ стальных изделий имеет грубую структуру с большим размером зерна в связи со склонностью сталей к росту зерна при длительной выдержке при высоких температурах (Сварка. Резка. Контроль: Справочник. В 2-х томах / Под общ. ред. Н.П.Алешина, Г.Г.Чернышева. - М.: Машиностроение, 2004. Т.1, стр.150-151).
Известен способ электрошлаковой сварки, при котором используют пластинчатый электрод и для легирования металла шва в сварочной ванне расплавляют дополнительный присадочный материал (А.с. №1817392, МКИ В23К 25/00).
Наиболее близким является способ электрошлаковой сварки, включающий наведение, удержание шлаковой и металлической ванн, последняя из которых в виде присадочного материала, в пространстве, ограниченном приспособлением и кромками разделки шва свариваемых деталей. Нагрев свариваемых деталей и присадочного материала осуществляют изнутри разделки шва тепловой энергией индуктора, погруженного в расплав присадочного материала (патент №2103133, МКИ В23К 25/00).
Недостатком полученных сварных соединений являются относительно низкие показатели пластичности металла шва и ударной вязкости в ОШЗ, непосредственно примыкающей к линии сплавления. Поэтому после ЭШС проводится высокотемпературная термическая обработка (нормализация или закалка с отпуском) для релаксации объемных остаточных сварочных напряжений и улучшения механических свойств металла сварного соединения.
Для повышения производительности за счет увеличения скорости сварки при одновременном повышении механических свойств сварного шва предлагается способ лазерно-электрошлаковой сварки, включающий наведение шлаковой и сварочной ванн, удержание их в пространстве, ограниченном медными формирующими пластинами и свариваемыми кромками шва с нагревом шлака, присадочной проволоки или плавящегося пластинчатого электрода, металла шва и свариваемых кромок теплом, выделяющимся при прохождении электрического тока между электродом и металлом шва через расплавленный шлак, на поверхность шлаковой ванны осуществляют подачу лазерного луча с равномерной интенсивностью распределения мощности лазера по всей поверхности шлаковой ванны с одновременным увеличением скорости подачи присадочной проволоки или плавящегося пластинчатого электрода.
Дополнительная энергия лазерного луча повышает температуру шлаковой ванны, ускоряет прогрев свариваемых кромок, увеличивается скорость оплавления электродной проволоки или плавящегося пластинчатого электрода, значит, увеличивается скорость подъема сварочной ванны и уменьшается время пребывания металла шва и ОШЗ при высоких температурах, при этом уменьшается прирост размеров зерна, что приведет к повышению механических свойств металла шва и ОШЗ. Введение энергии лазера в электрошлаковый процесс повышает температуру не только шлаковой ванны, но и прогревает лазерным лучом свариваемые кромки, исключая дефект несплавления по кромкам при недостаточной температуре шлаковой ванны, кроме того, лазерный луч, направленный на сварочную проволоку или на пластинчатый электрод, подогревает присадочный металл, что дополнительно увеличивает количество расплавляемого металла в единицу времени.
На фиг.1 представлена схема лазерно-электрошлаковой сварки, где наведенная шлаковая ванна 1 и ванна расплавленного металла 2 удерживаются в пространстве между медными водоохлаждаемыми формирующими пластинами 3 и свариваемыми кромками 4, проволока 5, через которую проходит сварочный ток от источника питания ЭШС 6 с подачей лазерного луча 7 через оптическую фокусирующую головку 8 по световоду 9 от генератора лазерного излучения 10.
Способ осуществляется следующим образом.
Произведена лазерно-электрошлаковая сварка стыкового соединения пластин из стали 16ГС толщиной 50 мм при вертикальном расположении стыка с зазором 25 мм. Свариваемые кромки прямые без скоса собраны в нижней части со стартовым стальным карманом для жидкого старта. В верхней части стыка установлены крепежные скобы. Стык со стороны установки А-535 уплотняли медным водоохлаждаемым ползуном, с другой стороны стыка закрепляли между скобами медную водоохлаждаемую пластину. Электрошлаковую сварку выполняли проволокой диаметром 3 мм марки Св-10НЮ с флюсом АН-8. Предварительно расплавленный флюс заливался в стартовый карман, в котором находилась электродная проволока. Первоначально устанавливалась скорость подачи проволоки Vпп=200 м/ч при силе тока Iсв = 600 А и при напряжении Uсв=38-40 В. Источник питания ЭШС - сварочный трансформатор ТШС-3000-3. С началом процесса ЭШС добавлялся флюс для достижения глубины шлаковой ванны 50 мм, далее с выходом на стабильный бездуговой процесс ЭШС подавался лазерный луч от генератора излучения с выходной мощностью 4 кВт лазерной установки Fanuc C4000 фирмы Messer Gutting Welding AG с фокусным расстоянием 400 мм, углом расхождения луча 13° и размером фокусного (рабочего пятна) 50×20 мм. С подачей лазерного луча скорость подачи проволоки увеличивали до 300 м/ч затем увеличили до 400 м/ч при этом сила тока уменьшилась до 500 А при напряжении 37 В. Результирующая скорость сварки составляла Vсв≈1,6 м/ч.
При использовании обычной ЭШС при Vпп=200 м/ч при силе тока Iсв=600 А и при напряжении Uсв=38-40 В скорость сварки составляет Vсв=1,1 м/ч.
Применение комбинированного способа лазерно-электрошлаковой сварки на указанных режимах ведет к увеличению скорости сварки на 45%.
Металл шва, сваренный лазерно-электрошлаковой сваркой при испытании на ударную вязкость при температуре испытания минус 20°С, имел ударную вязкость αн=30 Дж/см2.
Металл шва, сваренный электрошлаковой сваркой при испытании на ударную вязкость при температуре испытания минус 20°С, показал ударную вязкость не выше αн=18 Дж/см2.
Claims (1)
- Способ лазерно-электрошлаковой сварки, включающий наведение шлаковой и сварочной ванн, удержание их в пространстве, ограниченном медными формирующими пластинами и свариваемыми кромками шва, с нагревом шлака, присадочной проволоки или плавящегося пластинчатого электрода, металла шва и свариваемых кромок теплом, выделяющимся при прохождении электрического тока между электродом и металлом шва через расплавленный шлак, подачу лазерного луча на поверхность шлаковой ванны с равномерной интенсивностью распределения мощности лазера по всей поверхности шлаковой ванны с одновременным увеличением скорости подачи присадочной проволоки или плавящегося пластинчатого электрода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010122762/02A RU2447980C2 (ru) | 2010-06-03 | 2010-06-03 | Способ лазерно-электрошлаковой сварки |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010122762/02A RU2447980C2 (ru) | 2010-06-03 | 2010-06-03 | Способ лазерно-электрошлаковой сварки |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010122762A RU2010122762A (ru) | 2011-12-10 |
RU2447980C2 true RU2447980C2 (ru) | 2012-04-20 |
Family
ID=45405249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010122762/02A RU2447980C2 (ru) | 2010-06-03 | 2010-06-03 | Способ лазерно-электрошлаковой сварки |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2447980C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140209571A1 (en) * | 2013-01-31 | 2014-07-31 | Gerald J. Bruck | Hybrid laser plus submerged arc or electroslag cladding of superalloys |
RU2621095C2 (ru) * | 2013-01-31 | 2017-05-31 | Сименс Энерджи, Инк. | Обработка материалов через оптически прозрачный шлак |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2093329C1 (ru) * | 1993-04-07 | 1997-10-20 | Владимир Харлампиевич Забаровский | Способ электрошлаковой наплавки и устройство для его осуществления |
RU2103133C1 (ru) * | 1993-06-08 | 1998-01-27 | Владимир Харлампиевич Забаровский | Способ электрошлаковой сварки швов в нижнем положении и устройство для его осуществления |
DE102007006688A1 (de) * | 2007-02-10 | 2008-08-14 | Eisenbau Krämer mbH | Schweißverfahren |
-
2010
- 2010-06-03 RU RU2010122762/02A patent/RU2447980C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2093329C1 (ru) * | 1993-04-07 | 1997-10-20 | Владимир Харлампиевич Забаровский | Способ электрошлаковой наплавки и устройство для его осуществления |
RU2103133C1 (ru) * | 1993-06-08 | 1998-01-27 | Владимир Харлампиевич Забаровский | Способ электрошлаковой сварки швов в нижнем положении и устройство для его осуществления |
DE102007006688A1 (de) * | 2007-02-10 | 2008-08-14 | Eisenbau Krämer mbH | Schweißverfahren |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГРИГОРЬЯНЦ А.Г. и др. Технологические процессы лазерной обработки. - М.: МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2006, с.428-434. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140209571A1 (en) * | 2013-01-31 | 2014-07-31 | Gerald J. Bruck | Hybrid laser plus submerged arc or electroslag cladding of superalloys |
US9272363B2 (en) * | 2013-01-31 | 2016-03-01 | Siemens Energy, Inc. | Hybrid laser plus submerged arc or electroslag cladding of superalloys |
RU2621095C2 (ru) * | 2013-01-31 | 2017-05-31 | Сименс Энерджи, Инк. | Обработка материалов через оптически прозрачный шлак |
US9770781B2 (en) | 2013-01-31 | 2017-09-26 | Siemens Energy, Inc. | Material processing through optically transmissive slag |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010122762A (ru) | 2011-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8884183B2 (en) | Welding process and a welding arrangement | |
US8253060B2 (en) | Hybrid laser arc welding process and apparatus | |
Meng et al. | Microstructures and mechanical properties of laser-arc hybrid welded dissimilar pure copper to stainless steel | |
CN111515541B (zh) | 厚板窄间隙激光-tig复合填丝焊接装置及方法 | |
CN104907696B (zh) | 一种考虑焊接电流值的激光-电弧复合焊接方法 | |
RU2572671C1 (ru) | Способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом стыковых соединений из алюминиевых сплавов | |
WO2022262788A1 (zh) | 一种窄间隙激光-tig电弧复合焊接装置及焊接方法 | |
Qin et al. | Microstructures and properties of welded joint of aluminum alloy to galvanized steel by Nd: YAG laser+ MIG arc hybrid brazing-fusion welding | |
CN102161134A (zh) | 变极性方波钨极氩弧和激光复合焊接方法 | |
CN101992354A (zh) | 微束等离子弧和激光复合焊接方法 | |
CN110238528B (zh) | 一种法向送丝的激光-热丝tig复合焊接方法 | |
CN101733564A (zh) | 超高强度钢的激光-电弧复合热源高速焊接方法 | |
Pardal et al. | Dissimilar metal laser spot joining of steel to aluminium in conduction mode | |
RU2440221C1 (ru) | Способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминия и алюминиевых сплавов | |
JP2010172911A (ja) | 低温用鋼板の溶接方法 | |
JP2014018804A (ja) | 片側溶接方法 | |
CN106624366A (zh) | 一种双激光—双丝旁路电弧复合的焊接方法 | |
CN105798462A (zh) | 一种利用激光-mag复合热源的焊接方法 | |
JP5812527B2 (ja) | ホットワイヤレーザ溶接方法と装置 | |
CN104999167A (zh) | 厚钢板立缝焊接的方法 | |
CN111673283B (zh) | 一种铝合金厚板多层激光-tig复合焊接装置及方法 | |
CN103433630A (zh) | 一种脉动送丝激光-电弧复合点焊方法 | |
RU2578303C1 (ru) | Способ лазерно-дуговой сварки вертикальных стыков толстолистовых стальных конструкций | |
RU2447980C2 (ru) | Способ лазерно-электрошлаковой сварки | |
CN102848086A (zh) | 提高超高强度钢激光-电弧复合焊接头强度韧性的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120604 |