RU2555701C1 - Method of laser-plasma welding of metals and device to this end - Google Patents
Method of laser-plasma welding of metals and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2555701C1 RU2555701C1 RU2013159145/02A RU2013159145A RU2555701C1 RU 2555701 C1 RU2555701 C1 RU 2555701C1 RU 2013159145/02 A RU2013159145/02 A RU 2013159145/02A RU 2013159145 A RU2013159145 A RU 2013159145A RU 2555701 C1 RU2555701 C1 RU 2555701C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- laser
- welding
- weld
- laser radiation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для сварки металлов, таких как сталь и алюминий, комбинированным лазерно-плазменным воздействием. Техническим результатом изобретения является интенсификация процесса сварки лазерным излучением и пониженная скорость остывания зоны сварного шва, что снижает возникающие продольные напряжения в металлах в зоне сварки и увеличивает прочность сварного шва. Для достижения технического результата на свариваемые изделия воздействуют комбинированным лазерно-плазменным потоком, при этом лазерное излучение подается через геометрический центр кольцевого плазмотрона. Устройство для лазерно-плазменной сварки содержит лазерный технологический комплекс, источник питания плазмотрона, автоматическую систему управления, наружный кольцевой электрод плазмотрона и внутренний кольцевой электрод плазмотрона, при этом лазерное излучение подается через геометрический центр наружного и внутреннего кольцевых электродов, расположенных в одной плоскости перпендикулярно плоскости кольцевых электродов.The invention relates to mechanical engineering and can be used for welding metals, such as steel and aluminum, by a combined laser-plasma action. The technical result of the invention is the intensification of the laser welding process and the reduced cooling rate of the weld zone, which reduces the longitudinal stresses arising in the metals in the welding zone and increases the strength of the weld. To achieve a technical result, the products to be welded are subjected to a combined laser-plasma flow, while the laser radiation is supplied through the geometric center of the annular plasma torch. The device for laser-plasma welding contains a laser technological complex, a power source for the plasma torch, an automatic control system, an external ring electrode of the plasma torch and an internal ring electrode of the plasma torch, while the laser radiation is supplied through the geometric center of the outer and inner ring electrodes located in one plane perpendicular to the plane of the ring electrodes.
Известен способ лазерно-плазменно дуговой двухсторонней гибридной сварки [5]. Изобретение относится к лазерно-плазменному дуговому двухстороннему гибридному методу сварки. При этом сварка лазерным излучением ведется с одной стороны свариваемых изделий, а плазменной дугой - с другой стороны. Недостатком такого метода является техническое решение, связанное с необходимостью подводить сваривающее оборудование с двух сторон сварного шва, что конструктивно усложняет оборудование и не позволяет с достаточной точностью позиционировать лазерное излучение относительно электрической дуги.A known method of laser-plasma arc double-sided hybrid welding [5]. The invention relates to a laser-plasma arc double-sided hybrid welding method. In this case, laser welding is carried out on one side of the welded products, and a plasma arc on the other side. The disadvantage of this method is the technical solution associated with the need to bring the welding equipment from both sides of the weld, which structurally complicates the equipment and does not allow to accurately position the laser radiation relative to the electric arc.
Известен способ гибридной микролучевой дуговой лазерной сварки [6]. Изобретение относится к гибридной микролучевой плазменно-дуговой/лазерной сварке, которое включает следующие стадии: фиксацию устройства микропучковой плазмы дуги и передатчика лазерного луча, с обеспечением движения заготовки с постоянной скоростью, и формированием режима микролучевой плазменной дуги. При этом при помощи микродуги происходит предварительное расплавление кромок сварного шва, а при помощи лазерного излучения дальнейшее сваривание изделий. Недостатком данного метода является невозможность контроля длины получаемой дуги, что обусловлено особенностями конструкции устройства, используемого для реализации способа, что приводит к различным значениям температурного поля в результате первоначального подогрева в зоне воздействия лазерного излучения и, как следствие, ведет к нестабильности коэффициента лазерного поглощения и глубины проплавления, а также невозможности точного позиционирования зоны воздействия электрической дуги относительно лазерного излучения, при этом следует отразить, что способ не позволяет сваривать изделия большой толщины.A known method of hybrid microbeam laser arc welding [6]. The invention relates to a hybrid microbeam plasma-arc / laser welding, which includes the following stages: fixing the microbeam plasma device of the arc and the laser beam transmitter, with the workpiece moving at a constant speed, and the formation of the microbeam plasma arc mode. At the same time, with the help of a microarc, the edges of the weld seam are pre-melted, and with the help of laser radiation, further welding of the products occurs. The disadvantage of this method is the inability to control the length of the obtained arc, which is due to the design features of the device used to implement the method, which leads to different values of the temperature field as a result of the initial heating in the zone of exposure to laser radiation and, as a result, leads to instability of the laser absorption coefficient and depth penetration, as well as the impossibility of accurately positioning the zone of influence of the electric arc relative to laser radiation, while eduet reflect that the process does not allow welding of very thick products.
Известен способ гибридной лазерно-плазменной сварки [7]. Изобретение относится к способу лазерно-плазменной гибридной сварки, в котором для сварки деталей лазерный луч и плазменная струя, генерация которой происходит за счет микроволн, сводятся вместе в области, близкой к обрабатываемой детали. Недостатком данного способа является расфокусировка лазерного луча при прохождении его через плазменный поток [1], что приводит к нестабильности получаемой плотности мощности излучения на поверхности свариваемых изделий и, как следствие, к нестабильности глубины проваривания сварного шва, что приводит к возникновению дефектов сварного шва.A known method of hybrid laser-plasma welding [7]. The invention relates to a method of laser-plasma hybrid welding, in which for welding parts a laser beam and a plasma jet, the generation of which occurs due to microwaves, are brought together in an area close to the workpiece. The disadvantage of this method is the defocusing of the laser beam when it passes through the plasma stream [1], which leads to instability of the obtained radiation power density on the surface of the welded products and, as a result, to instability of the weld penetration depth, which leads to the appearance of defects in the weld.
Известны гибридные способы сварки деталей при помощи электрической дуги и лазерного излучения [8, 9, 10]. В известных изобретениях совмещается лазерное излучение и электрическая дуга, при этом электрическая дуга действует непосредственно на свариваемые изделия. Недостатками данных способов является расфокусировка лазерного луча при прохождении его через плазменный поток [1] в результате конструктивных особенностей элементов конструкции устройств, с помощью которых реализуются известные способы. В целом это приводит к нестабильности получаемой плотности мощности излучения на поверхности свариваемых изделий и, как следствие, к нестабильности глубины проваривания сварного шва, что является причиной дефектов сварного шва. Кроме этого, наложение на вышеприведенный недостаток отсутствия возможности точного позиционирования зоны воздействия электрической дуги относительно лазерного пятна также способствует возникновению дефектов сварного шва.Known hybrid methods of welding parts using an electric arc and laser radiation [8, 9, 10]. In the known inventions, laser radiation and an electric arc are combined, while the electric arc acts directly on the welded products. The disadvantages of these methods is the defocusing of the laser beam when it passes through the plasma stream [1] as a result of the design features of the structural elements of the devices with which the known methods are implemented. In general, this leads to instability of the obtained radiation power density on the surface of the welded products and, as a result, to instability of the weld depth of the weld, which is the cause of defects in the weld. In addition, the imposition of the above disadvantage of the lack of the ability to accurately position the affected area of the electric arc relative to the laser spot also contributes to the occurrence of defects in the weld.
Известен способ непрерывной сварки встык при использовании плазмы и лазера и способ изготовления металлической трубы при использовании этого способа, выбранный заявителем в качестве прототипа как совпадающий по назначению и наибольшему количеству совпадающих признаков [11]. Указанное изобретение включает непрерывную подачу свариваемого изделия, свариваемые части которого обращены друг к другу и имеют толщину 0,1-0,2 мм, предварительный нагрев свариваемых частей плазмотроном и испускание лазерного луча на свариваемые части для сварки свариваемых частей, предварительно нагретых плазмотроном. Способ изготовления металлической трубы включает непрерывную подачу полосы листового металла, обработку листового металла с получением изделия круглого сечения, так чтобы оба его конца были обращены друг к другу, и лазерную сварку с предварительным подогревом плазмотроном. Применение упомянутого выше способа сварки встык и способа изготовления металлической трубы значительно ускоряет скорость сварки и увеличивает производительность изготовления металлической трубы.A known method of continuous butt welding using plasma and a laser and a method of manufacturing a metal pipe using this method, selected by the applicant as a prototype as coinciding in purpose and the largest number of matching features [11]. The specified invention includes the continuous supply of the welded product, the welded parts of which are facing each other and have a thickness of 0.1-0.2 mm, preheating the welded parts with a plasma torch and emitting a laser beam on the welded parts for welding the welded parts, preheated by a plasma torch. A method of manufacturing a metal pipe includes the continuous supply of a strip of sheet metal, processing sheet metal to obtain a circular product so that both ends are facing each other, and laser welding is preheated by a plasma torch. The use of the above-mentioned butt welding method and the method of manufacturing a metal pipe significantly accelerates the welding speed and increases the productivity of manufacturing a metal pipe.
Недостатком приведенного способа является раздельное позиционирование лазерного излучения и плазмы друг относительно друга, что значительно усложняет процесс сварки в целом и приводит к возникновению различного расстояния между плазменным потоком и лазерным излучением и, как следствие, различным тепловым полям в начальный момент в зоне сварки, а также возникновению высоких остаточных продольных напряжений в зоне сварного шва вследствие высокой скорости охлаждения материала [3], что приводит к недостаточному качеству сварного шва, в частности при производстве высокоответственных изделий авиа- и машиностроения, либо требует дополнительных непроизводительных трудозатрат для выполнения дополнительной термической обработки шва [2] с целью снижения продольных напряжений.The disadvantage of this method is the separate positioning of the laser radiation and the plasma relative to each other, which greatly complicates the welding process as a whole and leads to the appearance of different distances between the plasma flow and laser radiation and, as a result, different thermal fields at the initial moment in the welding zone, as well as the appearance of high residual longitudinal stresses in the weld zone due to the high cooling rate of the material [3], which leads to insufficient quality of the weld, in h It may be necessary for the production of highly responsible aircraft and machine-building products, or it requires additional unproductive labor costs to perform additional heat treatment of the weld [2] in order to reduce longitudinal stresses.
Основной целью заявленного технического решения является устранение недостатков приведенных аналогов, в том числе и прототипа, а именно, цель сводится к получению качественного сварного шва углеродистых сталей и алюминия с малыми остаточными продольными напряжениями в зоне сварного шва, кроме этого, при реализации заявленного технического решения автоматически обеспечивается как снижение коэффициента отражения лазерного излучения во время сварки металлов, так и снижение влияния плазменного потока на расфокусировку лазерного излучения и обеспечивается максимально точное позиционирование плазменного потока относительно лазерного излучения.The main objective of the claimed technical solution is to eliminate the shortcomings of the analogues, including the prototype, namely, the goal is to obtain a high-quality weld of carbon steel and aluminum with small residual longitudinal stresses in the weld zone, in addition, when implementing the claimed technical solution automatically it provides both a reduction in the reflection coefficient of laser radiation during metal welding and a decrease in the influence of the plasma flow on the defocusing of laser radiation Nia and provides the most accurate positioning of the plasma flow relative to the laser radiation.
Сущность заявленного технического решения заключается в том, что в способе лазерно-плазменной сварки металлов встык, включающем предварительный нагрев свариваемых деталей в зоне сварного шва плазменным потоком и подачу лазерного луча для сварки на стык свариваемых изделий, осуществляют дополнительный подогрев полученного сварного шва плазменным потоком, при этом плазменный поток создают кольцевой формы, а лазерное излучение подают через геометрический центр кольцевого плазменного потока на стык свариваемых изделий. Устройство для лазерно-плазменной сварки металлов встык, содержащее источник плазменного потока и источник лазерного излучения, при этом источник плазменного потока содержит внешний и внутренний кольцевые электроды для образования плазменного потока, установленные в одной плоскости с совмещением их геометрического центра в одной точке, а источник лазерного излучения выполнен с возможностью подачи лазерного излучения через упомянутый геометрический центр наружного и внутреннего кольцевых электродов.The essence of the claimed technical solution lies in the fact that in the method of laser-plasma welding of butt metals, including preheating the parts to be welded in the weld zone with a plasma stream and supplying a laser beam for welding at the joint of the welded products, additional heating of the resulting weld is carried out with a plasma stream, In this case, the plasma flow is created in a circular shape, and laser radiation is supplied through the geometric center of the circular plasma flow to the joint of the products being welded. A device for laser-plasma welding of butt metals, containing a source of plasma flow and a source of laser radiation, while the source of plasma flow contains an external and internal ring electrodes for forming a plasma flow, installed in the same plane with the combination of their geometric center at one point, and the laser source radiation is configured to supply laser radiation through the geometric center of the outer and inner ring electrodes.
Таким образом, физический смысл заявленного технического решения заключается в создании плазменного потока кольцевой формы, при этом лазерное излучение подается через геометрический центр данного потока на свариваемые изделия с возможностью повышения качества сварного шва и повышения его энергоэффективности.Thus, the physical meaning of the claimed technical solution is to create a plasma flow of a circular shape, while the laser radiation is supplied through the geometric center of the flow to the welded products with the possibility of improving the quality of the weld and increasing its energy efficiency.
Заявленное техническое решение поясняется следующими материалами.The claimed technical solution is illustrated by the following materials.
На чертеже изображены схема реализации способа и устройство для его реализации.The drawing shows a diagram of the implementation of the method and a device for its implementation.
Схема реализации способа и устройство для его осуществления содержат следующие признаки:The implementation scheme of the method and the device for its implementation contain the following features:
- лазерный технологический комплекс 1,- laser technological complex 1,
- источник питания плазмотрона 2,- power source plasmatron 2,
- автоматическую систему управления 3,- automatic control system 3,
- наружный кольцевой электрод плазмотрона 4,- the outer ring electrode of the plasma torch 4,
- внутренний кольцевой электрод плазмотрона 5,- the inner ring electrode of the plasma torch 5,
- лазерное излучение 6,- laser radiation 6,
- плазменный поток кольцевой формы 7,- plasma flow annular form 7,
- зона термического воздействия плазменного потока кольцевой формы 8,- heat-affected zone of the plasma flow of the annular form 8,
- металлические свариваемые изделия, расположенные встык 9 и 10,- metal welded products located end-to-end 9 and 10,
- сварной шов 11.- weld 11.
Как известно из проведенного заявителем выше анализа уровня техники при лазерной сварке металлов в сварном шве остаются большие остаточные продольные напряжения [2, 3]. Указанные недостатки возникают в основном вследствие высокой скорости охлаждения металла. Также известно, что в начальный момент взаимодействия лазерного излучения с металлами коэффициент отражения лазерного излучения имеет высокие значения [3], в том числе и при лазерной сварке, это объясняется относительно низкой исходной температурой металлов.As is known from the analysis of the prior art by the applicant above, in laser welding of metals in the weld, large residual longitudinal stresses remain [2, 3]. These disadvantages arise mainly due to the high cooling rate of the metal. It is also known that at the initial moment of interaction of laser radiation with metals, the reflection coefficient of laser radiation is high [3], including during laser welding, this is due to the relatively low initial temperature of the metals.
Коэффициент отражения лазерного излучения поверхностью твердого тела R, как известно из уровня техники, зависит от параметра лазерного излучения и иных показателей, а именно от удельной электропроводности метала, при этом считается, что электроны, обеспечивающие электропроводность, являются полностью свободными, таким образом имеется возможность рассчитать коэффициент отражения лазерного излучения поверхностью металла R, зная удельную электропроводность обрабатываемого металла σ и циклическую частоту лазерного излучения ω, по следующей формуле [4]:The reflection coefficient of laser radiation by the surface of a solid body R, as is known from the prior art, depends on the laser radiation parameter and other indicators, namely on the specific electrical conductivity of the metal, and it is believed that the electrons providing electrical conductivity are completely free, so it is possible to calculate reflection coefficient of laser radiation by the metal surface R, knowing the specific conductivity of the metal being machined σ and the cyclic frequency of laser radiation ω, along the trace formula [4]:
где ω - циклическая частота лазерного излучения;where ω is the cyclic frequency of laser radiation;
σ - удельная электропроводность обрабатываемого металла;σ is the electrical conductivity of the treated metal;
π - |число «пи» - отношение длины окружности к ее диаметру.π - | the number "pi" is the ratio of the circumference of a circle to its diameter.
Снижение коэффициента отражения лазерного излучения поверхностью твердого тела является важным фактором для повышения качества сварки в целом и снижения ее энергоемкости.Reducing the reflection coefficient of laser radiation by a solid surface is an important factor for improving the quality of welding in general and reducing its energy intensity.
Для снижения коэффициента отражения лазерного излучения необходимо уменьшить проводимость поверхностного слоя, чего можно добиться повышением температуры металлов [3], а для снижения остаточных продольных напряжений в сварном шве необходимо обеспечить пониженную скорость остывания сварного шва.To reduce the reflection coefficient of laser radiation, it is necessary to reduce the conductivity of the surface layer, which can be achieved by increasing the temperature of metals [3], and to reduce the residual longitudinal stresses in the weld, it is necessary to provide a reduced cooling rate of the weld.
Наложение лазерного излучения на плазменный поток влечет за собой расфокусировку лазерного излучения [1], что приводит к повышенным требованиям к мощности лазерного источника, поэтому для обеспечения предварительного нагрева необходимо разделить источник плазмы и лазерного излучения, оставив их взаимосвязанными, для повышения точности позиционирования двух потоков друг относительно друга.The application of laser radiation to the plasma stream entails a defocusing of the laser radiation [1], which leads to increased requirements for the power of the laser source, therefore, to ensure preheating, it is necessary to separate the plasma source and the laser radiation, leaving them interconnected, to increase the accuracy of positioning of the two streams each relative to a friend.
Заявленный способ реализуется в следующей последовательности.The claimed method is implemented in the following sequence.
Металлические свариваемые изделия 9 и 10 располагают встык с образованием линии сварного шва. Лазерно-плазменный источник движется вдоль сварного шва 11 со скоростью v, определяемой автоматической системой управления 3. Между наружным кольцевым электродом 4 и внутренним кольцевым электродом 5 при помощи источника питания плазмотрона 2, регулируемым автоматической системой управления 3, зажигается электрическая дуга, движущаяся по наружному 4 и внутреннему 5 кольцевым электродам под действием электродинамических сил. Двигаясь, дуга разогревает газ, который подается по направлению к металлическим изделиям 9 и 10, проходящий между внутренним 5 и наружным 4 кольцевыми электродами, образуя плазменный поток кольцевой формы 7.The metal welded products 9 and 10 are butt-welded to form a weld line. A laser-plasma source moves along the weld 11 with a speed v determined by the automatic control system 3. Between the outer ring electrode 4 and the inner ring electrode 5, an electric arc moving along the outer 4 is ignited using the power source of the plasma torch 2 regulated by the automatic control system 3 and the inner 5 ring electrodes under the action of electrodynamic forces. Moving, the arc heats the gas, which is fed towards the metal products 9 and 10, passing between the inner 5 and outer 4 ring electrodes, forming a plasma stream of ring shape 7.
Передний фронт зоны термического воздействия плазменного потока кольцевой формы 7 подогревает свариваемые металлические изделия 9 и 10 до требуемой температуры в зоне сварного шва 11, даже в случае криволинейного сварного шва. Лазерное излучение 6 подается через геометрический центр наружного 4 и внутреннего 5 кольцевых электродов плазменного потока кольцевой формы 7 и в геометрический центр зоны термического воздействия плазменного потока кольцевой формы 8 перпендикулярно плоскости наружного 4 и внутреннего 5 кольцевых электродов. За счет предварительного подогрева плазменным потоком кольцевой формы 7 зоны сварного шва 11 коэффициент отражения лазерного излучения значительно снижается и таким образом для сварки требуется лазерный технологический комплекс 1 значительноменьшей мощности, который управляется при помощи автоматической системы управления 3. Таким образом, лазерным излучением производится процесс сварки металлических изделий 9 и 10 соответственно, далее полученный сварной шов 11 попадает в задний фронт зоны термического воздействия плазменного потока кольцевой формы 8 и, дополнительно подогреваясь, достигается пониженная скорость остывания зоны сварного шва 11 благодаря плазменному потоку кольцевой формы 7. Снижение скорости остывания сварного шва 11 уменьшает остаточные продольные напряжения и приводит к повышению качества сварного шва свариваемого изделия, даже в случае его криволинейности.The leading edge of the heat-affected zone of the plasma flow of the annular shape 7 heats the welded metal products 9 and 10 to the desired temperature in the zone of the weld 11, even in the case of a curved weld. Laser radiation 6 is supplied through the geometric center of the outer 4 and inner 5 ring electrodes of the plasma flow of the ring shape 7 and to the geometric center of the heat-affected zone of the plasma flow of the ring shape 8 perpendicular to the plane of the outer 4 and inner 5 ring electrodes. Due to the preliminary heating by the plasma flow of the annular shape 7 of the weld zone 11, the reflection coefficient of the laser radiation is significantly reduced and thus welding requires a laser technological complex 1 of significantly lower power, which is controlled by an automatic control system 3. Thus, the laser welding process is performed by metal products 9 and 10, respectively, then the resulting weld 11 falls into the trailing edge of the heat-affected zone of the plasma flow ring shape 8 and, additionally heating up, a reduced cooling rate of the weld zone 11 is achieved due to the plasma flow of the ring shape 7. A decrease in the cooling rate of the weld 11 reduces the residual longitudinal stresses and leads to an increase in the quality of the weld of the welded product, even in the case of curvature.
Устройство для лазерно-плазменной сварки содержит лазерный технологический комплекс 1, источник питания плазмотрона 2, автоматическую систему управления 3, наружный кольцевой электрод плазмотрона 4 и внутренний кольцевой электрод плазмотрона 5, установленные в одной плоскости, параллельной плоскости свариваемых металлических изделий 9 и 10, с совмещением геометрического центра наружного 4 и внутреннего 5 кольцевых электродов в одной точке, при этом лазерное излучение 6 подается через геометрический центр наружного 4 и внутреннего 5 кольцевых электродов перпендикулярно плоскости наружного 4 и внутреннего 5 кольцевых электродов в геометрический центр зоны термического воздействия плазменного потока кольцевой формы 8. Предлагаемое устройство позволяет получать плазменный поток кольцевой формы 7, который в автоматическом режиме подогревает свариваемые металлические изделия 9 и 10 перед лазерной сваркой, а после сварки обеспечивает пониженную скорость остывания зоны сварного шва 11 вне зависимости от криволинейности сварного шва.The device for laser-plasma welding contains a laser technological complex 1, a power source for the plasma torch 2, an automatic control system 3, an outer ring electrode of the plasma torch 4 and an inner ring electrode of the plasma torch 5, mounted in one plane parallel to the plane of the welded metal products 9 and 10, with the combination the geometric center of the outer 4 and inner 5 ring electrodes at one point, while the laser radiation 6 is supplied through the geometric center of the outer 4 and inner 5 ring electrodes perpendicular to the plane of the outer 4 and inner 5 ring electrodes to the geometric center of the heat-affected zone of the annular plasma flow 8. The proposed device allows to obtain a plasma flow of the annular shape 7, which automatically heats the welded metal products 9 and 10 before laser welding, and after welding provides a reduced cooling rate of the zone of the weld 11 regardless of the curvature of the weld.
Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна», предъявляемому к изобретениям, т.к. из исследованного уровня техники не выявлено совокупности признаков, представленных в заявленной формуле изобретения.The claimed technical solution meets the criterion of "novelty" presented to the invention, because from the investigated prior art is not revealed a combination of features presented in the claimed claims.
Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, т.к. из известного уровня техники не выявлены технические решения, обладающие признаками, идентичными заявленным признакам формулы предлагаемого изобретения, обеспечивающие реализацию заявленных целей. При этом следует отметить достаточную оригинальность заявленного технического решения вследствие того, что заявленная совокупность признаков обеспечивает постоянный предварительный уровень прогрева свариваемых деталей до нужной для данного металла температуры, их сварку и достаточно плавное охлаждение сварного шва, обеспечивающее, как следствие, повышение качества сварного шва за счет снижения продольных остаточных напряжений. Можно сделать также вывод о том, что заявленное техническое решение не является очевидным для специалистов, вследствие того, что оно (техническое решение) обеспечивает устранение приведенных заявителем в исследованном уровне техники существенных недостатков и препятствий как у аналогов, так и прототипа, существенно затрудняющих получение качественного сварного шва, например таких недостатков как сварной шов с высокими остаточными продольными напряжениями, влияние плазменного потока на расфокусировку лазерного излучения и невозможность точного позиционирования плазменного потока относительно лазерного излучения.The claimed technical solution meets the criterion of "inventive step" for inventions, because from the prior art not identified technical solutions that have features identical to the claimed features of the formula of the invention, ensuring the implementation of the stated goals. It should be noted that the claimed technical solution is sufficiently original due to the fact that the claimed set of features provides a constant preliminary level of heating of the parts to be welded to the temperature necessary for the metal, their welding and sufficiently smooth cooling of the weld, which, as a result, improves the quality of the weld due to reduction of longitudinal residual stresses. We can also conclude that the claimed technical solution is not obvious to specialists, due to the fact that it (the technical solution) ensures the elimination of significant shortcomings and obstacles cited by the applicant in the studied prior art, both for analogues and prototype, which significantly complicate obtaining high-quality a weld, for example, such defects as a weld with high residual longitudinal stresses, the influence of the plasma flow on the defocusing of laser radiation is impossible st precise positioning of the plasma stream relative to the laser radiation.
Заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, т.к. реализовано в условиях лаборатории высокоэффективных методов обработки материалов Набережночелнинского института (филиала) Казанского (Приволжского) Федерального Университета, с получением высококачественных сварных швов на примере различных материалов (углеродистая сталь, алюминий), получены показатели - снижение продольного напряжения, однородность и равномерность сварного шва.The claimed technical solution meets the criterion of "industrial applicability" to the invention, because implemented in the laboratory of highly efficient methods of processing materials of the Naberezhnye Chelny Institute (branch) of the Kazan (Volga Region) Federal University, with the production of high-quality welds using various materials as examples (carbon steel, aluminum), indicators are obtained - reduction of longitudinal stress, uniformity and uniformity of the weld.
ЛитератураLiterature
1. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. - Физические процессы при лазерной обработке материалов.- М.: Энергоатомиздат, 1985. с.143-157.1. Vedenov A.A., Gladush G.G. - Physical processes during laser processing of materials. - M.: Energoatomizdat, 1985. p.143-157.
2. Кректулева Р.А., Черепанов О.И., Черепанов Р.О. Влияние разделки на формирование остаточных напряжений и деформаций в сварном соединении разнородных сталей // Сварочное производство №6, 2012 г.2. Krektuleva R.A., Cherepanov O.I., Cherepanov R.O. The influence of cutting on the formation of residual stresses and strains in the welded joint of dissimilar steels // Welding production No. 6, 2012
3. Гиригорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки: Учебн. Пособие для вузов / Под. ред. А.Г. Григорьянца - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. с.86.3. Girigoryants A.G., Shiganov I.N., Misyurov A.I. Technological processes of laser processing: Textbook. The allowance for universities / Under. ed. A.G. Grigoryants - M.: Publishing House of MSTU. N.E. Bauman, 2006.S. 86.
4. Исрафилов И.Х., Песошин В.А., Звездин В.В., Башмаков Д.А. Управление электростатическим полем глубиной лазерной закалки в металлах / Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева №2, 2010. с.47-49.4. Israfilov I.Kh., Pesoshin V.A., Zvezdin V.V., Bashmakov D.A. Control of electrostatic field by laser hardening depth in metals / Bulletin of KSTU named after A.N. Tupolev No. 2, 2010.p.47-49.
5. Пат. CN 102886612, B23K 28/02. Laser-plasma arc double-side hybrid welding method / Li Xunbo, Miao Yugang, Zeng Zhi; UNIV ELECTRONIC SCIENCE & TECH. - CN 20121357600; заявл. 24.09.2012; опубл. 23.01.2013.5. Pat. CN 102886612, B23K 28/02. Laser-plasma arc double-side hybrid welding method / Li Xunbo, Miao Yugang, Zeng Zhi; UNIV ELECTRONIC SCIENCE & TECH. - CN 20121357600; declared 09/24/2012; publ. 01/23/2013.
6. Пат. CN 101992354, B23K 10/02; B23K 26/04; B23K 28/02. Micro-beam plasma arc/laser hybrid welding method / Shanglei Yang, Renyuan Lu, Bin Luo, Junshan Lin, Lichun Meng, Sansan Ding, Wenbin Chen, Qinglin Lin; QINGDAO SIFANG LOCOMOTIVE AND ROLLING STOCK CO LTD CSR. - CN 20091165663; заявл. 14.08.2009; опубл. 30.03.2011.6. Pat. CN 101992354, B23K 10/02; B23K 26/04; B23K 28/02. Micro-beam plasma arc / laser hybrid welding method / Shanglei Yang, Renyuan Lu, Bin Luo, Junshan Lin, Lichun Meng, Sansan Ding, Wenbin Chen, Qinglin Lin; QINGDAO SIFANG LOCOMOTIVE AND ROLLING STOCK CO LTD CSR. - CN 20091165663; declared 08/14/2009; publ. 03/30/2011.
7. Пат. US 2005016970, B23K 10/02; B23K 26/00; B23K 26/14; B23K 26/20; B23K 28/02; H05H 1/30. Laser-plasma hybrid welding method / Bayer Erwin, Hoeschele Joerg, Steinwandel Juergen, Willneff Rainer; Bayer Erwin, Hoeschele Joerg, Steinwandel Juergen, Willneff Rainer, Daimlerchrysler Ag - US 20040484729; заявл. 16.09.2004; опубл. 27.01.2005.7. Pat. US2005016970, B23K 10/02; B23K 26/00; B23K 26/14; B23K 26/20; B23K 28/02; H05H 1/30. Laser-plasma hybrid welding method / Bayer Erwin, Hoeschele Joerg, Steinwandel Juergen, Willneff Rainer; Bayer Erwin, Hoeschele Joerg, Steinwandel Juergen, Willneff Rainer, Daimlerchrysler Ag - US20040484729; declared 09/16/2004; publ. 01/27/2005.
8. Пат. US 4167662, B23K 26/14; B23K 9/067; C21D 1/09. Methods and apparatus for cutting and welding / Steen William; NAT RES DEV. - US 19780890304; заявл. 27.03.1978; опубл. 11.09.1979.8. Pat. US 4,167,662, B23K 26/14; B23K 9/067; C21D 1/09. Methods and apparatus for cutting and welding / Steen William; NAT RES DEV. - US 19780890304; declared 03/27/1978; publ. 09/11/1979.
9. Пат. JP 2002113588, B23K 10/02; B23K 26/00; B23K 26/06; B23K 26/20. Machining equipment by composite laser/ас plasma / Sonoda Hirofiimi, Okuyama Kenji, Ifukuro Junichi; NIPPON STEEL WELDING PROD ENG. - JP 20000305219; заявл. 04.10.2000; опубл. 16.04.2002.9. Pat. JP 2002113588, B23K 10/02; B23K 26/00; B23K 26/06; B23K 26/20. Machining equipment by composite laser / ac plasma / Sonoda Hirofiimi, Okuyama Kenji, Ifukuro Junichi; NIPPON STEEL WELDING PROD ENG. - JP 20000305219; declared 10/04/2000; publ. 04/16/2002.
10. Пат. SU 1815085, B23K 26/00. Устройство для лазерно-дуговой обработки / Кыдыралиев С., Мамыркалиев Э.А., Кабаева Г.Д., Акимжанов А.З.; Бишкекский политехнический институт. - 4815986; заявл. 25.10.1989; опубл. 15.05.1993.10. Pat. SU 1815085, B23K 26/00. Device for laser-arc processing / Kydyraliev S., Mamyrkaliev E.A., Kabaeva G.D., Akimzhanov A.Z .; Bishkek Polytechnic Institute. - 4815986; declared 10/25/1989; publ. 05/15/1993.
11. Пат. RU 2356713, B23K 31/02; B23K 28/02; B23K 26/30. Способ непрерывной сварки встык при использовании плазмы и лазера и способ изготовления металлической трубы при использовании этого способа / ЛИ Санг-Хун, ВОН Йонг-Хи, КИМ Тае-Сеонг, ЛИ Тае-Джунг, БЫУН Юнг-Хун, НА Сук-Джо, ЙУН Сук-Хван, ХВАНГ Джае-Рыун; Эл Эс Кэйбл Лтд, Корея Адванст Инститьют оф Сайенс энд Текнолоджи. - 2006143343/02; заявл. 18.06.2004; опубл. 29.12.2005.11. Pat. RU 2356713, B23K 31/02; B23K 28/02; B23K 26/30. The method of continuous butt welding using plasma and a laser and the method of manufacturing a metal pipe using this method / LI Sang-Khun, VON Yong-Hi, KIM Tae-Seong, LI Tae-Jung, BYUN Yung-Hoon, NA Suk-Joe, YUN Suk-hwan, HWANG Jae-Ryun; Al Es Cable Co., Ltd. Korea Advance Institute of Science and Technology. - 2006143343/02; declared 06/18/2004; publ. 12/29/2005.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013159145/02A RU2555701C1 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Method of laser-plasma welding of metals and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013159145/02A RU2555701C1 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Method of laser-plasma welding of metals and device to this end |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2555701C1 true RU2555701C1 (en) | 2015-07-10 |
Family
ID=53538501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013159145/02A RU2555701C1 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Method of laser-plasma welding of metals and device to this end |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2555701C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109794678A (en) * | 2019-01-25 | 2019-05-24 | 闫羽 | A kind of laser welding process |
| CN112091429A (en) * | 2020-08-21 | 2020-12-18 | 广东省科学院中乌焊接研究所 | Aluminum alloy welding method |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2356713C2 (en) * | 2004-06-16 | 2009-05-27 | Эл Эс Кэйбл Лтд | Method of continuous butt-welding with plasma and laser, and method of producing pipes by proposed welding method |
-
2013
- 2013-12-30 RU RU2013159145/02A patent/RU2555701C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2356713C2 (en) * | 2004-06-16 | 2009-05-27 | Эл Эс Кэйбл Лтд | Method of continuous butt-welding with plasma and laser, and method of producing pipes by proposed welding method |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГРИГОРЬЯНЦ, "Технологические процессы лазерной обработки" МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109794678A (en) * | 2019-01-25 | 2019-05-24 | 闫羽 | A kind of laser welding process |
| CN109794678B (en) * | 2019-01-25 | 2020-12-04 | 涡阳县新源泡沫夹心板有限公司 | Laser welding process |
| CN112091429A (en) * | 2020-08-21 | 2020-12-18 | 广东省科学院中乌焊接研究所 | Aluminum alloy welding method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9683682B2 (en) | Methods and systems of joining pipes | |
| KR102093528B1 (en) | Method of and system for starting and using in combination a filler wire feed and arc generating source for welding | |
| RU2356713C2 (en) | Method of continuous butt-welding with plasma and laser, and method of producing pipes by proposed welding method | |
| US20130309000A1 (en) | Hybrid laser arc welding process and apparatus | |
| US20140263200A1 (en) | Apparatus and method for laser cleaning of coated materials prior to welding | |
| Emmelmann et al. | Development of plasma-laser-hybrid welding process | |
| CN104907696B (en) | A kind of laser-arc hybrid welding in industry method considering welding current value | |
| CN103252589A (en) | Laser-MAG (Metal-Active-Gas) compound welding method used for welding and splicing high-strength or ultrahigh-strength steel of thick plate | |
| RU2440221C1 (en) | Method of arc laser welding of aluminium and its alloys by consumable electrode | |
| CN105798462A (en) | Welding method utilizing laser-MAG compound heat source | |
| CN103831541A (en) | Laser and MIG electric arc compound welding method for high-strength steel butt joints | |
| RU2708715C1 (en) | Method for hybrid laser-arc surfacing of metal articles | |
| RU2555701C1 (en) | Method of laser-plasma welding of metals and device to this end | |
| CN107790886A (en) | Pulsed negative pressure formula laser enhancing KTIG and MIG composite welding apparatus and method | |
| MX2021010842A (en) | Method for the fusion welding of one or more steel sheets of press-hardenable steel. | |
| Yang et al. | The realization of no back chipping for thick plate welding | |
| Lala et al. | Study of hardness of the weld bead formed by partial hybrid welding by metal inert gas welding and submerged arc welding at three different heat inputs | |
| Khaskin | Development of laser welding of aluminium alloys at the EO Paton Electric Welding Institute | |
| RU2653396C1 (en) | Method of manufacturing the t-beam with laser beam | |
| CN104131154B (en) | A kind of tube-welding method for removing residual stress based on laser and pulsed magnetic | |
| RU2668625C1 (en) | Formulated pipe stock butt joint laser-arc welding with consumable electrode method in an atmosphere of shielding gas | |
| CN104646831B (en) | Hybrid welding apparatus, system, and method for spatially offset components | |
| RU2653744C1 (en) | Method of large thicknesses workpieces laser welding | |
| Irfan et al. | An experimental study on the effect of MIG welding parameters on the weldability of galvenize steel | |
| RU2618013C1 (en) | Method of laser welding of metal coatings |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161231 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20181219 |