RU2578303C1 - Method of laser-arc welding of vertical joints of thick-sheet steel structures - Google Patents

Method of laser-arc welding of vertical joints of thick-sheet steel structures Download PDF

Info

Publication number
RU2578303C1
RU2578303C1 RU2014140891/02A RU2014140891A RU2578303C1 RU 2578303 C1 RU2578303 C1 RU 2578303C1 RU 2014140891/02 A RU2014140891/02 A RU 2014140891/02A RU 2014140891 A RU2014140891 A RU 2014140891A RU 2578303 C1 RU2578303 C1 RU 2578303C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
arc
arc welding
welding
blunting
Prior art date
Application number
RU2014140891/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ольга Яковлевна Андреева
Николай Александрович Афанасьев
Владимир Казимирович Букато
Валерий Михайлович Левшаков
Наталия Алексеевна Стешенкова
Глеб Андреевич Туричин
Игорь Александрович Цибульский
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ)
Priority to RU2014140891/02A priority Critical patent/RU2578303C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2578303C1 publication Critical patent/RU2578303C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to a method of laser-arc welding of thick-sheet steel structures and can be used in various industries. Hybrid laser-arc head is used. Arc burner is located in front of laser beam in the direction of its movement, grooving is made in X-shap, opening angle of which does not exceed 20° at each side, and nose ranges from 40 to 50% of the blank thickness. Node of X-shaped grooving is welded in one pass on all nose sections, when hybrid laser-arc welding head moves from top to bottom with the laser beam located perpendicular to the section of connection zone surface. Further filling at each side of grooving is made with transverse oscillations of laser-arc head.
EFFECT: high quality of welded joints due to increased strength, absence of lack of fusion and reduction of thermal influence zone size.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к стыковой сварке стальных толстолистовых конструкций в вертикальном положении и может быть использовано в различных отраслях промышленности.The invention relates to butt welding of steel plate structures in an upright position and can be used in various industries.
Известен способ лазерно-дуговой сварки стыков толстостенных сварных труб из сталей повышенной прочности по патенту РФ №2412032. Способ позволяет сваривать толстостенные трубы в горизонтальном положении, осуществляя сначала лазерно-дуговую сварку внешнего шва X-образной разделки плавящимся электродом в импульсно-периодическом режиме. После чего выполняют сварку внутреннего шва за один проход электрической дугой в защитном газе или под слоем флюса.A known method of laser-arc welding of joints of thick-walled welded pipes of high strength steels according to the patent of the Russian Federation No. 2412032. The method allows you to weld thick-walled pipes in a horizontal position, first performing laser-arc welding of the external seam of the X-shaped groove with a consumable electrode in a pulse-periodic mode. After that, the weld is welded in one pass with an electric arc in a shielding gas or under a flux layer.
Однако этот способ не может применяться для сварки изделий в вертикальном положении при изготовлении металлических конструкций, имеющих толщину 40 мм и более. Применяемая в этом способе X-образная разделка несимметричной формы имеет маленькое по глубине притупление и большой угол раскрытия разделки на внутреннем шве, для заполнения которой требуется много присадочного материала и длительное время.However, this method cannot be used for welding products in a vertical position in the manufacture of metal structures having a thickness of 40 mm or more. The X-shaped groove of an asymmetric shape used in this method has a small blunting depth and a large opening angle of the groove at the inner seam, which requires a lot of filler material and a long time to fill.
Известен способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминия и алюминиевых сплавов по патенту РФ №2440221, принятый за прототип. Согласно этому способу сварку деталей производят при одновременном воздействии лазерного луча и дуги в одну сварочную ванну в среде инертного газа. При сварке дуговую горелку располагают перед лазерным лучом по ходу его движения и направляют сварочную проволоку в точку пересечения лазерного луча с поверхностью свариваемых деталей, при этом лазерный луч наклоняют на 10-20°, а дуговую горелку - на 30-40° в противоположные стороны относительно нормали к поверхности свариваемых деталей. Однако этим способом нельзя сваривать толстостенные детали при вертикальном расположении свариваемого стыка, т.к. из-за высокой мощности лазерного излучения и дуги в металл в единицу времени происходит образование большой массы расплавленного металла, что приведет к стеканию сварочной ванны при вертикальном расположении сварочного шва.A known method of laser-arc welding with a consumable electrode of aluminum and aluminum alloys according to the patent of the Russian Federation No. 2440221, adopted as a prototype. According to this method, welding of parts is carried out under the simultaneous action of a laser beam and an arc in a single weld pool in an inert gas environment. When welding, the arc torch is placed in front of the laser beam in the direction of its movement and the welding wire is directed to the point of intersection of the laser beam with the surface of the parts being welded, while the laser beam is tilted by 10-20 °, and the arc torch is 30-40 ° in opposite directions relative to normal to the surface of the welded parts. However, this method cannot be used to weld thick-walled parts with a vertical arrangement of the welded joint, because due to the high power of laser radiation and the arc into the metal per unit time, a large mass of molten metal is formed, which will lead to runoff of the weld pool with a vertical location of the weld.
Задачей настоящего изобретения является создание способа сварки толстолистовых конструкций при вертикальном расположении свариваемых стыков.The objective of the present invention is to provide a method for welding plate structures with a vertical arrangement of welded joints.
Техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, является уменьшение размеров зоны термического влияния и оптимизация формы разделки.The technical result that provides the solution to this problem is to reduce the size of the heat-affected zone and optimize the shape of the cut.
Согласно заявляемому способу лазерно-дуговой сварки вертикальных стыков толстолистовых стальных конструкций сварку стыковых соединений производят плавящимся электродом в среде защитных газов с предварительной X-образной разделкой толстолистовых стальных заготовок. Дуговую горелку располагают перед лазерным лучом по ходу его движения и сварку ведут при одновременном воздействии лазерного луча и дуги в одну сварочную ванну. Свариваемые сварные соединения имеют увеличенное притупление, составляющее от 40 до 50% от их толщины, угол раскрытия разделки не более 20° с каждой стороны X-образной разделки. Сварка кромок корневого прохода и последующее заполнение разделки с каждой стороны производится при движении лазерно-дуговой сварочной головки сверху вниз, при этом лазерный луч перпендикулярен участку поверхности зоны соединения, причем сварка притупления X-образной разделки производится за один проход на все сечение притупления, а заполнение разделки осуществляется с поперечными колебаниями лазерно-дуговой головки.According to the claimed method of laser-arc welding of vertical joints of plate steel structures, welding of butt joints is carried out by a consumable electrode in a protective gas medium with preliminary X-shaped cutting of plate steel billets. An arc torch is placed in front of the laser beam in the direction of its movement and welding is carried out with the simultaneous action of the laser beam and the arc in one weld pool. The welded welded joints have an increased blunting, ranging from 40 to 50% of their thickness, the opening angle of the groove is not more than 20 ° on each side of the X-shaped groove. Welding of the edges of the root passage and subsequent filling of the grooves on each side is performed when the laser-arc welding head moves from top to bottom, while the laser beam is perpendicular to the surface area of the connection zone, and the blunting of the X-shaped grooving is performed in one pass over the entire blunting section, and filling cutting is carried out with transverse vibrations of the laser-arc head.
При сварке сверху вниз и расположении дуговой горелки перед лазерным лучом последний формирует в жидком металле сварочной ванны узкий глубокий парогазовый канал, способствующий глубокому проплавлению свариваемого металла, а столб дуги оказывает силовое воздействие на сварочную ванну и таким образом удерживает ее от выливания. Сварка вертикально расположенных стыков толстолистовых стальных конструкций позволяет изготавливать крупногабаритные объемные конструкции, сварка которых в нижнем положении затруднительна или невозможна, например обечайки прочного корпуса подводных лодок.When welding from top to bottom and the location of the arc torch in front of the laser beam, the latter forms a narrow deep vapor-gas channel in the molten metal of the weld pool, which contributes to the deep penetration of the metal being welded, and the column of the arc exerts a force on the weld pool and thus prevents it from pouring out. Welding vertically located joints of plate steel structures makes it possible to produce large-sized three-dimensional structures, welding of which in the lower position is difficult or impossible, for example, shells of a strong submarine hull.
При использовании X-образной разделки с небольшим углом ее раскрытия, составляющим не более 20° с каждой стороны, и притуплению, увеличенному до 40-50% от толщины изделия, для получения готового сварного соединения требуется меньшее количество проходов, что повышает производительность сварки в 2-3 раза. На заполнение разделки расходуется меньше наплавочного металла, благодаря чему достигается существенная экономия на сварочных материалах.When using an X-shaped groove with a small opening angle of no more than 20 ° on each side and a blunting increased to 40-50% of the product thickness, fewer passes are required to obtain a finished welded joint, which increases welding productivity by 2 -3 times. Less filler metal is spent on filling the grooves, which results in significant savings on welding consumables.
Заполнение разделки с поперечными колебаниями лазерно-дуговой головки обеспечивает изготовление с высокой скоростью сварного соединения с требуемыми геометрическими и прочностными характеристиками.Filling the groove with transverse vibrations of the laser-arc head ensures the manufacture of a high-speed welded joint with the required geometric and strength characteristics.
Кроме того, высокое качество сварных соединений обеспечивается за счет повышения прочности, отсутствия несплавлений и уменьшения размеров зоны термического влияния, а экономичность - за счет уменьшения количества наплавленного металла и исключения необходимости ремонта некачественных сварных соединений.In addition, the high quality of welded joints is ensured by increasing strength, the absence of fusion and reducing the size of the heat-affected zone, and the economy — by reducing the amount of deposited metal and eliminating the need for repair of poor-quality welded joints.
Сущность изобретения поясняется рисунком (фиг. 1), на котором изображена X-образная разделка стыковых соединений толстолистовых стальных заготовок, где S - толщина заготовки, b - величина зазора между свариваемыми заготовками, d - величина притупления, α - угол разделки.The invention is illustrated by the figure (Fig. 1), which shows an X-shaped groove of the butt joints of plate steel billets, where S is the thickness of the billet, b is the gap between the welded billets, d is the amount of blunting, α is the angle of cutting.
В качестве присадочного материала используется сплошная или металлопорошковая проволока, химический состав которой обеспечивает требуемый химический состав металла шва.A solid or metal-cored wire is used as the filler material, the chemical composition of which provides the required chemical composition of the weld metal.
Способ опробован на сварке вертикальных стыков из стали Е36 толщиной S=48 мм. Была выполнена X-образная разделка, где α=15°, d=20 мм. Зазор между свариваемыми кромками b=(1,0÷1,5) мм (фиг. 1).The method was tested on the welding of vertical joints of E36 steel with a thickness of S = 48 mm. An X-shaped cutting was performed, where α = 15 °, d = 20 mm. The gap between the welded edges b = (1,0 ÷ 1,5) mm (Fig. 1).
Лазерно-дуговую сварку проводили на волоконном лазере ЛС-25 с оптическим волокном диаметром 400 мкм при средней мощности лазерного излучения 15 кВт и с использованием дугового сварочного источника питания Jackle InnoMIG 500, со средними значениями сварочного тока IСВ=410 А и напряжения UСВ=23,7 В.Laser-arc welding was performed on a LS-25 fiber laser with an optical fiber with a diameter of 400 μm with an average laser radiation power of 15 kW and using an arc welding power source Jackle InnoMIG 500, with average values of the welding current I CB = 410 A and voltage U CB = 23.7 V.
В качестве плавящегося электрода использовали сплошную проволоку ОК Autrod 12.51 диаметром 1,2 мм, при скорости подачи проволоки 15,5 м/мин, скорости сварки 1,4 м/мин, защитном газе с составом: 5% CO2+95% Ar. Получили сварной шов глубиной 20 мм.OK Autrod 12.51 solid wire with a diameter of 1.2 mm was used as a melting electrode, with a wire feed speed of 15.5 m / min, a welding speed of 1.4 m / min, and shielding gas with a composition of 5% CO 2 + 95% Ar. Got a weld with a depth of 20 mm.
Затем поочередно осуществляли автоматическую лазерно-дуговую сварку с поперечными колебаниями сварочной головки внутреннего и внешнего шва при скорости подачи проволоки 6 м/мин и скорости сварки 0,9 м/мин.Then, automatic laser-arc welding was performed alternately with transverse vibrations of the welding head of the inner and outer seam at a wire feed speed of 6 m / min and a welding speed of 0.9 m / min.

Claims (1)

  1. Способ лазерно-дуговой сварки толстолистовых стальных конструкций, включающий предварительное выполнение разделки кромок стыкового соединения с притуплением свариваемых кромок и одновременное воздействие лазерного луча и дуги плавящегося электрода в одну сварочную ванну в среде защитных газов, при этом используют гибридную лазерно-дуговую головку, в которой дуговая горелка расположена перед лазерным лучом по ходу его движения, отличающийся тем, что разделку кромок выполняют Х-образной формы, угол раскрытия которой не более 20° с каждой ее стороны, а притупление составляет от 40 до 50% от толщины заготовок, при этом сварку притупления Х-образной разделки выполняют за один проход на все сечение притупления, при движении гибридной лазерно-дуговой сварочной головки сверху вниз с расположением лазерного луча перпендикулярно участку поверхности зоны соединения, а последующее заполнение разделки с каждой ее стороны выполняют с поперечными колебаниями лазерно-дуговой головки. The method of laser-arc welding of plate steel structures, including the preliminary execution of the cutting of the edges of the butt joint with the blunting of the welded edges and the simultaneous action of the laser beam and the arc of the consumable electrode in one weld pool in a protective gas environment, using a hybrid laser-arc head, in which the arc the burner is located in front of the laser beam in the direction of its movement, characterized in that the cutting of the edges is X-shaped, the opening angle of which is not more than 20 ° each on its side, and the blunting is from 40 to 50% of the thickness of the workpieces, while the blunting of the X-shaped grooves is performed in one pass over the entire blunting cross section, when the hybrid laser-arc welding head moves downward with the laser beam perpendicular to the surface the connection zone, and the subsequent filling of the grooves on each side thereof is performed with transverse vibrations of the laser-arc head.
RU2014140891/02A 2014-10-09 2014-10-09 Method of laser-arc welding of vertical joints of thick-sheet steel structures RU2578303C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014140891/02A RU2578303C1 (en) 2014-10-09 2014-10-09 Method of laser-arc welding of vertical joints of thick-sheet steel structures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014140891/02A RU2578303C1 (en) 2014-10-09 2014-10-09 Method of laser-arc welding of vertical joints of thick-sheet steel structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2578303C1 true RU2578303C1 (en) 2016-03-27

Family

ID=55656588

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014140891/02A RU2578303C1 (en) 2014-10-09 2014-10-09 Method of laser-arc welding of vertical joints of thick-sheet steel structures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2578303C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2640105C1 (en) * 2017-01-16 2017-12-26 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of hybrid laser-arc welding
RU2660541C1 (en) * 2017-07-04 2018-07-06 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of laser-arc welding of the formulated pipe stock joint
RU2679858C1 (en) * 2018-02-19 2019-02-13 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of hybrid laser-arc welding of steel thick-walled structures
RU2713186C1 (en) * 2019-07-09 2020-02-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Method for spatial stabilization of arc

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2284252C2 (en) * 2004-11-01 2006-09-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Fusion welding method of butt joints of bimetal on base of layers of aluminum alloys and steel or titanium with use of one- or two-side seams
JP2007283363A (en) * 2006-04-17 2007-11-01 Nippon Steel Corp Method of manufacturing uoe steel pipe
JP2007283356A (en) * 2006-04-17 2007-11-01 Nippon Steel Corp Method of manufacturing uoe steel pipe
RU2414315C2 (en) * 2005-12-16 2011-03-20 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Method of tube production by resistance welding
RU2440221C1 (en) * 2010-09-23 2012-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Центр лазерных технологий" ООО "ЦЛТ" Method of arc laser welding of aluminium and its alloys by consumable electrode

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2284252C2 (en) * 2004-11-01 2006-09-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Fusion welding method of butt joints of bimetal on base of layers of aluminum alloys and steel or titanium with use of one- or two-side seams
RU2414315C2 (en) * 2005-12-16 2011-03-20 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Method of tube production by resistance welding
JP2007283363A (en) * 2006-04-17 2007-11-01 Nippon Steel Corp Method of manufacturing uoe steel pipe
JP2007283356A (en) * 2006-04-17 2007-11-01 Nippon Steel Corp Method of manufacturing uoe steel pipe
RU2440221C1 (en) * 2010-09-23 2012-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Центр лазерных технологий" ООО "ЦЛТ" Method of arc laser welding of aluminium and its alloys by consumable electrode

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2640105C1 (en) * 2017-01-16 2017-12-26 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of hybrid laser-arc welding
RU2660541C1 (en) * 2017-07-04 2018-07-06 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of laser-arc welding of the formulated pipe stock joint
RU2679858C1 (en) * 2018-02-19 2019-02-13 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of hybrid laser-arc welding of steel thick-walled structures
RU2713186C1 (en) * 2019-07-09 2020-02-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Method for spatial stabilization of arc

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2666579B1 (en) Hybrid laser arc welding process and apparatus
RU2578303C1 (en) Method of laser-arc welding of vertical joints of thick-sheet steel structures
US8253060B2 (en) Hybrid laser arc welding process and apparatus
US8729424B2 (en) Hybrid welding with multiple heat sources
US8253061B2 (en) Hybrid laser arc welding process and apparatus
US8546720B2 (en) Hybrid welding apparatus and system and method of welding
IN2014DN08109A (en)
US8890030B2 (en) Hybrid welding apparatuses, systems and methods
RU2660791C1 (en) LASER-ARC WELDING METHOD OF THE WORKPIECES BUTT JOINT OF CARBON STEEL WITH THE WALLS THICKNESS OF 10-45 mm
JP6155183B2 (en) Narrow groove laser welding method
EP2596896B1 (en) Welding system and process with a laser device, a GMAW device and a GTAW device
JP5954009B2 (en) Manufacturing method of welded steel pipe
RU2679858C1 (en) Method of hybrid laser-arc welding of steel thick-walled structures
EP2695694A1 (en) Method of welding of elements for the power industry, particulary of sealed wall panels of power boilers using MIG/MAG and laser welding
Unt et al. Influence of filler wire feed rate in laser-arc hybrid welding of T-butt joint in shipbuilding steel with different optical setups
RU2637035C1 (en) Method of hybrid arc augmented laser welding of pipe longitudinal seam
JP2009178761A (en) Penetration welding method of t type joint and penetration welding structure
Barroi et al. A novel approach for high deposition rate cladding with minimal dilution with an arc–laser process combination
US8853594B2 (en) Welding method and apparatus therefor
RU2668625C1 (en) Formulated pipe stock butt joint laser-arc welding with consumable electrode method in an atmosphere of shielding gas
JP6089323B2 (en) Laser welding method for differential thickness materials
Karhu et al. Defocusing techniques for multi-pass laser welding of austenitic stainless steel
Kuzmikova et al. Investigation into feasibility of hybrid laser-GMAW process for welding high strength quenched and tempered steel
RU2635679C1 (en) Method of laser-arc welding
US10981248B2 (en) Hybrid welding apparatuses, systems and methods for spatially offset components

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171010

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190522