RU2640105C1 - Способ гибридной лазерно-дуговой сварки - Google Patents

Способ гибридной лазерно-дуговой сварки Download PDF

Info

Publication number
RU2640105C1
RU2640105C1 RU2017101357A RU2017101357A RU2640105C1 RU 2640105 C1 RU2640105 C1 RU 2640105C1 RU 2017101357 A RU2017101357 A RU 2017101357A RU 2017101357 A RU2017101357 A RU 2017101357A RU 2640105 C1 RU2640105 C1 RU 2640105C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
arc
wires
filler material
welding
Prior art date
Application number
RU2017101357A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Игоревич Романцов
Михаил Александрович Федоров
Антон Александрович Черняев
Александр Олегович Котлов
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ")
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 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") filed Critical Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ")
Priority to RU2017101357A priority Critical patent/RU2640105C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2640105C1 publication Critical patent/RU2640105C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/346Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
    • B23K26/348Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K28/00Welding or cutting not covered by any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
    • B23K28/02Combined welding or cutting procedures or apparatus
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K33/00Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки. Формируют сварочную ванну одновременно электрической дугой и лазерным лучом путем расплавления металла присадочного материала в защитной среде, состоящей из инертного и активного компонентов. В качестве инертного компонента используют аргон. Присадочный материал используют в виде двух расходуемых проволок диаметром до 1,6 мм, которые вместе с защитной средой подают из одного сопла. Заполнение наружной части разделки кромок осуществляют путем одновременного плавления проволок заданного объема с формированием наружного валика. Изобретение позволяет повысить производительность процесса лазерно-гибридной сварки, уменьшить дефекты формируемого шва, а также повысить его механические свойства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области сварки, в частности к гибридной лазерно-дуговой сварке, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в частности при изготовлении труб большого диаметра.
Из уровня техники известен способ гибридно-дуговой сварки, включающий выполнение разделки с притуплением свариваемых кромок, проведение гибридной лазерно-дуговой сварки совместным действием лазерного излучения и сварочной дуги с подачей электродной проволоки, при этом предварительно определяют ширину зазора стыка, скорость подачи проволоки, которую подают под углом 60-70° к направлению сварки, в процессе сварки отслеживают ширину зазора стыка и корректируют скорость подачи проволоки (заявка №2009148799 на изобретение «Способ сварки, контроля и управления гибридным лазерно-дуговым процессом обработки материалов стыковых сварных соединений», дата подачи 28.12.2009 г., дата публикации заявки 10.07.2011 г.).
Данный способ предусматривает холодную подачу присадочной проволоки, что значительно снижает эффективность и мощность лазерного излучения и влияет на глубину проплавления шва. Осуществление процесса связано со значительными энергетическими затратами. Кроме того, необходимо строгое соблюдение режимов сварки.
Известен способ гибридной лазерно-дуговой сварки, при котором сварку деталей осуществляют при одновременном воздействии лазерного луча и дуги в одну сварочную ванну в среде инертного газа, при этом лазерный луч и дуговую горелку наклоняют в противоположные стороны относительно нормали к поверхности свариваемых деталей, лазерный луч фокусируют над поверхностью свариваемых деталей впереди точки дугового разряда на заданном расстоянии от нее с пороговой плотностью мощности, необходимой для начала процесса сварки, а по ходу движения лазерный луч наклоняют вперед на угол 8-9°, при этом дуговую горелку располагают позади лазерного луча под углом 40-50°, а расстояние между центром пятна лазерного излучения и точкой дугового разряда поддерживают равным 0,1-0,2 диаметра электрода (патент №2572671 на изобретение «Способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом стыковых соединений из алюминиевых сплавов», дата подачи 04.09.2014 г., опубликовано 20.01.2016 г.).
Кроме того, известен способ плазменной сварки, осуществляемый с помощью сдвоенной горелки, содержащей, по меньшей мере, два узла противоположной полярности, поддерживаемые в корпусе, причем упомянутые узлы разнесены друг от друга и каждый из них содержит первый электрод, второй электрод, который приспособлен к разнесению от первого электрода на расстояние, достаточное для достижения плазменной дуги между ними в зоне обработки, средство для введения обволакивающего газа, чтобы он окружал плазменный газ, средство для подачи загружаемого материала в зону обработки и средство для генерации плазменной дуги в зоне обработки (заявка №2002129886 на изобретение «Устройство сдвоенной плазменной горелки», дата подачи 04.04.2001 г., дата публикации заявки 10.06.2004 г.).
В данном способе при проведении процесса не применяют лазер, что сказывается не только на глубине проплавления, качестве шва и, соответственно, на его механических свойствах.
Помимо этого известен способ лазерно-гибридной сварки двух пластин, наложенных друг на друга с применением двух подающих устройств, работающих не одновременно для горелок, которые расположены около точки действия лазерного луча, при этом в процессе сварки в зону сварочной ванны на близкое расстояние к точке действия лазерного луча в холодном виде без защитной среды сварочной ванны подается присадочный материал в виде проволоки, при этом оплавление проволоки осуществляется за счет излучения лазера, заполняя сварочную ванну (патентный документ JP №2011050998 «Hybrid laser arc welding process and apparatus»).
В известном техническом решении реализуется попытка исправления недостатков, которые могут возникнуть во время сварочного процесса, а именно при возникшей неисправности в подающем проволоку устройстве, что, в свою очередь, приведет к прекращению подачи присадочного материала в зону сварки и негативно отразится на качестве формируемого сварного шва и изделия в целом. Для устранения такой ситуации устанавливают запасное подающее устройство, а возле точки лазера устанавливают дополнительный мундштук с присадочным материалом, в случае возникновения неисправности в первом подающем устройстве с помощью блока управления осуществляется переключение на работу второго запасного подающего устройства.
Недостатки известного решения состоят в том, что присадочный материал подается в холодном виде и для его расплавления требуется использование энергии лазерного излучения, что снижает мощность этого излучения и негативно влияет на изменение глубины проплавления, уменьшая ее. Кроме того, за счет использования только одной проволоки снижает производительность процесса сварки.
Наиболее близким техническим решением является способ гибридно-дуговой сварки, осуществляемый с помощью электрической дуги и лазерного луча, сочетающихся друг с другом в единой сварочной ванне, в которую расплавленный металл подается посредством плавления расходуемой проволоки, сварочную ванну получают на, по меньшей мере, одной стальной детали, процесс ведут с защитным газом, образованным, по меньшей мере, одним основным компонентом, выбранным среди аргона и гелия, и, по меньшей мере, одним дополнительным компонентом, выбранным среди азота и кислорода (патент №2590759 на изобретение «Способ гибридной лазерно-дуговой сварки алитированных стальных деталей с газом, содержащим азот и/или кислород», дата подачи 05.05.2011 г., опубликовано 10.07.2016 г., заявка РСТ FR 20011/051015 (05.05.20011)).
Недостатки известного решения связаны с низкой производительностью из-за применения только одной горелки, а также тем, что предназначен только для свариваемых стык в стык деталей, покрытых поверхностным слоем сплава алюминия/кремния, и толщиной 2,3 мм, что ограничивает область его использования.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение производительности процесса лазерно-гибридной сварки, уменьшение дефектов формируемого шва, а также повышение его механических свойств.
Указанный технический результат достигается тем, что способ гибридной лазерно-дуговой сварки, характеризующийся формированием сварочной ванны одновременно с помощью электрической дуги и лазерного луча, подачей расплавленного металла посредством плавления расходуемой проволоки в защитной среде, содержащей инертный и активный компоненты, при этом в качестве инертного компонента используют аргон, а в качестве активного компонента используют двуокись углерода. Согласно изобретению подачу расплавленного металла осуществляют путем одновременного плавления двух расходуемых не одинаковых по химическому составу проволок выбираемые в зависимости от заданных требований по механическим свойствам изделия, направляемых вместе с защитной средой из одного сопла в одну сварочную ванну вместе с лазерным лучом. Заполнение наружной X или Y образной формы разделки кромок выполняют на заданный объем разделки с формированием наружного валика сварного шва.
Заявляемое изобретение поясняется чертежом.
На чертеже - схема осуществления гибридной лазерно-дуговой сварки, где
1 - лазерный луч; 2 - защитная среда; 3 - наружная разделка кромок; 4 - глубина разделки кромок; 5, 6 - наконечники для подачи расходуемой проволоки; 7 - сопло; 8, 9 - расходуемая проволока.
Осуществление способа подтверждается примером конкретного выполнения.
Предлагаемый к защите способ применяют для сварки деталей стык в стык, преимущественно труб большого диаметра с толщиной стенок до 45,0 мм.
В качестве расходной проволоки применяют проволоки диаметром до 1,6 мм.
Способ заключается в одновременном воздействии на внешнюю поверхность свариваемых деталей, например труб, лазерного луча и дуги в среде защитных газов, в качестве которых одновременно используют две расплавляемые проволоки, при этом обе проволоки и защитная среда выходят из одного сопла. Благодаря одновременному использованию двух расплавляемых проволок исключается такой вид операции, как наложение облицовочного шва с наружной стороны. При расплавлении присадочного материала, различного по химическому составу, где на каждую из проволок подаются малые токи - до 500 А, обеспечивается снижение погонной энергии и уменьшается зона термического влияния шва, что положительно влияет на механические свойства формируемого шва. Получаемая сдвоенная дуга образуется благодаря тому, что из одного сопла одновременно подаются защитная среда в виде смеси инертного и активного компонентов, например аргона и углекислого газа, и две расплавляемые проволоки, разные по своему химическому составу, где каждая из них расположена в отдельном наконечнике, служащем для подачи присадочного материала. Применение двух источников тепловой энергии в виде расплавляемых проволок одновременно с лазерным излучением позволяет значительно снизить затраты тепловой энергии, необходимые для расплавления проволок лазерным лучом, что, в свою очередь, обеспечивает увеличение глубины проплавления в случае больших толщин свариваемых деталей. Кроме того, эффект сдвоенной дуги, образующейся при одновременной подаче двух проволок из одного сопла, обеспечивает более длительное сохранение сварочной ванны в жидком состоянии, что способствует максимально полному выходу паров газа из глубины разделки и заполнению разделки кромок X и Y формы с формированием наружного валика.
При данном виде гибридной лазерно-дуговой сварки снижаются энергозатраты, снижается себестоимость продукции за счет снижения затрат на материалы, упрощается процесс изготовления и повышается скорость его проведения, а также повышаются качество и механические свойства сварного шва.

Claims (2)

1. Способ гибридной лазерно-дуговой сварки деталей, включающий заполнение разделки кромок деталей путем формирования сварочной ванны одновременно лазерным лучом и электрической дугой с расплавлением присадочного материала в защитном газе, состоящем из смеси инертного компонента аргона и активного компонента, отличающийся тем, что используют присадочный материал в виде двух расплавляемых проволок диаметром не более 1,6 мм, отличающихся по химическому составу, которые вместе с защитным газом подают из одного сопла с образованием сдвоенной дуги, при этом на каждую проволоку подают ток не выше 500 А, а заполнение разделки кромок осуществляют путем одновременного плавления проволок с формированием облицовочного валика.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве активного компонента используют углекислый газ.
RU2017101357A 2017-01-16 2017-01-16 Способ гибридной лазерно-дуговой сварки RU2640105C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017101357A RU2640105C1 (ru) 2017-01-16 2017-01-16 Способ гибридной лазерно-дуговой сварки

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017101357A RU2640105C1 (ru) 2017-01-16 2017-01-16 Способ гибридной лазерно-дуговой сварки

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2640105C1 true RU2640105C1 (ru) 2017-12-26

Family

ID=63857394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017101357A RU2640105C1 (ru) 2017-01-16 2017-01-16 Способ гибридной лазерно-дуговой сварки

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2640105C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108515268A (zh) * 2018-03-22 2018-09-11 温州大学 一种使用混合激光弧焊的焊接方法
RU2713186C1 (ru) * 2019-07-09 2020-02-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Способ пространственной стабилизации дуги
RU215341U1 (ru) * 2022-07-22 2022-12-08 Александр Сергеевич Лапшинов Закрытый грузовой контейнер

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4429211A (en) * 1982-08-02 1984-01-31 United Technologies Corporation Laser pipe welding system for nonstationary pipe
EA017579B1 (ru) * 2009-04-08 2013-01-30 Ф Унд М Дойчланд Гмбх Способ и устройство для соединения торцов труб из стали посредством орбитальной сварки по гибридной технологии
RU2572671C1 (ru) * 2014-09-04 2016-01-20 Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) Способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом стыковых соединений из алюминиевых сплавов
RU2578303C1 (ru) * 2014-10-09 2016-03-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) Способ лазерно-дуговой сварки вертикальных стыков толстолистовых стальных конструкций
RU2590759C2 (ru) * 2010-07-13 2016-07-10 Л'Эр Ликид, Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод Способ гибридной лазерно-дуговой сварки алитированных стальных деталей с газом, содержащим азот и/или кислород

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4429211A (en) * 1982-08-02 1984-01-31 United Technologies Corporation Laser pipe welding system for nonstationary pipe
EA017579B1 (ru) * 2009-04-08 2013-01-30 Ф Унд М Дойчланд Гмбх Способ и устройство для соединения торцов труб из стали посредством орбитальной сварки по гибридной технологии
RU2590759C2 (ru) * 2010-07-13 2016-07-10 Л'Эр Ликид, Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод Способ гибридной лазерно-дуговой сварки алитированных стальных деталей с газом, содержащим азот и/или кислород
RU2572671C1 (ru) * 2014-09-04 2016-01-20 Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) Способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом стыковых соединений из алюминиевых сплавов
RU2578303C1 (ru) * 2014-10-09 2016-03-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) Способ лазерно-дуговой сварки вертикальных стыков толстолистовых стальных конструкций

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108515268A (zh) * 2018-03-22 2018-09-11 温州大学 一种使用混合激光弧焊的焊接方法
RU2713186C1 (ru) * 2019-07-09 2020-02-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) Способ пространственной стабилизации дуги
RU215341U1 (ru) * 2022-07-22 2022-12-08 Александр Сергеевич Лапшинов Закрытый грузовой контейнер

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8884183B2 (en) Welding process and a welding arrangement
JP5873658B2 (ja) ハイブリッドレーザアーク溶接プロセス及び装置
US6469277B1 (en) Method and apparatus for hybrid welding under shielding gas
US20060289394A1 (en) TIG welding or braze welding with metal transfer via a liquid bridge
CN111515541B (zh) 厚板窄间隙激光-tig复合填丝焊接装置及方法
RU2572671C1 (ru) Способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом стыковых соединений из алюминиевых сплавов
EP2596896B1 (en) Welding system and process with a laser device, a GMAW device and a GTAW device
US20100012638A1 (en) TIG Braze-Welding With Metal Transfer In Drops At A Controlled Frequency
RU2440221C1 (ru) Способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминия и алюминиевых сплавов
CN104785931B (zh) 一种等离子-埋弧复合焊接系统及其焊接方法
Barroi et al. A novel approach for high deposition rate cladding with minimal dilution with an arc–laser process combination
RU2640105C1 (ru) Способ гибридной лазерно-дуговой сварки
RU2708715C1 (ru) Способ гибридной лазерно-дуговой наплавки изделия из металла
JP5416422B2 (ja) レーザ・アーク複合溶接法
US8853594B2 (en) Welding method and apparatus therefor
Eriksson et al. Guidelines in the choice of parameters for hybrid laser arc welding with fiber lasers
CN111515539B (zh) 一种环缝激光-tig复合焊接装置及使用方法
CN108838491B (zh) 一种用于窄间隙焊接的装置及焊接方法
RU2668625C1 (ru) Способ лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа стыкового соединения сформованной трубной заготовки
RU2713186C1 (ru) Способ пространственной стабилизации дуги
Al-Quenaei Fusion welding techniques
RU2815524C1 (ru) Способ плазменной сварки и наплавки
RU2815965C1 (ru) Способ плазменной наплавки и сварки комбинацией дуг
JP7560002B1 (ja) 狭開先ガスシールドアーク溶接方法
JP6522179B1 (ja) 溶接装置及びその溶接装置を用いた溶接方法