RU2660540C1 - Welding method of the formed tubular piece with induction heating - Google Patents
Welding method of the formed tubular piece with induction heating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2660540C1 RU2660540C1 RU2017123670A RU2017123670A RU2660540C1 RU 2660540 C1 RU2660540 C1 RU 2660540C1 RU 2017123670 A RU2017123670 A RU 2017123670A RU 2017123670 A RU2017123670 A RU 2017123670A RU 2660540 C1 RU2660540 C1 RU 2660540C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- welded
- temperature
- weld
- laser beam
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/346—Working 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
- B23K26/348—Working 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
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, к технологическим процессам, а именно: к лазерно-дуговой сварке плавящимся электродом в среде защитного газа, и может быть использовано при создании интегральных конструкций методом сварки стыковых соединений, в частности, для сварки сформованных трубных заготовок из углеродистой стали большого диаметра от 530 до 1420 мм с толщиной стенок от 8 до 45 мм.The invention relates to mechanical engineering, to technological processes, namely: to laser-arc welding with a consumable electrode in a shielding gas medium, and can be used to create integrated structures by welding butt joints, in particular, for welding molded large diameter carbon steel billets from 530 to 1420 mm with a wall thickness of 8 to 45 mm.
Процесс изготовления сформованных стальных труб посредством лазерно-дуговой сварки представляет собой технологию изготовления стальной трубы с помощью сварки продольных краев (кромок) открытой трубы воздействием или лазерного луча, или электрической дуги, или совместным воздействием лазерного луча и электрической дуги. При этом одной из основной проблем является качество сварного шва, особенно при сварке труб большого диаметра с толщиной стенки 8 мм и выше.The process of manufacturing molded steel pipes by laser-arc welding is a technology for manufacturing a steel pipe by welding the longitudinal edges (edges) of an open pipe by either a laser beam or an electric arc, or by a combined action of a laser beam and an electric arc. In this case, one of the main problems is the quality of the weld, especially when welding pipes of large diameter with a wall thickness of 8 mm and above.
Известен комбинированный способ лазерной сварки (гибридный) в котором лазерный луч фокусируют на свариваемых кромках изделия, электрическую дугу формируют перед лучом лазера и, следовательно, она действует раньше лазерного луча, создавая общую с лазерным лучом сварочную ванну, на которую лазерный луч оказывает последующее воздействие и «проталкивает» расплавленный металл внутрь шва (патентный документ FR №2832337, В23K 26/14; В23K 28/02; В23K 101/18; В23K 26/08; В23K 9/173, опубл. 25.03.2003; патентный документ JP 2003205378, В23K 26/00; В23K 26/20; В23K 9/16; В23K 26/00; В23K 9/16, опубл. 22.07.2003).A combined laser welding (hybrid) method is known in which the laser beam is focused on the welded edges of the product, the electric arc is formed in front of the laser beam and, therefore, it acts before the laser beam, creating a weld pool common to the laser beam, on which the laser beam has a subsequent effect and “Pushes” molten metal into the seam (patent document FR No. 2832337, B23K 26/14; B23K 28/02; B23K 101/18; B23K 26/08; B23K 9/173, published March 25, 2003; patent document JP 2003205378, B23K 26/00; B23K 26/20; B23K 9/16; B23K 26/00; B23K 9/16, published July 22, 2003).
В известном способе гибридной сварки на качество шва отрицательно влияет неконтролируемый быстрый процесс остывания сварного шва.In the known hybrid welding method, the uncontrolled fast cooling process of the weld adversely affects the quality of the weld.
Высокая скорость охлаждения сварного шва приводит к образованию закалочных структур в металле шва, таких троостит и сорбит, которые имеют высокую твердость. Закалочные структуры приводят к снижению механических характеристик и росту хрупкости металла шва при низких температурах, что недопустимо в трубном производстве. Также из-за высокой скорости охлаждения газ, который оказался в расплавленном металле шва из-за перемешивания, действия гидродинамических сил и прочего, не успевает выйти из парогазового канала до застывания шва. Образуется протяженная газовая полость внутри шва, что является серьезным дефектом. В результате снижается качество шва.The high cooling rate of the weld leads to the formation of quenching structures in the weld metal, such troostite and sorbitol, which have high hardness. Quenching structures lead to a decrease in mechanical characteristics and an increase in the brittleness of the weld metal at low temperatures, which is unacceptable in pipe production. Also, due to the high cooling rate, the gas that was in the molten metal of the weld due to mixing, the action of hydrodynamic forces and other things does not have time to leave the gas-vapor channel before the weld hardens. An extended gas cavity is formed inside the seam, which is a serious defect. As a result, the quality of the seam is reduced.
При этом в известном способе лазерный луч и электрическая дуга сведены при сварке практически в одну точку. Во время сварки это неизбежно приведет к искривлению парогазового канала, что в процессе кристаллизации сварного шва затруднит выход сварочных газов из сварочной ванны и увеличит вероятность образования дефектов типа пор и шлаковых включений. Кроме того, поскольку формируемая тепловая энергия лазера и дуговой горелки направлена практически в одну точку, то сварочная ванна мала, процесс сварки нестабилен, металл от дуги разбрызгивается, подается в канал проплавления неравномерно, что также приводит к дефектам сварного шва в процессе его формирования. Высокая плотность сконцентрированной тепловой энергии дуги и луча лазера приводит к разбрызгиванию расплавленного металла и, следовательно, к снижению количества расплавленного металла в общей сварочной ванне.Moreover, in the known method, the laser beam and the electric arc are reduced during welding to almost one point. During welding, this will inevitably lead to a curvature of the vapor-gas channel, which during crystallization of the weld will hinder the exit of welding gases from the weld pool and increase the likelihood of formation of defects such as pores and slag inclusions. In addition, since the generated thermal energy of the laser and the arc torch is directed almost to one point, the weld pool is small, the welding process is unstable, metal from the arc is sprayed, it is fed unevenly into the penetration channel, which also leads to defects in the weld during its formation. The high density of the concentrated thermal energy of the arc and the laser beam leads to spatter of molten metal and, consequently, to a decrease in the amount of molten metal in the common weld pool.
Кроме того, близость дуги и луча лазера, которая создает высокую температуру, сконцентрированную в малом пространстве, способствует испарению металла присадки при его введении посредством дуги и уменьшает его количество в металле шва, что ухудшает физические свойства шва и снижает качество шва.In addition, the proximity of the arc and the laser beam, which creates a high temperature concentrated in a small space, contributes to the evaporation of the additive metal when it is introduced through the arc and reduces its amount in the weld metal, which affects the physical properties of the weld and reduces the quality of the weld.
В результате быстрое остывание сварочной ванны и потери присадочного материала при его введении в расплавленный металл шва при выполнении гибридной сварки приводят к образованию таких дефектов, таких как подрез, поднутрение или незаполнение сварного шва (или ослабление), что снижает прочность сваренного участка шва трубы.As a result, rapid cooling of the weld pool and loss of filler material when it is introduced into the molten weld metal during hybrid welding leads to the formation of defects such as undercutting, undercutting or underfilling of the weld (or weakening), which reduces the strength of the welded section of the pipe weld.
Частично эта проблема решена в способе, реализованном в устройстве для сварки, содержащем активное нагревательное устройство для нагрева обрабатываемой детали (патентный документ № US 2016228993 (A1), В23K 26/21; В23K 26/262; В23K 26/282; В23K 26/60 «Welding device comprising an active heating device for heating the workpiece»). Способ включает температурное воздействие на околошовную зону свариваемого участка трубы температурой 300-400°C посредством индукционного нагрева до и после выполнения сварки, при этом на свариваемую поверхность воздействуют лучом лазера, который фокусируют на свариваемые кромки трубной заготовки. Время предварительного нагрева составляет около 1-2 секунды. Время повторного нагрева составляет 5-10 секунд, в зависимости от материала.This problem is partially solved in a method implemented in a welding device containing an active heating device for heating the workpiece (patent document No. US 2016228993 (A1), B23K 26/21; B23K 26/262; B23K 26/282; B23K 26/60 “Welding device measuring an active heating device for heating the workpiece”). The method includes the temperature effect on the heat-affected zone of the pipe section being welded at a temperature of 300-400 ° C by induction heating before and after welding, and the laser beam is focused on the surface to be welded, which is focused on the welded edges of the tube billet. The pre-heating time is about 1-2 seconds. The reheat time is 5-10 seconds, depending on the material.
Предварительный подогрев снижает вероятность образования закалочных трещин. Повторный подогрев в известном способе выполняет функцию термообработки, в результате которой снимают внутренние напряжения в металле шва. В результате не требуется дополнительная термообработка после сварки трубы. При этом критерием получения требуемого эффекта от термообработки обработки является продолжительность температурного воздействия, которая фиксирована и которую получают опытным путем для конкретного материала. Однако, в известном способе температуру остывания уже сваренного шва поддерживают до температуры 300-400°С, что соответствует температуре окончательного образования верхнего бейнита (530-400°С), в то время как образование нижнего бейнита происходит до температуры 200-320°С. В результате при использовании известного способа в охлажденном металле готового шва в большей степени присутствует верхний бейнит, обладающий низкой пластичностью, придающий металлу шва хрупкость, что снижает качество шва.Preheating reduces the likelihood of hardening cracks. Reheating in the known method performs the function of heat treatment, as a result of which the internal stresses in the weld metal are removed. As a result, no additional heat treatment is required after welding the pipe. In this case, the criterion for obtaining the desired effect from the heat treatment of the treatment is the duration of the temperature effect, which is fixed and which is obtained experimentally for a particular material. However, in the known method, the cooling temperature of the already-welded joint is maintained to a temperature of 300-400 ° C, which corresponds to the temperature of the final formation of upper bainite (530-400 ° C), while the formation of lower bainite occurs to a temperature of 200-320 ° C. As a result, when using the known method, in the chilled metal of the finished joint, upper bainite is present to a greater degree, which has low ductility, which makes the weld metal brittle, which reduces the quality of the weld.
При этом лазерная сварка, в которой используется лазерный луч с высокой плотностью энергии, представляет собой процесс высокоскоростной сварки с маленькой зоной термического влияния. Это является предпосылкой к тому, что лазерный луч может пройти между свариваемыми кромками, что приведет к потере тепловой энергии и, как следствие, к образованию дефектов. Кроме того, при проведении лазерной сварки концентрируется тепловая энергия высокой плотности, что приводит к разбрызгиванию расплавленного металла шва и снижению количества расплавленного металла в сварочной ванне. В результате возникают дефекты сварки, такие как подрез, поднутрение или незаполнение сварного шва (или ослабление), что снижает прочность сваренного участка шва трубы.In this case, laser welding, which uses a laser beam with a high energy density, is a high-speed welding process with a small heat-affected zone. This is a prerequisite for the fact that the laser beam can pass between the welded edges, which will lead to the loss of thermal energy and, as a consequence, to the formation of defects. In addition, during laser welding, high-density thermal energy is concentrated, which leads to spraying of the molten weld metal and a decrease in the amount of molten metal in the weld pool. As a result, welding defects occur, such as undercutting, undercutting or underfilling of the weld (or loosening), which reduces the strength of the welded portion of the pipe weld.
Кроме того, лазерная сварка обладает достаточно жестким термическим циклом. Скорость нагрева в сварном шве характеризуется значением 1,4⋅104 град/с. Скорость нагрева в зоне термического влияния в интервале полиморфного превращения сталей может достигать 5⋅103 град/с, а скорость охлаждения 5⋅102 град/с. Особенно остро это проявляется при лазерной сварке труб большого диаметра с толщиной стенки 8 мм и выше. По причине высокой скорости охлаждения из-за малых размеров сварочной ванны расплавленный металл кристаллизуется раньше, чем успевает заполнить всю полость парогазового канала, что может привести к образованию полостей. Также высокая скорость охлаждения приводит к образованию закалочных структур в металле шва, таких троостит и сорбит, которые имеют высокую твердость более 300 HV10. Закалочные структуры приводят к снижению механических характеристик и росту хрупкости металла шва при низких температурах, что недопустимо в трубном производстве.In addition, laser welding has a fairly rigid thermal cycle. The heating rate in the weld is characterized by a value of 1.4⋅10 4 deg / s. The heating rate in the zone of thermal influence in the range of polymorphic transformation of steels can reach 5⋅10 3 deg / s, and the cooling rate of 5⋅10 2 deg / s. This is especially acute when laser welding large diameter pipes with a wall thickness of 8 mm and above. Due to the high cooling rate due to the small size of the weld pool, the molten metal crystallizes before it has time to fill the entire cavity of the vapor-gas channel, which can lead to the formation of cavities. Also, a high cooling rate leads to the formation of quenching structures in the weld metal, such troostite and sorbitol, which have a high hardness of more than 300 HV10. Quenching structures lead to a decrease in mechanical characteristics and an increase in the brittleness of the weld metal at low temperatures, which is unacceptable in pipe production.
Кроме того, возникающая при лазерной сварке плазма, температура которой может достигать нескольких десятков тысяч градусов по Цельсию, расплавляет проволоку присадки на некотором расстоянии от сварочной ванны, что приводит к 90-100% разбрызгиванию присадочного материала. Проволока очень интенсивно плавится и испаряется на поверхности детали. При высоких мощностях, используемых для сварки деталей большой толщины (8-45 мм), образование экранирующей плазмы еще более активизируется, что приводит к выплеску металла, затрудняет проникновение луча лазера, нарушает стабильность парогазового канала и, в результате, приводит к возникновению недопустимых дефектов, ухудшая качество шва.In addition, the plasma arising from laser welding, the temperature of which can reach several tens of thousands of degrees Celsius, melts the filler wire at a certain distance from the weld pool, which leads to 90-100% spatter of the filler material. The wire melts very intensively and evaporates on the surface of the part. At high powers used for welding parts of large thickness (8-45 mm), the formation of a shielding plasma is even more activated, which leads to a splash of metal, impedes the penetration of the laser beam, violates the stability of the vapor-gas channel and, as a result, leads to unacceptable defects, degrading seam quality.
Также частично проблема качества сварки труб большого диаметра с толщиной стенки 8 мм и выше решена в способе сварки стальных деталей с индукционным подогревом, описанном в патенте РФ №2549974, В23K 9/10, В23K 9/32, Н05В 6/10, опубл. 27.06.2014, патентообладатель ИЛЛИНОЙС ТУЛ ВОРКС ИНК. Выявленный способ является наиболее близким к заявляемому способу сварки сформованной трубной заготовки с индукционным подогревом. Известный способ включает температурное воздействие на околошовную зону свариваемого участка трубы посредством индукционного нагрева до и после выполнения сварки, при этом на свариваемую поверхность воздействуют дугой сварочной дуговой горелки. Нагревают обрабатываемой сваркой деталь до и после сварочной дуговой горелки до гомологической температуры равной 0,5-0,75. В соответствии с описанием известного способа гомологическая температура представляет собой отношение фактической температуры материала к температуре плавления материала, обе из которых выражены в абсолютных единицах температуры, т.е. металл до и после сварки нагревает до температуры, близкой к половине значения температуры плавления металла и выше.Also partially the quality problem of welding large diameter pipes with a wall thickness of 8 mm and higher is solved in the method of welding steel parts with induction heating, described in RF patent No. 2549974, B23K 9/10, B23K 9/32, Н05В 6/10, publ. 06/27/2014, patentee ILLINOIS TUL WORKS INC. The identified method is the closest to the claimed method of welding a molded tube billet with induction heating. The known method includes the temperature effect on the heat-affected zone of the section of the pipe being welded by induction heating before and after welding is performed, and the surface of the pipe being welded is exposed to an arc of a welding arc torch. The workpiece being heated is heated before and after the welding arc torch to a homologous temperature of 0.5-0.75. In accordance with the description of the known method, the homologous temperature is the ratio of the actual temperature of the material to the melting temperature of the material, both of which are expressed in absolute units of temperature, i.e. metal before and after welding heats to a temperature close to half the melting point of the metal and above.
В известном способе, как и в предыдущем, решается задача создания дополнительного тепла для сварки толстых изделий. Поскольку дуговая сварка проплавляет шов на 12-18% от его глубины, то для обеспечения однопроходной сварки посредством дуги в способе используют температуру предварительного подогрева, сравнимую с температурой плавления свариваемого метала, а именно - равную гомологической температуре 0,5-0,75, что функционально близко к индукционной сварке.In the known method, as in the previous one, the problem of creating additional heat for welding thick products is solved. Since arc welding melts the seam by 12-18% of its depth, to ensure single-pass welding by means of the arc, the method uses a preheating temperature comparable to the melting temperature of the metal being welded, namely, equal to a homological temperature of 0.5-0.75, which functionally close to induction welding.
Предварительный подогрев снижает вероятность образования закалочных трещин, что улучшает структуру будущего шва. В заявленном способе подогрев сваренного шва выполняет функцию термообработки, результатом которой является снижение внутренних напряжений в металле шва. Однако после прекращения термообработки сваренный шов остается под высокой температурой, как минимум, значение гомологической температуры составляет 0,5 (примерно половина значения температуры плавления сваренного металла). Поскольку после термообработки сваренный шов остывает на воздухе, то после окончания термообработки сваренный шов находится под жестким воздействием сформировавшегося термического цикла, так как скорость нагрева в зоне термического влияния в интервале полиморфного превращения сталей может достигать 5⋅103 град/с, а скорость охлаждения 5⋅102 град/с. Особенно остро это проявляется при сварке труб большого диаметра с толщиной стенки 8 мм и выше. Кроме того, по причине высокой скорости охлаждения расплавленный металл кристаллизуется раньше, чем успевает заполнить всю полость парогазового канала, что может привести к образованию полостей в металле шва. Также высокая скорость охлаждения приводит к образованию закалочных структур в металле шва, таких троостит и сорбит, которые имеют высокую твердость более 300 HV10. Закалочные структуры приводят к снижению механических характеристик и росту хрупкости металла шва при низких температурах, что недопустимо в трубном производстве.Preheating reduces the likelihood of hardening cracks, which improves the structure of the future weld. In the claimed method, the heating of the welded seam performs the function of heat treatment, the result of which is the reduction of internal stresses in the weld metal. However, after the termination of the heat treatment, the weld remains at a high temperature, at least the homological temperature is 0.5 (approximately half the melting temperature of the welded metal). Since, after heat treatment, the welded joint cools down in air, then after the end of heat treatment, the welded joint is under the severe influence of the formed thermal cycle, since the heating rate in the heat-affected zone in the interval of polymorphic transformation of steels can reach 5⋅10 3 deg / s, and the cooling rate is 5 ⋅10 2 deg / s. This is especially acute when welding pipes of large diameter with a wall thickness of 8 mm and above. In addition, due to the high cooling rate, the molten metal crystallizes before it has time to fill the entire cavity of the vapor-gas channel, which can lead to the formation of cavities in the weld metal. Also, a high cooling rate leads to the formation of quenching structures in the weld metal, such troostite and sorbitol, which have a high hardness of more than 300 HV10. Quenching structures lead to a decrease in mechanical characteristics and an increase in the brittleness of the weld metal at low temperatures, which is unacceptable in pipe production.
При этом, поскольку дуга проплавляет металл шва только на 12-18% от глубины шва, то в заявленном способе, несмотря на высокую температуру предварительного подогрева, это не позволяет выполнить легирование посредством присадки на всю глубину шва, что снижает качество шва, особенно при сварке труб с толщиной стенки от 8 мм и более.At the same time, since the arc melts the weld metal only by 12-18% of the weld depth, in the claimed method, despite the high preheating temperature, this does not allow alloying by adding to the entire weld depth, which reduces the quality of the weld, especially when welding pipes with a wall thickness of 8 mm or more.
Таким образом, из вышеизложенного следует, одной из основных проблем при сварке труб большого диаметра с толщиной стенки от 8 мм до 45 мм является качество сварного шва.Thus, from the foregoing, one of the main problems when welding large diameter pipes with wall thicknesses from 8 mm to 45 mm is the quality of the weld.
Существующую проблему решает заявленный способ сварки сформованной трубной заготовки с индукционным подогревом.The existing problem is solved by the claimed method of welding a molded tube billet with induction heating.
При осуществлении заявленного способа сварки сформованной трубной заготовки с индукционным подогревом достигается технический результат:When implementing the claimed method of welding a molded tube billet with induction heating, the technical result is achieved:
- возможность контролируемой кристаллизации металла сваренного шва, а именно: возможность контроля образования нижнего бейнита;- the possibility of controlled crystallization of the weld metal, namely: the ability to control the formation of lower bainite;
- снижение внутренних напряжений в металле шва за счет возможности уменьшения сварочной ванны и выполнения термообработки сваренного шва;- reduction of internal stresses in the weld metal due to the possibility of reducing the weld pool and performing heat treatment of the weld;
- проварка на всю глубину шва;- welding through the entire depth of the seam;
- обеспечение глубокого легирования шва, за счет сокращения потерь легирующего материала при его внесении в металл шва;- providing deep alloying of the seam, by reducing the loss of alloying material when it is introduced into the weld metal;
- улучшение дегазации сварочной ванны, что позволяет минимизировать или исключить полностью риск образования таких дефектов как кристаллизационные трещины и поры.- improving the degassing of the weld pool, which minimizes or eliminates completely the risk of the formation of defects such as crystallization cracks and pores.
Сущность заявленного изобретения заключается в том, что в способе сварки сформованной трубной заготовки с индукционным подогревом, включающем температурное воздействие на околошовную зону свариваемого участка трубы посредством индукционного нагрева до и после выполнения сварки; воздействие на свариваемую поверхность электрической дугой с плавящимся электродом, новым является то, что до выполнения сварки оказывают температурное воздействие на околошовную зону свариваемого участка трубы посредством индукционного нагрева его до температуры 200-350°С, после чего температурное воздействие прекращают и на нагретую свариваемую поверхность воздействуют электрической дугой с плавящимся электродом и лазерным лучом, которые взаимодействуют с образованием общей сварочной ванны, при этом лазерный луч фокусируют на свариваемые кромки трубной заготовки после сварочной дуговой горелки, кроме того, расстояние между центром сфокусированного пятна лазерного луча и точкой дугового контакта сварочной горелки составляет 10-15 мм, при этом лазерный луч наклоняют в сторону направления движения свариваемых кромок на угол 20-25° относительно нормали к поверхности свариваемых кромок, а сварочную дуговую горелку наклоняют в сторону, противоположную направлению движения свариваемых кромок на угол 30-35° относительно нормали к поверхности свариваемых кромок, причем в процессе сварки подают защитный газ в зоне электрода горелки в одном направлении с электродом сварочной дуговой горелки, кроме того, при выполнении дуговой сварки электрод сварочной дуговой горелки подключают к плюсу источника питания, а трубную заготовку в зоне сварки посредством токопроводящей щетки подключают к минусу источника питания, после выполнения сварки повторно оказывают температурное воздействие на околошовную зону сваренного участка трубы посредством индукционного нагрева до температуры 200-350°С, при этом температуру индукционного нагрева поддерживают в этих пределах до тех пор, пока температура сварного шва не сравняется с вышеуказанной температурой околошовной зоны, после чего индукционный нагрев прекращают.The essence of the claimed invention lies in the fact that in the method of welding a molded tube billet with induction heating, including the temperature effect on the heat-affected zone of the welded pipe section by induction heating before and after welding; the effect on the surface being welded by an electric arc with a consumable electrode is new, that prior to welding, they exert a temperature effect on the heat-affected zone of the pipe section being welded by induction heating it to a temperature of 200-350 ° C, after which the temperature effect is stopped and the heated surface being welded is an electric arc with a consumable electrode and a laser beam, which interact with the formation of a common weld pool, while the laser beam is focused on the weld the curved edges of the tube billet after the welding arc torch, in addition, the distance between the center of the focused spot of the laser beam and the arc contact point of the welding torch is 10-15 mm, while the laser beam is tilted in the direction of movement of the welded edges at an angle of 20-25 ° relative to the normal to the surface of the welded edges, and the welding arc torch is tilted in the direction opposite to the direction of movement of the welded edges at an angle of 30-35 ° relative to the normal to the surface of the welded edges, and in During the welding process, shielding gas is supplied in the area of the torch electrode in the same direction as the electrode of the welding arc torch; in addition, when performing arc welding, the electrode of the welding arc torch is connected to the plus of the power source, and the pipe billet in the welding zone is connected to the minus of the power source by means of a conductive brush, after welding, they again have a temperature effect on the heat-affected zone of the welded pipe section by induction heating to a temperature of 200-350 ° C, while the temperature of the inductor The batch heating is maintained within these limits until the temperature of the weld is equal to the above temperature of the heat-affected zone, after which the induction heating is stopped.
Технический результат достигается следующим образом. Существенные признаки заявленного изобретения: «Способ сварки сформованной трубной заготовки с индукционным подогревом, включающий температурное воздействие на околошовную зону свариваемого участка трубы посредством индукционного нагрева до и после выполнения сварки; воздействие на свариваемую поверхность электрической дугой с плавящимся электродом…» - являются неотъмлемой частью заявленного способа и обеспечивают его осуществимость и, следовательно, обеспечивают достижение заявленного технического результата.The technical result is achieved as follows. Salient features of the claimed invention: “A method of welding a molded tube billet with induction heating, including the temperature effect on the heat-affected zone of the welded pipe section by induction heating before and after welding; the impact on the surface to be welded by an electric arc with a consumable electrode ... "- are an integral part of the claimed method and ensure its feasibility and, therefore, ensure the achievement of the claimed technical result.
Высокая скорость охлаждения сварного шва при сварке толстостенных конструкция может привести к образованию нежелательных закалочных структур. Снижение вероятности проявления этого дефекта сварки можно добиться путем использования индукционного нагрева свариваемого металла. В заявленном изобретении используют температурное воздействие на околошовную зону свариваемого участка трубы посредством индукционного нагрева до и после выполнения сварки. Для возможности осуществления качественной дуговой сварки для минимизации влияния индукционных токов на сварочную дугу, дуговую сварку выполняют на обратной полярности, а именно: при выполнении дуговой сварки электрод сварочной дуговой горелки подключают к плюсу источника питания, а трубную заготовку в зоне сварки посредством токопроводящей щетки подключают к минусу источника питания. Выполнение предлагаемого подключения обеспечивает работоспособность заявленного способа, а, следовательно, обеспечивает достижение заявленного технического результата.The high cooling rate of the weld when welding thick-walled structures can lead to the formation of undesirable quenching structures. Reducing the likelihood of this welding defect can be achieved by using induction heating of the welded metal. In the claimed invention use the temperature effect on the heat-affected zone of the welded pipe section by induction heating before and after welding. To enable high-quality arc welding to minimize the effect of induction currents on the welding arc, arc welding is performed on the reverse polarity, namely: when performing arc welding, the electrode of the welding arc torch is connected to the plus of the power source, and the tube billet in the welding zone is connected to the welding brush by minus the power source. The implementation of the proposed connection ensures the efficiency of the claimed method, and, therefore, ensures the achievement of the claimed technical result.
В заявленном способе на свариваемую поверхность воздействуют электрической дугой с плавящимся электродом и лазерным лучом, которые взаимодействуют с образованием общей сварочной ванны, при этом лазерный луч фокусируют на свариваемые кромки трубной заготовки после сварочной дуговой горелки. Предварительный индукционный подогрев металла перед сварочной дугой снижает вероятность образования закалочных трещин, что улучшает структуру будущего шва. Кроме того, использование предварительного подогрева металла перед сварочной горелкой позволяет минимизировать размер сварочной ванны, формируемой дугой, что, в свою очередь позволяет снизить время охлаждения сваренного шва, а следовательно, снизить внутренние напряжения в будущем сваренном шве. Поскольку электрическую дугу формируют перед лучом лазера, то дуга расплавляет металл свариваемых кромок трубы, а лазерный луч оказывает последующее тепловое воздействие на расплавленный металл и «проталкивает» расплавленный металл внутрь шва, обеспечивая проварку шва на всю глубину, что улучшает качество шва.In the claimed method, the surface to be welded is exposed to an electric arc with a consumable electrode and a laser beam, which interact with the formation of a common weld pool, while the laser beam is focused on the welded edges of the tube billet after the welding arc torch. Preliminary induction heating of the metal in front of the welding arc reduces the likelihood of hardening cracks, which improves the structure of the future weld. In addition, the use of metal preheating in front of the welding torch minimizes the size of the weld pool formed by the arc, which, in turn, allows to reduce the cooling time of the welded seam and, consequently, to reduce internal stresses in the future welded seam. Since an electric arc is formed in front of the laser beam, the arc melts the metal of the welded pipe edges, and the laser beam exerts a subsequent thermal effect on the molten metal and “pushes” the molten metal into the seam, providing weld penetration to the entire depth, which improves the quality of the seam.
Как отмечалось выше, лазерная сварка, в которой используют лазерный луч с высокой плотностью энергии, представляет собой процесс высокоскоростной сварки с локализованной зоной термического влияния. Возникающая при лазерной сварке, плазма, температура которой может достигать нескольких десятков тысяч градусов по Цельсию, расплавляет проволоку присадки на некотором расстоянии от сварочной ванны, что приводит к 90-100% разбрызгиванию присадочного материала. Проволока очень интенсивно плавится и испаряется на поверхности детали. При высоких мощностях, используемых для сварки деталей большой толщины (8-45 мм) образование экранирующей плазмы еще более активизируется, что приводит к выплеску металла, затрудняет проникновение луча лазера, нарушает стабильность парогазового канала и, в результате, приводит к возникновению недопустимых дефектов, таких как внутренние поры, трещины, ухудшая качество шва.As noted above, laser welding using a laser beam with a high energy density is a high-speed welding process with a localized heat-affected zone. The plasma arising during laser welding, the temperature of which can reach several tens of thousands of degrees Celsius, melts the filler wire at a certain distance from the weld pool, which leads to 90-100% spatter of the filler material. The wire melts very intensively and evaporates on the surface of the part. At high powers used for welding parts of large thickness (8-45 mm), the formation of a shielding plasma is even more activated, which leads to a splash of metal, impedes the penetration of the laser beam, violates the stability of the vapor-gas channel and, as a result, leads to unacceptable defects such like internal pores, cracks, worsening the quality of the seam.
Кроме того, в классическом варианте выполнения гибридной сварки лазерный луч и электрическая дуга при сварке практически сведены в одну точку, что неизбежно приводит к искривлению парогазового канала и в процессе кристаллизации сварного шва затрудняет выход сварочных газов из сварочной ванны, увеличивает вероятность образования дефектов типа пор и шлаковых включений. Кроме того, поскольку формируемая тепловая энергия лазера и дуговой горелки направлена практически в одну точку, то сварочная ванна мала, процесс сварки нестабилен, металл от дуги, а следовательно, металл присадки, разбрызгивается, что приводит к снижению количества расплавленного металла в общей сварочной ванне, к неравномерной подаче в канал проплавления и, в результате, приводит к дефектам сварного шва в процессе его формирования и снижает качество готового шва.In addition, in the classic hybrid welding embodiment, the laser beam and the electric arc during welding are practically brought to one point, which inevitably leads to a curvature of the vapor-gas channel and, during the crystallization of the weld, makes it difficult for the welding gases to exit the weld pool, increases the likelihood of formation of pore type defects and slag inclusions. In addition, since the generated thermal energy of the laser and the arc torch is directed almost to one point, the weld pool is small, the welding process is unstable, the metal from the arc, and therefore the additive metal, is sprayed, which leads to a decrease in the amount of molten metal in the common weld pool, uneven supply to the penetration channel and, as a result, leads to defects in the weld in the process of its formation and reduces the quality of the finished weld.
Использование в заявленном способе предварительного подогрева металла перед сварочной горелкой позволило отодвинуть луч лазера от дуги на 10-15 мм, что практически устранило разбрызгивание металла сварочной ванны из-за воздействия лазерного луча, что улучшило условия для внесения присадочного материала. Кроме того, в заявленном способе разбрызгивание металла сварочной ванны снижается за счет заявленного совокупного пространственного позиционирования лазерного луча и сварочной дуговой горелки. Как показал опыт, предлагаемое расстояние между центром сфокусированного пятна лазерного излучения и точкой дугового контакта от 10 до 15 мм, включительно, обеспечивает равномерное перераспределение результирующей энергии, воздействующей на свариваемую поверхность, что эффективно снижает разбрызгивание металла от воздействия лазерного луча и обеспечивает равномерное заполнение пространства между свариваемыми кромками расплавленным металлом от воздействия лазера и сварочной дуговой горелки с плавящимся электродом, улучшая качество готового шва. По этой же причине снижается влияние плазмы лазерного луча на плавление дугой вносимого легирующего материала, что снижает потери легирующего материала и повышает эффективность легирования, улучшая качество шва.The use in the inventive method of preheating the metal in front of the welding torch allowed the laser beam to be moved away from the arc by 10-15 mm, which virtually eliminated the spatter of the weld pool metal due to the action of the laser beam, which improved the conditions for making filler material. In addition, in the inventive method, the spatter of the metal of the weld pool is reduced due to the claimed combined spatial positioning of the laser beam and the welding arc torch. As experience has shown, the proposed distance between the center of the focused spot of laser radiation and the point of arc contact from 10 to 15 mm, inclusive, provides uniform redistribution of the resulting energy acting on the surface to be welded, which effectively reduces metal spatter from the laser beam and ensures uniform filling of the space between welded edges of molten metal from the effects of a laser and a welding arc torch with a consumable electrode, improving quality finished seam. For the same reason, the influence of the laser beam plasma on the arc melting of the introduced alloying material is reduced, which reduces the loss of the alloying material and increases the alloying efficiency, improving the quality of the weld.
Кроме того, благодаря принятому расстоянию между дугой и лучом лазера, а также благодаря тому, что лазерный луч наклоняют в сторону направления движения кромок свариваемой поверхности, а дуговую горелку наклоняют в сторону, противоположную направлению движения кромок свариваемой поверхности, луч лазера и дуговая горелка излучают тепловую энергию навстречу друг другу. При заявленных углах наклона второго лазерного луча (от 20 до 25°, включительно) и электрода дуговой горелки (от 30 до 35°, включительно) их осевые линии пространственно пересекаются внутри стыкуемых кромок примерно на среднем уровне толщины кромок. В результате обеспечивается эффективное взаимодействие обеих энергий в глубине стыкуемых кромок примерно на среднем уровне, что, в свою очередь, обеспечивает равномерное перекрытие воздействующей энергией от обоих источников всей ширины будущего шва. Кроме того, предлагаемое расстояние между центром сфокусированного пятна луча лазера и точкой дугового контакта горелки (от 10 до 15 мм, включительно), в совокупности с предлагаемым позиционированием лазерного луча и дуговой горелки, способствует выпрямлению парогазового канала, что способствует ускоренному выходу сварочных газов. В результате улучшается качество сварного шва.In addition, due to the accepted distance between the arc and the laser beam, and also because the laser beam is tilted towards the direction of movement of the edges of the welded surface, and the arc torch is tilted in the direction opposite to the direction of movement of the edges of the welded surface, the laser beam and the arc torch emit thermal energy towards each other. At the declared angles of inclination of the second laser beam (from 20 to 25 °, inclusive) and the arc burner electrode (from 30 to 35 °, inclusive), their axial lines spatially intersect inside the joined edges at approximately an average level of edge thickness. As a result, the effective interaction of both energies in the depth of the joined edges is ensured at approximately the average level, which, in turn, ensures that the acting energy from both sources provides a uniform overlap of the entire width of the future weld. In addition, the proposed distance between the center of the focused spot of the laser beam and the point of the arc contact of the torch (from 10 to 15 mm, inclusive), in conjunction with the proposed positioning of the laser beam and the arc torch, helps to straighten the vapor-gas channel, which contributes to the accelerated output of welding gases. As a result, the quality of the weld is improved.
Конкретный выбор углов наклона лазерного луча (от 20 до 25°, включительно) и электрода дуговой горелки (от 30 до 35°, включительно), а также расстояния между центром сфокусированного пятна лазерного излучения и точкой дугового контакта электрода дуговой горелки (от 10 до 15 мм, включительно) определяются мощностью используемого лазера и скоростью сварки (скорость движения кромок свариваемой поверхности).A specific choice of the angles of inclination of the laser beam (from 20 to 25 °, inclusive) and the arc burner electrode (from 30 to 35 °, inclusive), as well as the distance between the center of the focused laser spot and the arc contact point of the arc burner electrode (from 10 to 15 mm, inclusive) are determined by the power of the laser used and the welding speed (speed of movement of the edges of the welded surface).
Условия сварки, включающие количественные значения углов наклона лазерного луча (от 20 до 25°, включительно) и дуговой горелки (от 30 до 35°, включительно), также расстояние между центром сфокусированного пятна лазерного излучения и точкой дугового контакта дуговой горелки (от 10 до 15 мм, включительно), получены опытным путем и являются оптимальным, в пределах которых сохраняется синергетический эффект от совместного использования лазерной и дуговой сварки. Превышение верхнего значения указанных пределов приводит к исчезновению синергетического эффекта, поскольку каждый вид сварки начинает действовать самостоятельно, что не обеспечивает достижение заявленного технического результата. Выход за нижние выше указанные числовые пределы и невыполнение предлагаемой установки дуговой горелки также не обеспечивают достижение заявленного технического результата.Welding conditions, including quantitative values of the angles of inclination of the laser beam (from 20 to 25 °, inclusive) and the arc torch (from 30 to 35 °, inclusive), also the distance between the center of the focused spot of the laser radiation and the point of arc contact of the arc torch (from 10 to 15 mm, inclusive), obtained experimentally and are optimal, within which the synergistic effect from the joint use of laser and arc welding is maintained. Exceeding the upper value of these limits leads to the disappearance of the synergistic effect, since each type of welding begins to act independently, which does not ensure the achievement of the claimed technical result. Going beyond the lower numerical limits indicated above and not fulfilling the proposed installation of an arc torch also do not ensure the achievement of the claimed technical result.
Кроме того, уменьшение пористости и снижение вероятности образования свищей обеспечивается подачей в зону электрода горелки защитного газа. В зоне электрода защитный газ в процессе сварки подают в одном направлении с электродом дуговой горелки. Это позволяет устранить явление капельного переноса материала электрода в ванну и, следовательно, снизить образование дефектов типа шлаковых включений.In addition, a decrease in porosity and a decrease in the likelihood of fistula formation is ensured by the supply of protective gas to the burner electrode area. In the area of the electrode, the shielding gas during the welding process is supplied in the same direction as the arc torch electrode. This eliminates the phenomenon of droplet transfer of the electrode material into the bath and, therefore, reduces the formation of defects such as slag inclusions.
Известно, что быстрое остывание готового шва приводит к ускоренной кристаллизации металла шва, в результате чего газовые пузыри, которые находятся в расплавленном металле, не успевают всплыть на поверхность и остаются в литой структуре сварных швов в виде пор. Высокая скорость охлаждения сварочной ванны, кроме того, может явиться причиной образования кристаллизационных трещин и несплавлений в сварных швах.It is known that rapid cooling of the finished weld leads to accelerated crystallization of the weld metal, as a result of which gas bubbles that are in the molten metal do not have time to float to the surface and remain in the cast structure of the welds in the form of pores. The high cooling rate of the weld pool, in addition, can cause the formation of crystallization cracks and incomplete fusion in the welds.
Выбор температуры предварительного индукционного нагрева металла и температуры воздействия на готовый шов 200-350°С. обусловлен следующим. При гибридной сварке дуга проплавляет только поверхность металла (12%-18%), а глубину проплавления обеспечивает луч лазера. Ввиду чего в этом случае, в отличие от прототипа, не требуется объемная сварочная ванна, а, следовательно, не требуется высокая температура предварительного индукционного нагрева. При этом, заявленном способе предварительный индукционный нагрев, помимо исключения закалочных структур, используют для минимизации сварочной ванны, что снижает внутренние напряжения в металле шва.The choice of the temperature of the preliminary induction heating of the metal and the temperature of the impact on the finished seam 200-350 ° C. due to the following. In hybrid welding, the arc melts only the metal surface (12% -18%), and the laser beam provides the penetration depth. In view of this, in this case, unlike the prototype, a volumetric weld pool is not required, and, therefore, a high temperature of preliminary induction heating is not required. In this case, the claimed method, preliminary induction heating, in addition to the exclusion of quenching structures, is used to minimize the weld pool, which reduces internal stresses in the weld metal.
Температура дополнительного индукционного нагрева выбрана исходя из того, что образование нижнего бейнита происходит до температуры 200-350°С. При этом при этом температуру индукционного нагрева в околошовной зоне сваренного шва поддерживают в этих пределах до тех пор, пока температура сварного шва не сравняется с вышеуказанной температурой околошовной зоны, после чего индукционный нагрев прекращают. Поскольку температура 200-350°С является температурой образования нижнего бейнита, то охлажденный металл шва содержит максимальное количество нижнего бейнита, обладающего высокой пластичностью, что повышает прочность готового шва. Кроме того, в результате температура шва изменятся не скачком, а плавно до температуры 200-350°С, что позволяет одновременно выполнить термообработку готового шва с целью снижения внутренних напряжений.The temperature of the additional induction heating is selected based on the fact that the formation of lower bainite occurs up to a temperature of 200-350 ° C. In this case, the temperature of induction heating in the heat-affected zone of the weld is maintained within these limits until the temperature of the weld is equal to the above temperature of the heat-affected zone, after which the induction heating is stopped. Since the temperature of 200-350 ° C is the temperature of formation of lower bainite, the cooled weld metal contains the maximum amount of lower bainite, which has high ductility, which increases the strength of the finished weld. In addition, as a result, the weld temperature does not change abruptly, but smoothly to a temperature of 200-350 ° C, which allows simultaneous heat treatment of the finished weld in order to reduce internal stresses.
Таким образом, заявленный способ обеспечивает возможность организации контролируемого процесса кристаллизации металла шва до образования в нем максимального количества нижнего бейнита, что улучшает качество готового шва.Thus, the claimed method provides the ability to organize a controlled crystallization process of the weld metal until the maximum amount of lower bainite is formed in it, which improves the quality of the finished weld.
В результате, при осуществлении заявленный способ обеспечивает благоприятные условия для дегазации и кристаллизации общей сварочной ванны при лазерно-дуговой сварке, что обеспечивает плавное и равномерное охлаждение металла шва. При этом в сформированном в соответствии с заявленным способом сварном шве гарантированно оптимизирована микроструктура, отсутствуют дефекты сварки типа сквозных отверстий, раковин, пор и шлаковых включений, минимизирован риск образования таких дефектов как кристаллизационные трещины и поры.As a result, when implementing the inventive method provides favorable conditions for the degassing and crystallization of the common weld pool during laser-arc welding, which ensures smooth and uniform cooling of the weld metal. Moreover, in the weld formed in accordance with the claimed method, the microstructure is guaranteed to be optimized, there are no welding defects such as through holes, sinks, pores and slag inclusions, the risk of formation of defects such as crystallization cracks and pores is minimized.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что заявленный способ сварки сформованной трубной заготовки с индукционным подогревом решает проблему качественного выполнения сварного шва при сварке труб большого диаметра с толщиной стенки от 8 мм до 45 мм. При этом при осуществлении заявленного способа сварки сформованной трубной заготовки с индукционным подогревом достигается технический результат:Thus, from the foregoing, it follows that the claimed method of welding a molded tube billet with induction heating solves the problem of the quality of the weld when welding large diameter pipes with wall thicknesses from 8 mm to 45 mm. Moreover, when implementing the claimed method of welding a molded tube billet with induction heating, the technical result is achieved:
- возможность контролируемой кристаллизации металла сваренного шва, а именно: возможность контроля образования нижнего бейнита;- the possibility of controlled crystallization of the weld metal, namely: the ability to control the formation of lower bainite;
- снижение внутренних напряжений в металле шва за счет возможности уменьшения сварочной ванны и выполнения термообработки сваренного шва;- reduction of internal stresses in the weld metal due to the possibility of reducing the weld pool and performing heat treatment of the weld;
- проварка на всю глубину шва;- welding through the entire depth of the seam;
- обеспечение глубокого легирования шва, за счет сокращения потерь легирующего материала при его внесении в металл шва;- providing deep alloying of the seam, by reducing the loss of alloying material when it is introduced into the weld metal;
- улучшения дегазации сварочной ванны, что позволяет минимизировать или исключить полностью риск образования таких дефектов как кристаллизационные трещины и поры.- improving the degassing of the weld pool, which minimizes or completely eliminates the risk of the formation of defects such as crystallization cracks and pores.
На фигуре изображена схема выполнения сварки заявленным способом: 1 - свариваемая деталь; 21, 22 - первый и второй индукторы; 3 - дуговая сварочная горелка; 4 - лазерная головка; Vкр - направление движения свариваемых кромок сформованной трубной заготовки.The figure shows a diagram of the welding process by the claimed method: 1 - welded part; 2 1 , 2 2 - the first and second inductors; 3 - arc welding torch; 4 - laser head; V cr - the direction of movement of the welded edges of the molded tube billet.
Заявленный способ осуществляют следующим образом. В соответствие с заявленным способом оказывают температурное воздействие на околошовную зону свариваемого участка трубы 1 посредством индукционного нагрева до и после выполнения сварки. До выполнения сварки температурное воздействие оказывают на околошовную зону свариваемого участка трубы 1 посредством индукционного нагрева индуктором 21 до температуры 200-350°С, после чего температурное воздействие прекращают и на нагретую свариваемую поверхность воздействуют электрической дугой сварочной горелки 3 с плавящимся электродом и лазерным лучом лазера 4, которые взаимодействуют с образованием общей сварочной ванны. Лазерный луч фокусируют на свариваемые кромки трубной заготовки после сварочной дуговой горелки. Расстояние между центром сфокусированного пятна лазерного луча и точкой дугового контакта сварочной горелки составляет 10-15 мм, при этом лазерный луч наклоняют в сторону направления движения Vкp свариваемых кромок на угол β 20-25° относительно нормали к поверхности свариваемых кромок, а сварочную дуговую горелку наклоняют в сторону, противоположную направлению движения Vкp свариваемых кромок на угол α 30-35° относительно нормали к поверхности свариваемых кромок. В процессе сварки подают защитный газ в зоне электрода горелки 3 в одном направлении с электродом сварочной дуговой горелки. При выполнении дуговой сварки электрод сварочной дуговой горелки 3 подключают к плюсу источника питания, а трубную заготовку 1 в зоне сварки посредством токопроводящей щетки подключают к минусу источника питания. После выполнения сварки повторно оказывают температурное воздействие на околошовную зону сваренного участка трубы посредством индукционного нагрева вторым индуктором 22 до температуры 200-350°С. Температуру повторного индукционного нагрева поддерживают в этих пределах до тех пор, пока температура сварного шва не сравняется с вышеуказанной температурой околошовной зоны, после чего индукционный нагрев прекращают.The claimed method is as follows. In accordance with the claimed method, they exert a temperature effect on the heat-affected zone of the pipe section 1 to be welded by induction heating before and after welding. Before welding, the temperature effect is exerted on the heat-affected zone of the welded section of the pipe 1 by induction heating by inductor 2 1 to a temperature of 200-350 ° C, after which the temperature effect is stopped and the electric arc of the
Для проведения опытной сварки были изготовлены два идентичных плоских индуктора с железными сердечниками, аналогичные индуктору, описанному в статье «Сварка токами высокой частоты» (http://mash-xxl.info/page/031186115002027168214129170220071221027001248187/), фиг. 34. Мощность индукторов, при которой обеспечивалась температура нагрева индукторов до 400°С составила: при минимальной скорости сварки 1 м/мин - 100 кВт; при максимальной скорости 3 м/мин - 350 кВт.For conducting pilot welding, two identical flat inducers with iron cores were made, similar to the inductor described in the article “High-frequency current welding” (http://mash-xxl.info/page/031186115002027168214129170220071221027001248187/), FIG. 34. The power of the inductors at which the temperature of heating the inductors to 400 ° C was ensured was: at a minimum welding speed of 1 m / min - 100 kW; at a maximum speed of 3 m / min - 350 kW.
Перед выполнением сварки первый и второй индукторы предварительно выводили на температуру нагрева 200-350°С.Before welding, the first and second inductors were previously brought to a heating temperature of 200-350 ° C.
Заявленный способ был опробован при сварке стальных пластин, длиной 50 см, толщиной 21,7 мм и шириной 110 мм из углеродистой стали класса прочности K60. Время предварительного нагрева околошовной зоны свариваемого участка заготовки до температуры 200-350°С составило 1-2 секунды. При верификации способа контроль температуры для определения требуемой продолжительности предварительного нагрева околошовной зоны до температуры 200-350°С осуществляли термодатчиками, которые закрепляли в оклошовной зоне.The claimed method was tested when welding steel plates, 50 cm long, 21.7 mm thick and 110 mm wide made of carbon steel of strength class K60. The pre-heating time of the heat-affected zone of the welded section of the workpiece to a temperature of 200-350 ° C was 1-2 seconds. When verifying the method, temperature control to determine the required duration of preheating of the heat-affected zone to a temperature of 200-350 ° C was carried out by thermal sensors, which were fixed in the heat-affected zone.
Первый индуктор из-за быстрого нагрева детали устанавливали непосредственно перед сваркой, а второй, для предупреждения быстрого остывания металла шва, устанавливали непосредственно после сварки.Because of the quick heating of the part, the first inductor was installed immediately before welding, and the second, to prevent the cooling of the weld metal quickly, was installed immediately after welding.
Контрольные замеры температуры шва при повторном индукционном нагреве показали, что шов остывает до температуры 200-350°С от 7 до 10 секунд, в зависимости от толщины металла. Для уверенного получения требуемого эффекта, время второго температурного воздействия брали равным 10 секунд, что обеспечивалось подбором длины индуктора.Control measurements of the temperature of the seam during repeated induction heating showed that the seam cools down to a temperature of 200-350 ° C from 7 to 10 seconds, depending on the thickness of the metal. To confidently obtain the desired effect, the time of the second temperature effect was taken equal to 10 seconds, which was ensured by the selection of the length of the inductor.
Осуществляли лазерно-дуговую сварку в среде защитного газа СO2. Лазерный луч генерировали от лазерного источника мощностью 26 кВт. Мощность излучения составляла от 15 до 32 кВт. Ток на сварочной дуге составлял от 300 А до 500 А напряжение 18-30 В. Скорость сварки составляла от 1 до 3 м/мин.Laser-arc welding was performed in a CO2 protective gas medium. A laser beam was generated from a 26 kW laser source. The radiation power ranged from 15 to 32 kW. The current on the welding arc was from 300 A to 500 A, the voltage was 18-30 V. The welding speed was from 1 to 3 m / min.
Лазерный луч фокусировали в области кромок свариваемой поверхности; электрод дуговой горелки отодвигали от фокальной точки лазера на расстояние 10-15 мм.The laser beam was focused in the region of the edges of the welded surface; the electrode of the arc torch was moved away from the focal point of the laser by a distance of 10-15 mm.
После выполнения сварки визуальный осмотр готового шва, а также осмотр шлифа посредством специального оборудования не выявил сквозных отверстий и раковин.After welding, a visual inspection of the finished seam, as well as inspection of the thin section by means of special equipment, did not reveal through holes and sinks.
Для подтверждения достижения заявленного технического результата, исследовали микро- и макроструктуру сварных швов путем травления продольных шлифов сварного соединения реактивом Вагапова.To confirm the achievement of the claimed technical result, we studied the micro- and macrostructure of welds by etching the longitudinal sections of the welded joint with Vagapov's reagent.
Пор, шлаковых включений и других дефектов на шлифах обнаружено не было.Pores, slag inclusions and other defects on thin sections were not found.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017123670A RU2660540C1 (en) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | Welding method of the formed tubular piece with induction heating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017123670A RU2660540C1 (en) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | Welding method of the formed tubular piece with induction heating |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2660540C1 true RU2660540C1 (en) | 2018-07-06 |
Family
ID=62816001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017123670A RU2660540C1 (en) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | Welding method of the formed tubular piece with induction heating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2660540C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2772002C1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-05-16 | Общество с ограниченной ответственностью "НАБЕРЕЖНОЧЕЛНИНСКИЙ ТРУБНЫЙ ЗАВОД" | Method for connecting casing pipes by fiber-optic laser welding when performing tripping operations of the casing string in the process of drilling and casing wells |
Citations (5)
| 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 |
| JP2009262182A (en) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Laser arc hybrid welding head |
| US20140124486A1 (en) * | 2011-04-15 | 2014-05-08 | Terry Devers | Laser Welding Assembly And Method |
| RU2545974C2 (en) * | 2010-05-21 | 2015-04-10 | Иллинойс Тул Воркс Инк. | Welding system with induction heating system, induction heating system and heating of part processed by welding or cutting |
| RU2572671C1 (en) * | 2014-09-04 | 2016-01-20 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) | Method of aluminium alloy butt weld laser-arc welding by consumable electrode |
-
2017
- 2017-08-28 RU RU2017123670A patent/RU2660540C1/en active
Patent Citations (5)
| 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 |
| JP2009262182A (en) * | 2008-04-24 | 2009-11-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Laser arc hybrid welding head |
| RU2545974C2 (en) * | 2010-05-21 | 2015-04-10 | Иллинойс Тул Воркс Инк. | Welding system with induction heating system, induction heating system and heating of part processed by welding or cutting |
| US20140124486A1 (en) * | 2011-04-15 | 2014-05-08 | Terry Devers | Laser Welding Assembly And Method |
| RU2572671C1 (en) * | 2014-09-04 | 2016-01-20 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" (ОАО НИАТ) | Method of aluminium alloy butt weld laser-arc welding by consumable electrode |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2772002C1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-05-16 | Общество с ограниченной ответственностью "НАБЕРЕЖНОЧЕЛНИНСКИЙ ТРУБНЫЙ ЗАВОД" | Method for connecting casing pipes by fiber-optic laser welding when performing tripping operations of the casing string in the process of drilling and casing wells |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6861746B2 (en) | Methods and systems that use AC weld corrugations and reinforced consumables that improve the welding of galvanized workpieces | |
| US9718147B2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for root pass welding of the inner diameter of clad pipe | |
| US9782850B2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding | |
| JP6714580B2 (en) | Method of joining two blanks, blank and resulting product | |
| KR102093528B1 (en) | Method of and system for starting and using in combination a filler wire feed and arc generating source for welding | |
| EP2744619B1 (en) | Method to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding | |
| US20130327749A1 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding aluminum to steel | |
| US20130092667A1 (en) | Method and System to Start and Use Combination Filler Wire Feed and High Intensity Energy Source for Welding | |
| CN101733564A (en) | Laser-electric arc composite heat source high-speed welding method of ultrahigh strength steel | |
| RU2660791C1 (en) | LASER-ARC WELDING METHOD OF THE WORKPIECES BUTT JOINT OF CARBON STEEL WITH THE WALLS THICKNESS OF 10-45 mm | |
| JP5954009B2 (en) | Manufacturing method of welded steel pipe | |
| CN101992354A (en) | Micro-beam plasma arc/laser hybrid welding method | |
| JP2012206145A (en) | Hot wire laser welding method and apparatus | |
| RU2668625C1 (en) | Formulated pipe stock butt joint laser-arc welding with consumable electrode method in an atmosphere of shielding gas | |
| RU2660540C1 (en) | Welding method of the formed tubular piece with induction heating | |
| JP2008049362A (en) | Laser beam welding method of galvanized steel sheet | |
| RU2708715C1 (en) | Method for hybrid laser-arc surfacing of metal articles | |
| RU2497644C2 (en) | Multiarc welding of welded blanks | |
| RU2593244C1 (en) | Method for two-side arc welding of tee joints | |
| RU2555701C1 (en) | Method of laser-plasma welding of metals and device to this end | |
| RU2635679C1 (en) | Method of laser-arc welding | |
| RU2697754C1 (en) | Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thick-wall butt joints | |
| Kuzmikova et al. | Investigation into feasibility of hybrid laser-GMAW process for welding high strength quenched and tempered steel | |
| RU2697756C1 (en) | Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thin-wall butt joints | |
| Dunne et al. | Comparison of GMAW and SAW for NGW of 50 mm Q&T Steel Plate |