RU2697756C1 - Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thin-wall butt joints - Google Patents

Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thin-wall butt joints Download PDF

Info

Publication number
RU2697756C1
RU2697756C1 RU2018138499A RU2018138499A RU2697756C1 RU 2697756 C1 RU2697756 C1 RU 2697756C1 RU 2018138499 A RU2018138499 A RU 2018138499A RU 2018138499 A RU2018138499 A RU 2018138499A RU 2697756 C1 RU2697756 C1 RU 2697756C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
defects
welding
root
seam
laser
Prior art date
Application number
RU2018138499A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Александрович Романцов
Александр Игоревич Романцов
Михаил Александрович Федоров
Антон Александрович Черняев
Александр Олегович Котлов
Дмитрий Алексеевич Мурзин
Марат Равилевич Мустафин
Алексей Александрович Булыгин
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 RU2018138499A priority Critical patent/RU2697756C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2697756C1 publication Critical patent/RU2697756C1/en

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
    • 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00Restoring or reconditioning objects

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to hybrid laser-arc welding of metal structures with wall thickness from 8 to 12 mm. Method of hybrid laser-arc welding of thin-wall butt joints involves making of root seam by electric arc welding with consumable electrode in protective gas medium together with laser welding in single weld pool. A laser beam is used to influence the value of edge blunting. Root seam top defects are detected at a depth limited by half the height of the root seam, elimination of root seam defects by making outer facing suture using defocused laser beam with focal spot diameter from 1 to 8 mm. Defects are detected using a sample.
EFFECT: providing quality of welded joint and improving operational characteristics of article with welded seam due to simultaneous elimination of main defects of butt joint weld seam, reduction of material consumption along the way of elimination of equipment providing for suppression of defects in the form of pores.
1 cl, 1 ex, 1 dwg

Description

Изобретение относится к гибридной лазерно-дуговой сварке металлоконструкций толщиной стенки от 8 до 12 мм.The invention relates to a hybrid laser-arc welding of metal structures with a wall thickness of 8 to 12 mm

При лазерно-гибридной сварке тонкостенных конструкций с толщиной стенки от 8 до 12 мм техническая проблема заключается в получении продукта с качественным сварным швом, лишенного наиболее вероятных дефектов сварного соединения:When laser-hybrid welding of thin-walled structures with a wall thickness of 8 to 12 mm, the technical problem is to obtain a product with a high-quality weld, devoid of the most probable defects of the welded joint:

- газовые поры, неизбежно появляющиеся в вершине сварного шва при сквозном проплавлении лазерным лучом из-за особенностей кристаллизации металла сварного шва;- gas pores that inevitably appear at the top of the weld during through penetration by a laser beam due to the crystallization of the weld metal;

- подрезы и провисание сварного шва.- undercuts and sagging of the weld.

Так, при гибридной лазерно-дуговой сварке стыковых соединений, в том числе тонкостенных соединений, в верхней части сварочной ванны интенсивно выделяются пары металлов, происходит их кипение и разбрызгивание жидкой фазы, что приводит к прониканию защитного газа от вглубь сварочной ванны. Кроме того, для анализируемого вида сварки характерны нестабильные и циклические процессы: парогазовый канал становится протяженным, лазерный луч, проходя сквозь него, испытывает многократные переотражения, поэтому корень сварочной каверны достигает луч со значительной потерей мощности, уже не способный к дальнейшему проплавлению металла вглубь, затем расплавленный металл поступает в заднюю часть ванны и формируется «ступень». На фигуре схематично изображен парогазовый канал в направлении сварки, иллюстрирующей наличие такой «ступени» (позицией не обозначена в силу очевидности). Кроме того, процесс кристаллизации металла характеризуется в качестве неравномерного процесса, так как периодически металл расплавляется и испаряется, возникает экранирующая плазма, металл уходит в заднюю часть ванны и по ходу перемещения луча вышеописанный процесс повторяется. Вследствие указанных процессов (выделение паров металлов, кипение и разбрызгивание), носящих негативный характер, выход пузырьков газа на поверхность затруднен: пузырьки газа не успевают выйти из сварочной ванны и застывают, образуя поры. Таким образом, кристаллизация металла сварочной ванны происходит от стенок сварочной ванны к центру сварочной ванны, т.к. со стороны стенок сварочной ванны выше скорость теплоотдачи, соответственно, из-за этого сварной шов застывает постепенно снизу вверх от стенок ванны к ее центру, поэтому газовые поры образуются в том участке, где металл застывает в последнюю очередь - в вершине сварного шва.Thus, in hybrid laser-arc welding of butt joints, including thin-walled joints, metal vapors are intensely released in the upper part of the weld pool, they boil and spatter the liquid phase, which leads to the penetration of the protective gas from deeper into the weld pool. In addition, the type of welding under analysis is characterized by unstable and cyclic processes: the vapor-gas channel becomes extended, the laser beam passing through it experiences repeated reflections, so the root of the welding cavity reaches the beam with a significant loss of power, no longer able to further melt the metal deeper, then molten metal enters the back of the bath and a “step” is formed. The figure schematically shows a vapor-gas channel in the direction of welding, illustrating the presence of such a "step" (the position is not indicated by virtue of evidence). In addition, the process of crystallization of the metal is characterized as an uneven process, since the metal periodically melts and evaporates, a shielding plasma appears, the metal goes to the back of the bath and the above process repeats as the beam moves. Due to the above processes (the release of metal vapor, boiling and spraying), which are negative, the exit of gas bubbles to the surface is difficult: gas bubbles do not have time to leave the weld pool and solidify, forming pores. Thus, the crystallization of the weld pool metal occurs from the walls of the weld pool to the center of the weld pool, because from the side of the walls of the weld pool, the heat transfer rate is higher, therefore, due to this, the weld seams up gradually from the bottom of the bath to its center, therefore gas pores are formed in the area where the metal solidifies last, at the top of the weld.

Уровень техники содержит решения, направленные на подавление пор в качестве характерных дефектов стыкового сварного соединения, полученного методом гибридной лазерно-дуговой сварки.The prior art contains solutions aimed at suppressing pores as characteristic defects of a butt welded joint obtained by hybrid laser-arc welding.

Так, например, из патентного документа CN №106271139 известно техническое решение - способ гибридной лазерно-дуговой сварки стыкового соединения с использованием дуговой горелки с электродом и лазерного луча. Подавление пор в качестве возможного дефекта сварного шва осуществляется за счет регулирования углов наклона электрода сварочной горелки и лазерного луча, а также расстояния между фокальным пятном лазера на свариваемой поверхности и точкой дугового контакта сварочной горелки путем установки дуговой горелки под углом к сварвиаемой поверхности.So, for example, a technical solution is known from patent document CN No. 106271139 - a method for hybrid laser-arc welding of a butt joint using an arc torch with an electrode and a laser beam. Pore suppression as a possible defect of the weld is carried out by adjusting the angle of inclination of the electrode of the welding torch and the laser beam, as well as the distance between the focal spot of the laser on the surface being welded and the point of arc contact of the welding torch by installing the arc torch at an angle to the welded surface.

Управление положением расстояния между дугой и лучом лазера совместно с углом наклона дуги и лазера не гарантирует устранение пор.Controlling the position of the distance between the arc and the laser beam together with the angle of inclination of the arc and the laser does not guarantee the elimination of pores.

В качестве ближайшего аналога выбрано техническое решение «Способ лазерно-дуговой сварки стыка заготовок из углеродистой стали» из патентного описания RU №2660791. Согласно данному способу осуществляют воздействие на свариваемую поверхность сначала первым лазерным лучом, который устанавливают перпендикулярно по отношению к свариваемой поверхности, и воздействие гибридной лазерно-дуговой сваркой с плавящимся электродом. В процессе сварки для подавления дефектов осуществляют действия по расфокусировке первого лазерного луча, сварочную горелку размещают перед вторым сфокусированным лазерным лучом, кроме того, регулируют расстояние между точкой дугового контакта и центром сфокусированного пятна второго лазерного луча, отклоняют второй лазерный луч и дуговую горелку на определенный угол.As the closest analogue, the technical solution “Method of laser-arc welding of the joint of carbon steel workpieces” was selected from the patent description RU No. 2660791. According to this method, the first laser beam is applied to the surface to be welded, which is set perpendicular to the surface to be welded, and the effect is hybrid laser-arc welding with a consumable electrode. During the welding process, to suppress defects, defocusing of the first laser beam is carried out, the welding torch is placed in front of the second focused laser beam, in addition, the distance between the arc contact point and the center of the focused spot of the second laser beam is adjusted, the second laser beam and the arc torch are deflected by a certain angle .

В вышеприведенном фрагменте использованы те же термины, что и в патентном описании RU №2660791, при этом общие признаки известного технического и заявляемого способа следующие: осуществление гибридной лазерно-дуговой сварки при одновременном воздействии лазерным лучом (признак «второй лазерный луч» в указанном патентном описании) и сварочной горелки с плавящимся электродом, а также использование расфокусированного лазерного луча («первый лазерный луч» в указанном патентном описании).In the above fragment, the same terms are used as in the patent description RU No. 2660791, while the general features of the known technical and proposed method are as follows: the implementation of hybrid laser-arc welding with simultaneous exposure to a laser beam (sign "second laser beam" in the specified patent description ) and a welding torch with a consumable electrode, as well as the use of a defocused laser beam ("first laser beam" in the specified patent description).

Несмотря на то, что все рассматриваемые аналогичные технические решения направлены на подавление дефектов, применение данных способов обнаруживает невозможность получить качественный (бездефектный) сварной шов из-за того, что вероятность образования дефектов сохраняется. Так, для сварного шва стыковых соединений небольших толщин до 12 мм это происходит вследствие указанных причин: проникновение защитного газа внутрь ванны вследствие интенсивного выделения паров металлов негативных циклических и нестабильных процессов.Despite the fact that all considered similar technical solutions are aimed at suppressing defects, the use of these methods reveals the inability to obtain a high-quality (defect-free) weld due to the fact that the probability of formation of defects remains. So, for a weld of butt joints of small thicknesses up to 12 mm, this occurs due to the indicated reasons: penetration of the protective gas into the bath due to the intense release of metal vapors from negative cyclic and unstable processes.

Для тонкостенных конструкций, как правило, не наносится облицовочный шов, но выполненный методом гибридной сварки шов характеризуется неприемлемой формой с подрезами и провисанием сварного шва. Указанные дефекты вызывают снижение механической прочности сварного шва вследствие того, что подрезы и провисание шва являются концентраторами напряжений.For thin-walled structures, as a rule, no facing seam is applied, but the seam made by the hybrid welding method is characterized by an unacceptable shape with undercuts and sagging of the weld. These defects cause a decrease in the mechanical strength of the weld due to the fact that undercuts and sagging of the weld are stress concentrators.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в обеспечении качества сварного соединения и повышении эксплуатационных характеристик изделия со сварным швом за счет одновременного устранения основных дефектов сварного шва стыкового соединения, а также в снижении материалоемкости способа по пути исключения оборудования, обеспечивающего подавление дефектов в виде пор.The technical problem solved by the invention consists in ensuring the quality of the welded joint and improving the operational characteristics of the product with a weld due to the simultaneous elimination of the main defects of the weld of the butt joint, as well as in reducing the material consumption of the method by eliminating equipment that suppresses defects in the form of pores.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.The essence of the invention is as follows.

Способ гибридной лазерно-дуговой сварки тонкостенных стыковых соединений включает выполнение корневого шва электрической дуговой сваркой с плавящимся электродом в среде защитного газа совместно с лазерной сваркой в единой сварочной ванне, причем лазерным лучом воздействуют на величину притупления кромок, также использование расфокусированного лазерного луча. Новым в способе является выявление дефектов вершины корневого шва, залегающих на глубину, ограниченную половиной высоты корневого шва, устранение дефектов корневого шва путем выполнения наружного облицовочного шва с использованием указанного расфокусированного лазерного луча с диаметром фокального пятна от 1 до 8 мм, которым воздействуют на всю глубину залегания дефектов корневого шва. Целесообразно выявлять дефекты с использованием образца, на котором осуществляют выполнение корневого шва.A method of hybrid laser-arc welding of thin-walled butt joints involves performing a root seam by electric arc welding with a consumable electrode in a shielding gas medium together with laser welding in a single weld pool, wherein the laser beam affects the amount of edge blunting and also uses a defocused laser beam. New in the method is the identification of defects of the apex of the root suture, lying to a depth limited by half the height of the root suture, the elimination of defects of the root suture by performing an external facing suture using the specified defocused laser beam with a focal spot diameter of 1 to 8 mm, which affects the entire depth occurrence of defects of the root suture. It is advisable to identify defects using a sample on which the root suture is performed.

При выполнении сварного шва расфокусированным лазерным лучом в качестве последнего (облицовочного) шва:When performing a weld with a defocused laser beam as the last (facing) seam:

- нивелируются дефекты корневого шва, такие как подрезы при наличии разделки свариваемых кромок и заниженное нахождение корневого шва, следовательно, исключается дефекты, приводящие к снижению эксплуатационных характеристик изделия со сварным швом;- defects of the root seam are leveled, such as undercuts in the presence of cutting of the welded edges and an underestimation of the root seam, therefore, defects that lead to a decrease in the operational characteristics of the product with a weld are eliminated;

- устраняются такие характерные дефекты, как поры, ввиду того что переплавление корневого шва на глубину залегания дефектов ведется на незначительную глубину, а именно от 3 мм до 6 мм, т.е. глубина расплавленной ванны меньше, при этом ширина больше, чем при сварке корневого шва, соответственно, процесс сварки происходит стабильнее, что позволяет пузырькам газа беспрепятственно покидать сварочную ванну, образуя тем самым качественный шов.- typical defects such as pores are eliminated, due to the fact that the root suture is re-melted to a depth of defects occurring at a shallow depth, namely from 3 mm to 6 mm, i.e. the depth of the molten bath is less, while the width is greater than when welding the root seam, respectively, the welding process is more stable, which allows gas bubbles to freely leave the weld pool, thereby forming a high-quality seam.

На основании вышесказанного, сваривание тонкостенных стыковых соединений происходит как с разделкой кромок, так и без нее. При этом наличие или отсутствие разделки кромок не влияет на особенности выполнения способа. Так, при наличии разделки кромок корневой шов практически заполняет данную разделку, а возможные подрезы устраняются при нанесении наружного облицовочного шва расфокусированным лучом лазера. При наличии разделки притупление кромок - это нескошенная часть кромок стыкового соединения, а при отсутствии разделки притупление кромок равно толщине стыкового соединения.Based on the foregoing, welding of thin-walled butt joints occurs with and without edge cutting. Moreover, the presence or absence of cutting edges does not affect the features of the method. So, if there is a grooving of the edges, the root seam practically fills this groove, and possible undercuts are eliminated when applying the outer facing seam with a defocused laser beam. If there is a groove, the blunting of the edges is an unbroken part of the edges of the butt joint, and in the absence of a groove, the blunting of the edges is equal to the thickness of the butt joint.

Формирование лазерного луча расфокусированным с диаметром фокального пятна 1-8 мм выбрано из условия обеспечения баланса необходимой глубины проплавления и мощности задействованного лазерного луча. Иными словами, если использовать лазерный луч с диаметром фокального пятна менее 1 мм, то даже при малой мощности луча лазера - сварка будет выполняться с глубоким проплавлением, что при большом теплоотводе (описано выше) может привести к тому, что поры останутся, а при диаметре более 8 мм даже - при большой мощности луча - процесс проплавления нецелесообразен вследствие низкой энергоэффективности.The formation of the laser beam defocused with a focal spot diameter of 1-8 mm is selected from the condition of ensuring the balance of the required penetration depth and the power of the laser beam involved. In other words, if you use a laser beam with a focal spot diameter of less than 1 mm, then even with a low laser beam power, welding will be performed with deep penetration, which with a large heat sink (described above) can lead to pores remaining, and with a diameter more than 8 mm even - with a high beam power - the penetration process is impractical due to low energy efficiency.

Таким образом, при выполнении наружного облицовочного шва расфокусированным лазерным лучом происходит удаление возможных дефектов, вызванных наложением корневого шва на всю высоту нескошенной части торца кромок, при этом при наличие или отсутствие разделки кромок не влияет на качество сварного шва стыковых тонкостенных соединений.Thus, when performing an external facing seam with a defocused laser beam, possible defects are removed due to the root seam being applied to the entire height of the non-skewed part of the edge of the edges, while the presence or absence of grooves does not affect the quality of the weld of butt thin-walled joints.

В предлагаемом способе гибридной лазерно-дуговой сварки стыковых тонкостенных соединений как с разделкой кромок, так и без разделки устранение дефектов может быть интегрировано многослойную сварку за несколько последовательных проходов, во время которой выполняют:In the proposed method of hybrid laser-arc welding of butt thin-walled joints, both with edge cutting and without cutting, the elimination of defects can be integrated by multilayer welding in several successive passes, during which they perform:

- технологический (прихваточный) шов;- technological (tack) seam;

- первый шов лазерным лучом с диаметром фокального пятна 1-8 мм;- the first seam with a laser beam with a focal spot diameter of 1-8 mm;

- корневой шов гибридной лазерно-дуговой сваркой с использованием лазерного луча на всю величину притупления;- root seam by hybrid laser-arc welding using a laser beam for the entire amount of blunting;

- второй шов (в качестве облицовочного) лазерным лучом с диаметром фокального пятна 1-8 мм.- the second seam (as facing) with a laser beam with a focal spot diameter of 1-8 mm.

Процесс выполнения способа включает действия по выявлению дефектов вершины корневого шва и определению глубины залегания дефектов, ограниченной половиной высоты корневого шва. При этом наличие дефектов может быть установлено различными методами.The process of performing the method includes the steps of identifying defects of the top of the root suture and determining the depth of the defects, limited to half the height of the root suture. Moreover, the presence of defects can be determined by various methods.

Глубину залегания дефектов целесообразно определять экспериментальным путем при предварительной отработке режимов сварки на свариваемых пластинах в соответствии с ГОСТ Р ИСО 15614-12-2009 «Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Проверка процедуры сварки. Часть 12. Точечная, шовная и рельефная сварка». При такой отработке на поперечных и продольных шлифах выявляются дефекты и определяется глубина залегания. Как правило, при отработанных режимах гибридной лазерно-дуговой сварки дефекты залегают на глубину не ниже половины высоты корневого шва.It is advisable to determine the depth of defects by experimental means during preliminary testing of welding modes on the plates to be welded in accordance with GOST R ISO 15614-12-2009 “Technical requirements and certification of welding procedures for metal materials. Checking the welding procedure. Part 12. Spot, seam and relief welding. " With this mining, defects are detected on the transverse and longitudinal sections and the occurrence depth is determined. As a rule, under the established conditions of hybrid laser-arc welding, defects occur at a depth of not less than half the height of the root suture.

Глубину залегания дефектов корневого шва возможно определять после его выполнения, например, методами неразрушающего контроля качества сварных соединений. Необходимо отметить, что в заводских условиях при выпуске продукции неразрушающему контролю подвергаются партии изделий на самостоятельной производственной площадке, например, на площадке ультразвукового контроля, находящейся вне сборочно-сварочного стана и/или вне установки для гибридной лазерно-дуговой сварки. Данное обстоятельство исключает осуществление способа бездефектной сварки стыковых тонкостенных соединений, содержащего определение глубины залегания дефектов, в качестве непрерывного процесса действий над одним стыковым соединением в силу неэффективности такого процесса в промышленных масштабах.The depth of the root joint defects can be determined after its implementation, for example, by the methods of non-destructive quality control of welded joints. It should be noted that in the factory, when manufacturing products, non-destructive testing is performed on batches of products at an independent production site, for example, at an ultrasonic inspection site located outside the assembly-welding mill and / or outside the hybrid laser-arc welding facility. This circumstance excludes the implementation of the method of defect-free welding of butt thin-walled joints, containing the determination of the depth of defects, as a continuous process of action on one butt joint due to the inefficiency of such a process on an industrial scale.

Таким образом, заявляемый способ на практике позволяет получить качественный продукт со сварным швом, лишенный дефектов, и добиться снижения материалоемкости за счет того, что гибридную лазерно-дуговую сварку осуществляют на установке с использованием одной лазерной головки, обеспечивающей выполнение корневого шва и облицовочного шва. При этом нет необходимости в использовании оборудования для подавления дефектов такого, как: дополнительная сварочная головка (как в прототипе RU №2660791), сварочная оптическая (лазерная) головка, сварочная горелка или подогревающее устройство.Thus, the claimed method in practice allows to obtain a high-quality product with a welded joint, free from defects, and to achieve a reduction in material consumption due to the fact that hybrid laser-arc welding is carried out on the installation using a single laser head, ensuring the implementation of the root weld and the facing weld. In this case, there is no need to use equipment for suppressing defects such as: an additional welding head (as in the prototype RU No. 2660791), a welding optical (laser) head, a welding torch or a heating device.

Выполнение предлагаемого способа поясняется на примере сварки труб большого диаметра толщиной 12 мм.The implementation of the proposed method is illustrated by the example of welding large diameter pipes with a thickness of 12 mm

Перед выполнением способа определяют глубину залегания дефектов на образцах в виде пластин, которые сваривают в соответствии с выбранными режимами сварки, применяемыми на сварочном стане для изготовления труб большого диаметра: диаметр фокального пятна лазерного луча при сварке корневого шва 0,4-1,6 мм; мощность лазера 15-20 кВт; для сварочной горелки в качестве электрода проволока диаметром 1,0-2,0 мм; ток сварочный 250-450 А; напряжение дуги 18-28 В; газовая смесь - углекислый газ и аргон; для первого и второго лазерных швов мощность лазера 5-10 кВт; диаметр фокального пятна лазера 3-6 мм; скорость сварки корневого шва 1-3,5 м/мин.Before executing the method, the depth of defects on the samples in the form of plates is determined, which are welded in accordance with the selected welding conditions used on the welding mill for the manufacture of large diameter pipes: the diameter of the focal spot of the laser beam when welding the root weld is 0.4-1.6 mm; laser power 15-20 kW; for a welding torch as an electrode, a wire with a diameter of 1.0-2.0 mm; welding current 250-450 A; arc voltage 18-28 V; gas mixture - carbon dioxide and argon; for the first and second laser seams, the laser power is 5-10 kW; diameter of the focal spot of the laser 3-6 mm; root weld speed 1-3.5 m / min.

Как указывалось выше, поры залегают в вершине корневого шва, при этом статистически установлено, что глубина залегания ограничена половиной высоты корневого шва. Исходя из данного обстоятельства, при выполнении многопроходной сварки сформованной трубной заготовки большого диаметра, устраняют дефекты в вершине корневого шва, ограниченной половиной высоты указанного шва.As indicated above, the pores lie at the top of the root suture, while it has been statistically established that the depth is limited to half the height of the root suture. Based on this circumstance, when performing multi-pass welding of a molded large diameter tubular billet, defects in the apex of the root suture, limited by half the height of the specified suture, are eliminated.

При сварке пластин дефекты обнаружены в вершине корневого шва на глубине залегания 4 мм (от поверхности корневого шва), что составляет величину менее половины высоты корневого шва, равной 12 мм.When welding plates, defects were found at the top of the root suture at a depth of 4 mm (from the surface of the root suture), which is less than half the height of the root suture equal to 12 mm.

Принимая во внимание дефекты в виде пор, вполне возможно обнаружить в вершине корневого шва пластин (образцов) другие дефекты, например, раковины и трещины, которые будут устранены при выполнении заявляемого способа. В ином случае, когда какие-либо дефекты обнаруживаются в корне шва, целесообразно изменить параметры процесса сварки до получения образцов с дефектами, сосредоточенными в вершине шва.Taking into account defects in the form of pores, it is quite possible to detect other defects at the top of the root joint of the plates (samples), for example, shells and cracks, which will be eliminated when performing the proposed method. Otherwise, when any defects are found in the root of the seam, it is advisable to change the parameters of the welding process to obtain samples with defects concentrated at the top of the seam.

Итак, многопроходную сварку стальной сформованной трубной заготовки с Y-образной разделкой кромок осуществляют следующим образом.So, multi-pass welding of a steel molded tubular billet with a Y-shaped cutting edges is as follows.

Методом полуавтоматической сварки в среде защитного газа с плавящимся электродом в виде сварочной проволоки выполняют прихваточный (технологический шов), размещая трубную заготовку на сборочно-сварочном стане.Using the method of semi-automatic welding in a shielding gas medium with a consumable electrode in the form of a welding wire, a tack (technological seam) is made by placing a tube billet on an assembly-welding mill.

Для дальнейшего выполнения способа сформованную трубную заготовку размещают в клети установки гибридной лазерно-дуговой сварки, выполненной со стандартным оборудованием в виде лазерной головки и электродуговой горелки со средством для подачи защитного газа, размещенное перед лазерной головкой с возможностью формирования в процессе сварки общей сварочной ванны. Электродуговая горелка снабжена средством для подачи защитного газа в сторону плавящегося электрода горелки.For the further implementation of the method, the formed tube billet is placed in a cage of a hybrid laser-arc welding installation made with standard equipment in the form of a laser head and an electric arc torch with means for supplying protective gas, placed in front of the laser head with the possibility of forming a common weld pool during welding. The electric arc burner is equipped with a means for supplying a protective gas to the side of the melting electrode of the burner.

На данной установке выполняют первый лазерный шов с использованием расфокусированного лазерного луча с диаметром фокального пятна 4-6 мм, которым полностью переплавляют технологический шов с удалением имеющейся ржавчины и окалины для достижения гладкой поверхности.This installation performs the first laser seam using a defocused laser beam with a focal spot diameter of 4-6 mm, which completely remelts the technological seam with the removal of existing rust and scale to achieve a smooth surface.

Для нанесения корневого шва оказывают одновременное воздействие на свариваемую поверхность лазерного луча и дуги плавящегося электрода в среде защитного газа с образованием общей сварочной ванны. Первым воздействие оказывает сварочная дуга, электрод дуговой горелки наклоняют в сторону направления движения кромок свариваемой поверхности на угол ϕ от 30 до 35° относительно нормали к поверхности свариваемых кромок. Лазерный луч фокусируют в области кромок свариваемой поверхности после точки воздействия дуговой горелки. Расстояние между центром сфокусированного пятна лазерного излучения и точкой дугового контакта электрода дуговой горелки устанавливают от 10 до 15 мм, включительно. Лазерный луч наклоняют в сторону, противоположную направлению движения кромок свариваемой поверхности на угол θ от 20 до 25°, включительно, относительно нормали к поверхности свариваемых кромок. В процессе сварки защитный газ подают в зону лазерного излучения и в зону электрода дуговой горелки. Генератор лазерного луча, может быть любым, подходящим по требуемой мощности.For the application of the root seam, they exert a simultaneous effect on the welded surface of the laser beam and the arc of the consumable electrode in a shielding gas medium with the formation of a common weld pool. The first effect is the welding arc, the arc torch electrode is tilted in the direction of movement of the edges of the welded surface by an angle ϕ from 30 to 35 ° relative to the normal to the surface of the welded edges. The laser beam is focused in the region of the edges of the welded surface after the point of impact of the arc torch. The distance between the center of the focused spot of laser radiation and the point of arc contact of the electrode of the arc burner is set from 10 to 15 mm, inclusive. The laser beam is tilted in the direction opposite to the direction of movement of the edges of the welded surface at an angle θ from 20 to 25 °, inclusive, relative to the normal to the surface of the welded edges. In the process of welding, shielding gas is supplied to the laser radiation zone and to the electrode zone of the arc torch. The laser beam generator can be any suitable for the required power.

После получения корневого шва выполняют устранение дефектов указанного шва, залегающих на глубине 4 мм, а также неровности путем выполнения облицовочного шва лазерным лучом с диаметром фокального пятна 4-6 мм.After receiving the root suture, defects of the specified suture occurring at a depth of 4 mm, as well as irregularities are performed by performing a facing seam with a laser beam with a focal spot diameter of 4-6 mm.

Таким образом, процесс гибридной лазерно-дуговой сварки стыковых соединений небольшой толщины, осуществляемый с попутным устранением дефектов в корневом шве и с разглаживанием поверхности сварного шва, приводит к снижению материалоемкости самого процесса сварки, т.к. в предлагаемом способе нет необходимости в использовании иного оборудования, чем стандартное оборудование установки гибридной лазерно-дуговой сварки. Так, для предлагаемой многопроходной сварки стыкового соединения используют одну и ту же лазерную головку, перенастраивая параметры оптической головки и сварочной горелки для выполнения корневого шва и облицовочного шва.Thus, the process of hybrid laser-arc welding of butt joints of small thickness, carried out with the simultaneous elimination of defects in the root seam and smoothing the surface of the weld, reduces the material consumption of the welding process itself, because in the proposed method, there is no need to use other equipment than the standard equipment of the hybrid laser-arc welding installation. So, for the proposed multi-pass welding of the butt joint, the same laser head is used, reconfiguring the parameters of the optical head and the welding torch to make the root seam and the facing seam.

При производстве труб большого диаметра после завершения предлагаемого способа осуществляется этап контроля качества продукта методом ультразвукового контроля.In the production of large diameter pipes, after the completion of the proposed method, the stage of product quality control by ultrasonic testing is performed.

Claims (2)

1. Способ гибридной лазерно-дуговой сварки тонкостенных стыковых соединений, включающий выполнение корневого шва электрической дуговой сваркой с плавящимся электродом в среде защитного газа совместно с лазерной сваркой в единой сварочной ванне, при этом лазерным лучом воздействуют на величину притупления кромок, отличающийся тем, что выявляют дефекты вершины корневого шва, залегающие на глубину, ограниченную половиной высоты корневого шва, которые удаляют путем выполнения наружного облицовочного шва с использованием расфокусированного лазерного луча с диаметром фокального пятна от 1 до 8 мм, которым воздействуют на всю глубину залегания дефектов корневого шва.1. A method of hybrid laser-arc welding of thin-walled butt joints, including the implementation of the root seam by electric arc welding with a consumable electrode in a shielding gas medium together with laser welding in a single weld pool, with a laser beam affecting the edge bluntness, characterized in that it reveals defects of the top of the root suture, lying to a depth limited to half the height of the root suture, which is removed by performing an external facing suture using defocused laser beam with a focal spot diameter of 1 to 8 mm, which affects the entire depth of the root suture defects. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дефекты выявляют с использованием образца, на котором осуществляют выполнение корневого шва.2. The method according to p. 1, characterized in that the defects are detected using a sample on which the root suture is performed.
RU2018138499A 2018-10-31 2018-10-31 Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thin-wall butt joints RU2697756C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018138499A RU2697756C1 (en) 2018-10-31 2018-10-31 Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thin-wall butt joints

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018138499A RU2697756C1 (en) 2018-10-31 2018-10-31 Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thin-wall butt joints

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2697756C1 true RU2697756C1 (en) 2019-08-19

Family

ID=67640625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018138499A RU2697756C1 (en) 2018-10-31 2018-10-31 Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thin-wall butt joints

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2697756C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000000320A1 (en) * 1998-06-29 2000-01-06 Automated Welding Systems Incorporated Method of laser welding tailored blanks
US20100243621A1 (en) * 2009-03-31 2010-09-30 General Electric Company High-powered laser beam welding and assembly therefor
EP2698223B1 (en) * 2012-08-13 2015-10-14 General Electric Company A process of welding to repair thick sections using two arc welding devices and a laser device
CN106271139A (en) * 2016-08-25 2017-01-04 南京先进激光技术研究院 A kind of Invar steel laser electrical arc complex welding method
RU2639182C1 (en) * 2017-01-31 2017-12-20 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of repair of longitudinal pipe weld, applied by laser welding
RU2660791C1 (en) * 2017-07-04 2018-07-09 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") LASER-ARC WELDING METHOD OF THE WORKPIECES BUTT JOINT OF CARBON STEEL WITH THE WALLS THICKNESS OF 10-45 mm
RU2668641C1 (en) * 2017-08-14 2018-10-02 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of laser-arc welding of steel formulated pipe stock

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000000320A1 (en) * 1998-06-29 2000-01-06 Automated Welding Systems Incorporated Method of laser welding tailored blanks
US20100243621A1 (en) * 2009-03-31 2010-09-30 General Electric Company High-powered laser beam welding and assembly therefor
EP2246144B1 (en) * 2009-03-31 2015-02-25 General Electric Company A method of high-powered laser beam welding of articles using a metallic shim produding from the surfaces of the articles ; Assembly therefore
EP2698223B1 (en) * 2012-08-13 2015-10-14 General Electric Company A process of welding to repair thick sections using two arc welding devices and a laser device
CN106271139A (en) * 2016-08-25 2017-01-04 南京先进激光技术研究院 A kind of Invar steel laser electrical arc complex welding method
RU2639182C1 (en) * 2017-01-31 2017-12-20 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of repair of longitudinal pipe weld, applied by laser welding
RU2660791C1 (en) * 2017-07-04 2018-07-09 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") LASER-ARC WELDING METHOD OF THE WORKPIECES BUTT JOINT OF CARBON STEEL WITH THE WALLS THICKNESS OF 10-45 mm
RU2668641C1 (en) * 2017-08-14 2018-10-02 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Method of laser-arc welding of steel formulated pipe stock

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Casalino et al. Study on arc and laser powers in the hybrid welding of AA5754 Al-alloy
US9457432B2 (en) Apparatus and method for laser cleaning of coated materials prior to welding
CN104907696B (en) A kind of laser-arc hybrid welding in industry method considering welding current value
US20130087543A1 (en) Apparatus and method for post weld laser release of gas build up in a gmaw weld
JPWO2010061422A1 (en) Composite welding method and composite welding equipment
JP5495118B2 (en) Laser lap welding method of galvanized steel sheet
RU2668641C1 (en) Method of laser-arc welding of steel formulated pipe stock
DK2954969T3 (en) MULTI-ELECTRODE ELECTROGAS ELECTROGAS WELDING PROCEDURE FOR THICK STEEL PLATES AND MULTI-ELECTRODE ELECTROGAS PERFERENCE ARC WELDING PROCEDURE FOR STEEL
JP2009119485A (en) Manufacturing method of welded section steel
Kadoi et al. Development of high-efficiency/high-quality hot-wire laser fillet welding process
US11786989B2 (en) Method for splash-free welding, in particular using a solid-state laser
CN107414292A (en) A kind of titanium alloy parts defect laser accurate repairs soldering method
RU2660791C1 (en) LASER-ARC WELDING METHOD OF THE WORKPIECES BUTT JOINT OF CARBON STEEL WITH THE WALLS THICKNESS OF 10-45 mm
JP2014018804A (en) One side welding method
RU2679858C1 (en) Method of hybrid laser-arc welding of steel thick-walled structures
JP2011230158A (en) Laser lap welding method for galvanized steel sheet
RU2578303C1 (en) Method of laser-arc welding of vertical joints of thick-sheet steel structures
JP4352143B2 (en) Method and apparatus for preventing or repairing hole defects in laser spot welding
JP2014018816A (en) Welded steel pipe and method of manufacturing the same
CN106583925A (en) Laser welding method for galvanized steel sheets for automobile
JP2007307591A (en) Method for manufacturing building member
RU2697756C1 (en) Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thin-wall butt joints
RU2668625C1 (en) Formulated pipe stock butt joint laser-arc welding with consumable electrode method in an atmosphere of shielding gas
JPH06198472A (en) High-speed laser beam welding method
JP5803160B2 (en) Laser welded steel pipe manufacturing method