RU2704948C1

RU2704948C1 - Method of welding large-diameter pipes

Info

Publication number: RU2704948C1
Application number: RU2018147648A
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Романцов; Александр Игоревич Романцов; Михаил Александрович Федоров; Антон Александрович Черняев; Александр Олегович Котлов
Original assignee: Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ")
Priority date: 2018-12-30
Filing date: 2018-12-30
Publication date: 2019-10-31

Abstract

FIELD: manufacturing technology.

SUBSTANCE: invention relates to production of large-diameter pipes, in particular to welding of molded cylindrical workpieces. In the method of welding large-diameter pipes there used is a tubular billet with edges blunting without a tack weld. Tubular billet is placed in assembly and welding mill of assembly-welding mill, where by means of roller beams leveling edges along height and compressing tube billet throughout the assembly-and-welding stand. Then working suture is applied with laser or hybrid laser-arc welding with penetration of blunting. Laser head is positioned so that the welding bath is located in the middle of the length of the roller beams.

EFFECT: simple system for guiding the laser beam on the edge joint.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к производству труб большого диаметра, в частности, сварке сформованных цилиндрических заготовок.The invention relates to the production of large diameter pipes, in particular, welding of molded cylindrical billets.

В настоящее время все большее применение в этой области получает лазерная и лазерно-дуговая сварка из-за возможности уменьшения погонной энергии при одновременном увеличении глубины проплавления и скорости сварки.Currently, laser and laser-arc welding are increasingly being used in this area because of the possibility of reducing heat input while increasing the penetration depth and welding speed.

Известен способ многослойной сварки труб из патента RU № 2511191, включающий стыковку кромок и наложение прихваточного шва дуговой сваркой, после чего лазерной или гибридной лазерно-дуговой сваркой накладывают основной рабочий шов с переправлением прихваточного шва и проплавлением притупления кромок. Способ позволяет значительно уменьшить погонную энергию и повысить механические свойства металла шва.A known method of multilayer welding of pipes from patent RU No. 2511191, including the joining of the edges and the application of the tack weld by arc welding, after which laser or hybrid laser-arc welding impose the main working seam with the transfer of the tack weld and the melting of blunt edges. The method can significantly reduce the linear energy and increase the mechanical properties of the weld metal.

Прихваточный шов, который накладывают первым, необходим только для предотвращения перемещения кромок относительно друг друга при последующей сварке рабочего шва и появления «горячих трещин» во время кристаллизации металла. Прихваточный шов, безусловно, необходим при выполнении первого рабочего шва многодуговой сваркой, когда ширина и длина сварочной ванны достигает соответственно нескольких десятков и сотен миллиметров, когда кристаллизация её занимает продолжительное время, превышающее по величине время прохождения сечения ванны через роликовые обоймы (балки) клети сборочно-сварочного стана.The tack weld, which is applied first, is only necessary to prevent the edges from moving relative to each other during subsequent welding of the weld and the appearance of "hot cracks" during the crystallization of the metal. The tack weld, of course, is necessary when performing the first working seam by multi-arc welding, when the width and length of the weld pool reaches several tens and hundreds of millimeters, respectively, when its crystallization takes a long time, exceeding the passage time of the bath cross section through the roller clips (beams) of the assembly stand -welding mill.

Наложенный прихваточный шов закрывает стык кромок, и при последующей лазерной сварке точное наведение луча на этот стык для проплавления обеих кромок притупления становится очень сложной задачей.An applied tack weld closes the joint of the edges, and during subsequent laser welding, precise beam guidance at this joint to melt both blunt edges becomes a very difficult task.

Технической проблемой заявляемого изобретения является сложность наведения лазерного луча на стык кромок после выполнения прихваточного шва.A technical problem of the claimed invention is the difficulty of pointing the laser beam at the joint of the edges after the tack seam.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение производительности процесса сварки и упрощение системы наведения лазерного луча на стык кромок.The technical result of the proposed method is to increase the productivity of the welding process and simplify the system of pointing the laser beam at the edge joint.

Заявленный технический результат достигается за счёт того, что в способе сварки труб большого диаметра используют трубную заготовку с притуплением кромок без прихваточного шва, трубную заготовку размещают в сборочно-сварочной клети сборочно-сварочного стана, где с помощью роликовых балок выравнивают кромки по высоте и сжимают трубную заготовку на всем протяжении сборочно-сварочной клети, после чего осуществляют наложение рабочего шва лазерной или гибридной лазерно-дуговой сваркой с проплавлением притупления, причем лазерную головку располагают так, чтобы сварочная ванна находилась посередине длины роликовых балок.The claimed technical result is achieved due to the fact that in the method of welding large diameter pipes, a tube stock with blunting edges without a tack weld is used, the tube stock is placed in the assembly-welding stand of the assembly-welding mill, where the edges are aligned using roller beams in height and the tube is compressed the workpiece throughout the assembly and welding stand, after which the working seam is superimposed by laser or hybrid laser-arc welding with penetration blunting, and the laser head arranged so that the weld pool is in the middle of roller beam length.

Заявляемый способ поясняется с помощью фигуры, на которой показан вид на сборочно-сварочный стан со стороны подачи трубной заготовки и позициями 1-6 обозначены:The inventive method is illustrated using the figure, which shows a view of the assembly and welding mill from the supply side of the pipe billet and positions 1-6 indicate:

1 – платформа;1 - platform;

2 – сборочно-сварочная клеть;2 - assembly and welding stand;

3 – роликовая балка;3 - roller beam;

4 – трубная заготовка;4 - pipe billet;

5 – цепной транспортёр;5 - chain conveyor;

6 – площадка.6 - platform.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Для сварки используют трубную заготовку с притуплением кромок без наложения прихваточного шва. Трубная заготовка 4 поступает в сборочно-сварочную клеть 2 посредством цепного транспортера 5. For welding use a tube billet with blunting edges without tacking. The pipe billet 4 enters the assembly and welding stand 2 by means of a chain conveyor 5.

На платформе 1 расположены колонна со сварочной головкой и механизмами регулирования вертикального и горизонтального положения сварочной головки, бухта сварочной проволоки, источник питания электрической дуги и другие вспомогательные устройства.On the platform 1 there is a column with a welding head and mechanisms for regulating the vertical and horizontal position of the welding head, a coil of welding wire, an electric arc power source and other auxiliary devices.

Площадка 6 – это рабочее место оператора-сварщика. Здесь расположены пульты управления и устройства визуализации и задания параметров процесса – сенсорные мониторы.Site 6 is the workplace of the operator-welder. Here are the control panels and visualization devices and process parameters - touch monitors.

Три роликовых балки 3, расположенных сверху, выравнивают кромки трубной заготовки 4 по высоте и отсутствуют в месте, где расположен сканирующий датчик, а за ним – сварочная головка. Остальные роликовые балки 3 сжимают трубную заготовку 4 на всем протяжении сборочно-сварочной клети.Three roller beams 3, located on top, align the edges of the pipe billet 4 in height and are absent in the place where the scanning sensor is located, and behind it is the welding head. The remaining roller beams 3 compress the tube billet 4 along the entire assembly and welding stand.

Затем при стыковке кромок трубной заготовки 4 накладывают рабочий шов лазерной или гибридной сваркой с проплавлением притупления. Поскольку погонная энергия при этом, по крайней мере, в 10 раз меньше, чем при многодуговой сварке, а ширина и длина сварочной ванны составляет соответственно единицы и десятки миллиметров, её кристаллизация происходит значительно быстрее – за единицы секунд. Это значит, что даже при скорости сварки 3 м/мин (50 мм/сек) на расстоянии 500 мм от точки входа лазерного луча за 10 с металл сварочной ванны уже не подвержен образованию «горячих трещин». Then, when joining the edges of the pipe billet 4 impose a working seam by laser or hybrid welding with penetration blunting. Since the linear energy in this case is at least 10 times less than with multi-arc welding, and the width and length of the weld pool are units and tens of millimeters, respectively, its crystallization occurs much faster - in units of seconds. This means that even at a welding speed of 3 m / min (50 mm / s) at a distance of 500 mm from the laser beam entry point in 10 s, the weld pool metal is no longer susceptible to the formation of “hot cracks”.

Длина роликовых балок сборочно-сварочного стана составляет около 1500 мм, и на всем этом расстоянии прижатые кромки притупления остаются неподвижными относительно друг друга. Для обеспечения симметрии по неподвижности кромок относительно сварочной ванны лазерную головку располагают так, чтобы сварочная ванна находилась на середине длины роликовых балок. На этом участке притупления кромок уже прижаты друг к другу и выровнены по высоте, и середина этого участка наиболее устойчива от их смещения относительно друг друга. The length of the roller beams of the assembly and welding mill is about 1500 mm, and at all this distance the pressed edges of the blunting remain motionless relative to each other. To ensure symmetry in the immobility of the edges relative to the weld pool, the laser head is positioned so that the weld pool is in the middle of the length of the roller beams. In this section, the blunting of the edges is already pressed against each other and aligned in height, and the middle of this section is most stable from their displacement relative to each other.

Режимы сварки ограничены оборудованием (максимальная мощность лазера и лазерной головки) и зависят от величины притупления, которая, в свою очередь, выбирается такой, чтобы при заданной производительности сварки (ее скорости) и допустимой мощности лазера обеспечивалось проплавление притупления, но не было протеков металла. Они образуются тогда, когда давление расплавленного металла, зависящее от его объема в сварочной ванне – от ее ширины и глубины (глубина равна притуплению), превышает почти единственную силу, удерживающую металл сварочной ванны между кромками – силу поверхностного натяжения пленки этого металла снизу.Welding modes are limited by equipment (maximum power of the laser and the laser head) and depend on the blunting value, which, in turn, is chosen such that, at a given welding productivity (its speed) and the laser's allowable power, blunting is fused, but there are no metal leaks. They are formed when the pressure of the molten metal, which depends on its volume in the weld pool - on its width and depth (depth is equal to blunting) exceeds almost the only force that holds the weld pool metal between the edges - the surface tension of the film of this metal from below.

Как видно из этого, далеко не полного перечисления факторов, влияющих на сварку, выбор ее режимов является сложной задачей и требует индивидуального подхода на каждый сортамент изготавливаемой трубы. Режимы проверяются экспериментально сначала на пластинах.As can be seen from this, far from a complete list of factors affecting welding, the choice of its modes is a difficult task and requires an individual approach to each assortment of pipes made. Modes are checked experimentally first on the plates.

Предлагаемый способ позволяет исключить дополнительную операцию – сварку прихваточного шва, тем самым повысить производительность процесса и значительно упростить систему наведения лазерного луча на стык кромок. The proposed method eliminates the additional operation - welding of the tack weld, thereby increasing the productivity of the process and greatly simplify the system of pointing the laser beam at the edge joint.

Claims

A method of welding large diameter pipes, including preparing a tube billet with blunting edges, placing and moving it in an assembly and welding stand of an assembly and welding mill, in which at least three roller beams are located on top, and laser or hybrid laser-arc welding of the working seam, characterized in that the laser head in the assembly-welding mill is placed in the middle of the length of the roller beams, while using the roller beams of the assembly-welding stand located on top of the tube billet, cutting edges along the height and crimping the tube stock throughout the assembly and welding stand, and welding the weld with a laser head is performed to melt the blunt edges of the welded edges, and the tube blank is further crimped by means of roller beams after welding.