RU2710090C1 - Laser-arc welding method - Google Patents
Laser-arc welding method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2710090C1 RU2710090C1 RU2018138443A RU2018138443A RU2710090C1 RU 2710090 C1 RU2710090 C1 RU 2710090C1 RU 2018138443 A RU2018138443 A RU 2018138443A RU 2018138443 A RU2018138443 A RU 2018138443A RU 2710090 C1 RU2710090 C1 RU 2710090C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- laser
- electric arc
- arc welding
- consumable
- 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
- B23K26/351—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for trimming or tuning of electrical components
-
- 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
- B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
Abstract
Description
Изобретение относится к области лазерно-дуговой сварки и может быть использовано в разных отраслях промышленности, например, при производстве труб.The invention relates to the field of laser-arc welding and can be used in various industries, for example, in the production of pipes.
Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ лазерно-дуговой сварки из патента RU 2403135, по которому проплавление выполняют снаружи с формированием одной сварочной ванны, интервал между точкой фокусировки лазерного луча и точкой горения электрической дуги регулируют в зависимости от информации, получаемой в результате выявления и анализа параметров соединения в реальном времени в ходе выполнения проплавления. В этом способе используют регулируемый в реальном времени параметр − расстояние между точками горения электрической дуги и фокусировки лазерного луча. От этого расстояния при неизменности всех остальных параметров, а именно мощности лазерного излучения, фокусировки луча, напряжения, тока, вылета сварочного электрода, зависит соотношение лазерного излучения, расходуемого на проплавление кромок детали и на расплавление присадочного плавящегося сварочного электрода. От этого соотношения также зависит форма сварочного соединения – высота и ширина шва, глубина проплавления, что является определяющим результатом сварки. Эти же самые параметры сварного соединения предложено использовать в качестве информации для регулирования расстояния между точкой горения дуги и фокуса лазерного луча.The closest analogue to the claimed method is the laser-arc welding method from patent RU 2403135, in which the penetration is performed externally with the formation of one weld pool, the interval between the focus point of the laser beam and the burning point of the electric arc is controlled depending on the information obtained by identifying and analysis of connection parameters in real time during the implementation of the penetration. This method uses a real-time adjustable parameter — the distance between the points of burning of the electric arc and the focusing of the laser beam. The ratio of the laser radiation used to melt the edges of the part and to melt the filler welding consumable depends on this distance, with all other parameters remaining unchanged, namely, laser radiation power, beam focusing, voltage, current, and welding electrode overhang. The shape of the welding joint also depends on this ratio - the height and width of the weld, the depth of penetration, which is the determining result of welding. It is proposed to use these same parameters of the welded joint as information for regulating the distance between the burning point of the arc and the focus of the laser beam.
Однако очень трудно оценить ширину и высоту шва в области факела электрической дуги и столба лазерного излучения, а глубину шва определить оперативно вообще нельзя, так что возможность предлагаемого регулирования, в том числе в реальном времени, затруднительна.However, it is very difficult to estimate the width and height of the seam in the region of the torch of the electric arc and the column of laser radiation, and the depth of the seam can not be determined operatively at all, so the possibility of the proposed regulation, including in real time, is difficult.
Распределение функций электрической дуги с плавящимся электродом и лазерного излучения при лазерно-дуговой сварке четко разграничено: первая служит для подачи присадочного материала и расширения верхней части ванны, второе − для глубокого проплавления свариваемых кромок, причем сварочная ванна должна быть общей для минимизации погонной энергии при заданной глубине проплавления и повышения устойчивости процесса. Объем подаваемого присадочного материала определяется скоростью расплавления и подачи плавящегося сварочного электрода, которая должна полностью определяться электрическими параметрами дуги. Чрезмерное приближение точки горения электрической дуги, совпадающей с одним концом плавящегося сварочного электрода, к столбу лазерного излучения вызовет резкое увеличение скорости плавления плавящегося сварочного электрода, колебания электрических параметров и уменьшение части энергии излучения лазера, расходуемой на проплавление свариваемых кромок, что вызовет уменьшение глубины провара. Чрезмерное удаление точки горения дуги от столба излучения лазера снизит стабильность процесса и нарушит общность сварочной ванны – разделит ее на две половины, что опять же уменьшит глубину провара.The distribution of the functions of an electric arc with a consumable electrode and laser radiation during laser-arc welding is clearly delineated: the first serves to supply filler material and expand the upper part of the bath, the second to deep melt the welded edges, and the weld pool should be common to minimize the linear energy for a given depth of penetration and increase process stability. The volume of supplied filler material is determined by the rate of melting and supply of the consumable welding electrode, which should be completely determined by the electric parameters of the arc. Excessive approach of the burning point of the electric arc, which coincides with one end of the consumable welding electrode, to the column of laser radiation will cause a sharp increase in the melting speed of the consumable welding electrode, fluctuations in the electrical parameters and a decrease in the part of the laser radiation energy spent on the fusion of the welded edges, which will reduce the penetration depth. Excessive removal of the arc burning point from the laser emission column will reduce the stability of the process and violate the weld pool generality - divide it into two halves, which again reduces the penetration depth.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является недостаточно стабильный процесс сварки и параметры сварного шва из-за сложности обеспечение их контроля в реальном времени.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is the insufficiently stable welding process and the parameters of the weld due to the difficulty of ensuring their control in real time.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении стабильности процесса лазерно-дуговой сварки и параметров сварного соединения.The technical result of the invention is to increase the stability of the laser-arc welding process and the parameters of the welded joint.
Заявляемый технический результат достигается за счёт того, что в способе лазерно-дуговой сварки осуществляют предварительный этап электродуговой сварки на пробном образце и при установившемся процессе электродуговой сварки определяют область изменения и максимальное значение скорости подачи плавящегося сварочного электрода при электродуговой сварке в режиме поддержания заданных значений тока электрической дуги, напряжения электрической дуги и вылета плавящегося сварочного электрода, после чего осуществляют лазерно-дуговую сварку снаружи свариваемой детали с формированием одной сварочной ванны при заданных значениях тока электрической дуги, напряжения электрической дуги и вылета плавящегося сварочного электрода, при этом в реальном времени контролируют скорость подачи плавящегося сварочного электрода и поддерживают скорость подачи плавящегося сварочного электрода на предварительно зафиксированном максимальном значении путем регулирования расстояния по горизонтали между лазерным лучом и точкой горения электрической дуги.The claimed technical result is achieved due to the fact that in the method of laser-arc welding, a preliminary stage of electric arc welding is performed on a test sample, and during the steady-state process of electric arc welding, the region of change and the maximum feed rate of the consumable welding electrode during electric arc welding are maintained in the mode of maintaining the set values of the electric current arc, voltage of the electric arc and the departure of the consumable welding electrode, and then carry out laser-arc welding at the outside of the welded part with the formation of one weld pool at specified values of the arc current, voltage of the arc and the departure of the consumable welding electrode, the feed rate of the consumable welding electrode is controlled in real time and the feed rate of the consumable welding electrode is maintained at a pre-set maximum value by adjusting horizontal distance between the laser beam and the burning point of the electric arc.
Благодаря предварительному определению диапазона изменения скорости подачи плавящегося сварочного электрода, включая её максимальное значение, на этапе электродуговой сварки и поддержанию максимального значения скорости подачи плавящегося сварочного электрода при лазерно-дуговой сварке обеспечивается повышение стабильности режима сварки, что обеспечивает стабильность параметров сварного шва и качества сварки в целом.By preliminarily determining the range of variation of the feed rate of the consumable welding electrode, including its maximum value, at the stage of electric arc welding and maintaining the maximum value of the feed rate of the consumable welding electrode during laser-arc welding, the stability of the welding mode is increased, which ensures the stability of the parameters of the weld and welding quality in whole.
Заявляемое изобретение поясняется с помощью фиг. и фото, на которых изображено:The invention is illustrated using FIG. and photos that show:
на фиг. – электромеханическая часть устройства для осуществления заявляемого способа;in FIG. - the electromechanical part of the device for implementing the proposed method;
на фото – снимок экрана монитора ПК, где показано одно из окон визуализации системы управления сваркой. in the photo - a screenshot of the PC monitor, which shows one of the visualization windows of the welding control system.
На фото и фиг. позициями 1-14 показаны:In the photo and FIG. Positions 1-14 show:
1 – свариваемая деталь;1 - welded part;
2 – сварочная ванна;2 - weld pool;
3 – лазерный луч;3 - a laser beam;
4 – плавящийся сварочный электрод;4 - melting welding electrode;
5 – охлаждаемое водой сопло для подачи защитного газа;5 - water-cooled nozzle for supplying a protective gas;
6 – кронштейн;6 - bracket;
7 – шланг для подачи плавящегося сварочного электрода, охлаждающей воды, защитного газа, тока дуги;7 - a hose for supplying a consumable welding electrode, cooling water, shielding gas, arc current;
8 – червячный механизм для регулирования расстояния между лучом лазера и плавящимся сварочным электродом;8 - a worm mechanism for adjusting the distance between the laser beam and the consumable welding electrode;
9 – привод червячного механизма;9 - drive worm gear;
10 – сварочный наконечник;10 - welding tip;
11 – столб электрической дуги;11 - a column of an electric arc;
12 – график тока;12 is a current graph;
13 – график напряжения;13 is a voltage graph;
14 – график скорости подачи плавящегося сварочного электрода.14 is a graph of the feed rate of a consumable welding electrode.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
Предварительную электродуговую сварку без лазера производят на любой подходящей для этого пластине – пробном образце, задав перед этим в систему управления сваркой значения тока и напряжения электрической дуги, скорости сварки и выставив необходимое значение вылета электрода, определяемое как расстояние от конца сварочного наконечника 10 – медного цилиндра с осевым отверстием, через которое проходит плавящийся сварочный электрод 4 и который предназначен для подвода к ней сварочного тока, – до поверхности свариваемой детали 1.Preliminary arc welding without a laser is performed on any suitable plate for this purpose - a test sample, by setting the current and voltage of the electric arc, the welding speed in the welding control system and setting the required electrode extension value, defined as the distance from the end of the
В современных сварочных агрегатах для управления параметрами сварки используют программные регуляторы, построенные на контроллерах – электронных вычислительных устройствах с разветвленной периферией, связанной с ПК – для визуализации процесса и задания его параметров; датчиками тока, напряжения и скорости сварки; сварочным источником питания, приводом подачи плавящегося сварочного электрода, приводом телеги, на которой лежит свариваемая деталь, чтобы управлять соответственно напряжением и током дуги, скоростью сварки; другими датчиками и исполнительными механизмами.In modern welding units, software controllers are used to control the welding parameters, built on controllers - electronic computing devices with branched peripherals connected to a PC - to visualize the process and set its parameters; sensors of current, voltage and welding speed; a welding power source, a feed drive for a consumable welding electrode, a cart drive on which the part to be welded lies, in order to control the arc voltage and current, respectively, the welding speed; other sensors and actuators.
Начало сварки всегда сопряжено с переходным режимом, поскольку оно сопровождается коротким замыканием при касании плавящегося сварочного электрода свариваемого металла и, естественно, повышенным значением тока. Время переходного процесса до перехода в установившийся режим зависит от многих факторов – от заданных режимов сварки и, конечно, от качества системы автоматического регулирования (САР). На фото графики изменения параметров показывают, что качество работы САР близко к идеальному – переходный процесс почти отсутствует. Установившийся режим можно считать наступившим, когда колебания тока не будут превышать ± 5% от среднего значения.The start of welding is always associated with a transitional mode, since it is accompanied by a short circuit when the melting welding electrode of the metal being welded touches and, naturally, an increased current value. The time of the transition process to transition to the steady state depends on many factors - on the specified welding modes and, of course, on the quality of the automatic control system (ATS). In the photo, the graphs of parameter changes show that the quality of the ATS is close to ideal - the transition process is almost absent. The steady state can be considered to have come when the current fluctuations will not exceed ± 5% of the average value.
При установившемся процессе дуговой сварки определяют область изменения и максимальную Vm скорость подачи плавящегося сварочного электрода при электродуговой сварке в отсутствие лазерного излучения при тех же заданных значениях тока, напряжения дуги и вылета плавящегося сварочного электрода. In the steady-state process of arc welding, the range of variation and the maximum feed rate of the consumable welding electrode during VG welding in the absence of laser radiation are determined at the same specified values of current, arc voltage, and outflow of the consumable welding electrode.
Затем при лазерно-дуговой сварке на свариваемой детали 1 на тех же режимах электродуговой сварки контролируют скорость подачи плавящегося сварочного электрода 4. Сварку осуществляют снаружи свариваемой детали 1 с образованием одной сварочной ванны 2 в области лазерного луча 3 и столба 11 электрической дуги.Then, during laser-arc welding on the
Скорость подачи плавящегося сварочного электрода 4 поддерживают на предварительно зафиксированном максимальном значении Vm путем регулирования расстояния по горизонтали между лазерным лучом 3 и точкой горения электрической дуги, совпадающей с одним концом плавящегося сварочного электрода 4, который подают через сварочный наконечник 10, соединённый с охлаждаемым водой соплом 5 для подачи защитного газа через шланг 7 и удерживаемый кронштейном 6.The feed rate of the
В зависимости от знака отклонения скорости подачи плавящегося сварочного электрода 4 от определенного максимального значения скорости Vm, регулятор расстояния, выполненный на том же контроллере, что и основные регуляторы, будет вращать привод 9 червячного механизма 8 в ту или другую сторону, с той или иной интенсивностью в зависимости от величины рассогласования, поддерживая скорость подачи плавящегося сварочного электрода 4 равной Vm.Depending on the sign of the deviation of the feed rate of the
На фото снимка экрана монитора ПК показано одно из окон визуализации системы управления сваркой, в котором отображаются параметры электрической дуги, в т.ч. графики тока 12, напряжения 13 на верхней половине окна и скорости 14 подачи плавящегося сварочного электрода – на нижней половине.The photo of the screenshot of the PC monitor shows one of the visualization windows of the welding control system, which displays the parameters of the electric arc, incl. graphs of current 12,
На фото максимальное значение скорости подачи плавящегося сварочного электрода составляет 50% от максимально возможной, равной 14 м/мин, которая при отсутствии лазерного излучения в основном определяется фактическими значениями тока и напряжения, диаметром и вылетом плавящегося сварочного электрода. Считая последние два параметра неизменными, а первые два – достаточно точно поддерживаемыми системой регулирования, можно принять в этом случае максимальную скорость подачи плавящегося сварочного электрода Vm, равной 7 м/мин.In the photo, the maximum value of the feed rate of the melting welding electrode is 50% of the maximum possible, equal to 14 m / min, which in the absence of laser radiation is mainly determined by the actual values of current and voltage, diameter and reach of the melting welding electrode. Considering the last two parameters to be unchanged, and the first two to be quite accurately supported by the control system, in this case we can take the maximum feed rate of the consumable welding electrode Vm equal to 7 m / min.
Использование предлагаемого способа позволит оперативно исключить ответвление энергии лазера на лишнюю подачу присадочного материала в зону сварки, тем самым стабилизировать параметры сварного соединения и сам процесс сварки.Using the proposed method will quickly exclude the branching of laser energy to excess filler material in the welding zone, thereby stabilizing the parameters of the welded joint and the welding process itself.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018138443A RU2710090C1 (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Laser-arc welding method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018138443A RU2710090C1 (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Laser-arc welding method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2710090C1 true RU2710090C1 (en) | 2019-12-24 |
Family
ID=69023011
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018138443A RU2710090C1 (en) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | Laser-arc welding method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2710090C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4119828A (en) * | 1977-02-08 | 1978-10-10 | Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelsky Proektno-Konstruktorsky I Tekhnologichesky Institut Elektrosvarochnogo Oborudovania | Method of plasma multiarc welding by permanently burning direct-current arcs |
SU1299730A2 (en) * | 1985-07-23 | 1987-03-30 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Method of electric arc welding by consumable electrode with short closings of arc gap |
US5066846A (en) * | 1990-06-26 | 1991-11-19 | Westinghouse Electric Corp. | System and method for laser welding the inner surface of heat exchanger tubes |
RU2053075C1 (en) * | 1993-04-26 | 1996-01-27 | Владимир Владимирович Ветер | Process of electric arc welding of joints of steel articles with consumable electrode |
RU2212322C1 (en) * | 2002-11-12 | 2003-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПВВ-99" | Method of arc welding |
RU2403135C2 (en) * | 2005-06-02 | 2010-11-10 | Серимакс | Method of welding combining using laser beam and electric arc with consumable electrode for welding metal pipes laid butted to form metal pipelines |
RU2668625C1 (en) * | 2017-08-16 | 2018-10-02 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Formulated pipe stock butt joint laser-arc welding with consumable electrode method in an atmosphere of shielding gas |
-
2018
- 2018-10-31 RU RU2018138443A patent/RU2710090C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4119828A (en) * | 1977-02-08 | 1978-10-10 | Vsesojuzny Nauchno-Issledovatelsky Proektno-Konstruktorsky I Tekhnologichesky Institut Elektrosvarochnogo Oborudovania | Method of plasma multiarc welding by permanently burning direct-current arcs |
SU1299730A2 (en) * | 1985-07-23 | 1987-03-30 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Method of electric arc welding by consumable electrode with short closings of arc gap |
US5066846A (en) * | 1990-06-26 | 1991-11-19 | Westinghouse Electric Corp. | System and method for laser welding the inner surface of heat exchanger tubes |
RU2053075C1 (en) * | 1993-04-26 | 1996-01-27 | Владимир Владимирович Ветер | Process of electric arc welding of joints of steel articles with consumable electrode |
RU2212322C1 (en) * | 2002-11-12 | 2003-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПВВ-99" | Method of arc welding |
RU2403135C2 (en) * | 2005-06-02 | 2010-11-10 | Серимакс | Method of welding combining using laser beam and electric arc with consumable electrode for welding metal pipes laid butted to form metal pipelines |
RU2668625C1 (en) * | 2017-08-16 | 2018-10-02 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Formulated pipe stock butt joint laser-arc welding with consumable electrode method in an atmosphere of shielding gas |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA3066650C (en) | Coaxial laser hotwire head | |
US9012808B2 (en) | Method for controlling and/or regulating a welding apparatus, and welding apparatus | |
JP5460863B2 (en) | How to change the welding process during a welding operation | |
DE202007011584U1 (en) | welding machine | |
JP6777969B2 (en) | Arc welding method and arc welding equipment | |
e Silva et al. | Effect of dynamic wire in the GTAW process | |
JP6959941B2 (en) | Arc welding method and arc welding equipment | |
CN104014933A (en) | Laser-TOPTIG hybrid welding method | |
Dinbandhu et al. | Advances in gas metal arc welding process: modifications in short-circuiting transfer mode | |
RU2710090C1 (en) | Laser-arc welding method | |
JP6834023B2 (en) | Methods and equipment for marking the work surface of metal workpieces with welded wire electrodes | |
RU2497644C2 (en) | Multiarc welding of welded blanks | |
RU2579851C2 (en) | Method for plasma arc welding and device for plasma arc welding | |
CA3134743A1 (en) | Systems and methods to control welding processes using weld pool attributes | |
US20220410300A1 (en) | Method and apparatus for welding a weld seam | |
EP3852963B1 (en) | Welding device and method for welding with self-adjusting welding wire feed speed | |
CN106181001A (en) | A kind of laminar flow plasma welding method and welder | |
CN104985283A (en) | Method for welding thick steel plates through single-wire electrogas welding machine | |
JP2012240063A (en) | Laser welding method and laser welding equipment | |
FI3953093T3 (en) | Multiple pulse welding method and arrangement | |
CN113084345B (en) | Dissimilar material scanning laser welding method based on energy regulation | |
JPS59163081A (en) | Automatic controlling method of penetration welding | |
EP4299227A1 (en) | Welding method and welding device | |
Burcă et al. | Technological Aspects Regarding Manual Metal Arc Welding Using Pulsed Current for Fillet Joints Applications | |
Wang et al. | Power-arc model based adaptive arc length control of P-GMAW for Al–Mg alloy |