RU2637034C1 - Method of pipe laser welding - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: tack welding is performed on the outer side of the pipe, followed by the application of final weld by means of laser welding. Preliminarily line marking is done. The lines are marked using a laser marker on the outer surface of the pipe billet along the root face at a distance of 3-5 mm from the line to edge butt, that is scanned by the first laser sensor along the length of the pipe, recording in the data base. Then after tack welding, using at least one second laser sensor, scanning across the butt, the distance between the marked lines is determined. Based on the previously obtained data, the exact location of the edge butt is defined, pointing the laser beam at them when applying the final weld.

EFFECT: invention allows to improve the quality of laser welding, to increase the accuracy of location of the edge butt.

3 dwg

Description

Изобретение относится к способу лазерной сварки труб большого диаметра, в частности к сварке продольных швов цилиндрической трубной заготовки.The invention relates to a method for laser welding of large diameter pipes, in particular to welding longitudinal seams of a cylindrical tube billet.

Наведение и последующее ведение луча лазера при лазерной и гибридной лазерно-дуговой сварке по стыку свариваемых кромок является достаточно сложной технической задачей. Обнаружение стыка разделки должно быть предельно точным, диаметр фокального пятна сфокусированного лазерного луча составляет 0,3-0,5 мм и отклонение оси лазерного луча от центра разделки при сварке даже на 0,1 мм может привести к несплавлению кромок и, как следствие, к непровару, что недопустимо. Существует проблема точного наведения лазерного луча на стык кромок для равномерного их оплавления в условиях существующих производств, поскольку перед наложением рабочих швов (лазерного или гибридного лазерно-дугового, наружного и внутреннего облицовочных) трубная заготовка собирается технологическим (прихваточным) швом, который скрывает стык кромок от датчика наведения.Guidance and subsequent guidance of the laser beam in laser and hybrid laser-arc welding at the junction of the welded edges is a rather complicated technical task. The detection of the groove joint must be extremely accurate, the diameter of the focal spot of the focused laser beam is 0.3-0.5 mm, and the deviation of the axis of the laser beam from the center of the groove during welding even by 0.1 mm can lead to non-fusion of the edges and, as a result, lack of penetration, which is unacceptable. There is a problem of accurately directing the laser beam at the joint of the edges to uniformly melt them in the conditions of existing production, since before the application of working seams (laser or hybrid laser-arc, external and internal facing), the tube stock is assembled with a technological (tack) seam that hides the edge joint from guidance sensor.

Известен способ изготовления стальной трубы лазерной сваркой (патент RU 2456107, 3.22.06.2009, опубл. 20.07.2012), по которому шов варят путем воздействия на внешнюю поверхность лазерным лучом и отслеживают со стороны внутренней поверхности открытой трубы точку воздействия лазерного луча, которым облучают продольные края и при обнаружении сквозного проплавления снаружи до внутренней поверхности условия сварки не изменяют, а если не обнаруживают сквозного проплавления, условия сварки лазерным лучом изменяют, обеспечивая сварку со сквозным проплавлением. Однако по этому способу при уходе луча в сторону от стыка сквозное проплавление может прекратиться, а при изменении условий сварки - мощности лазерного луча и возобновлении проплавления положение дел не изменится - стык по-прежнему останется в стороне от центра луча.A known method of manufacturing a steel pipe by laser welding (patent RU 2456107, 3.22.06.2009, publ. 20.07.2012), in which the seam is cooked by exposing the outer surface to a laser beam and tracking from the side of the inner surface of the open pipe the point of exposure to the laser beam, which is irradiated longitudinal edges and upon detection of through penetration from the outside to the inner surface, the welding conditions do not change, and if through penetration is not detected, the conditions for laser beam welding are changed, providing welding with through melted it. However, according to this method, when the beam moves away from the junction, through penetration can stop, and if the welding conditions change - the laser beam power and the penetration resumes, the situation will not change - the joint will still remain away from the center of the beam.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ изготовления трубы лазерной или гибридной лазерно-дуговой сваркой, при котором наносят с наружной стороны трубы технологический шов, а затем с использованием данных о разметке, занесенных в базу данных, рабочий шов по технологии лазерной или лазерно-гибридной сварки (патент RU 2564504, опубл. 10.10.2015). Разметку выполняют сканирующим поперек оси трубы лазерным датчиком путем фиксации через определенное расстояние по всей длине трубы точек на виртуально получаемой поперечной плоскости разделки, при этом создают базу данных расстояний между этими точками по длине трубы.The closest analogue adopted for the prototype is a method of manufacturing a pipe by laser or hybrid laser-arc welding, in which a technological seam is applied from the outside of the pipe, and then using marking data entered into the database, the working seam is laser or laser hybrid welding (patent RU 2564504, publ. 10.10.2015). The marking is performed by a laser sensor scanning across the axis of the pipe by fixing points over a virtually entire length of the pipe along the virtually obtained transverse cutting plane, and a database of the distances between these points along the pipe length is created.

При выходе из сварочного стана координаты фактического положения кромки могут измениться, например стать шире, что приведет к несовпадению реального стыка кромок и стыка, определяемого базой данных, и соответственно к уходу лазерного луча при сварке в сторону от стыка.Upon exiting the welding mill, the coordinates of the actual position of the edge may change, for example, become wider, which will lead to a mismatch between the real joint of the edges and the joint defined by the database, and, accordingly, to the laser beam moving away from the joint during welding.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение качества лазерной сварки, исключение непроплавления кромок и дефектов сварного шва.The task to which the invention is directed is to improve the quality of laser welding, eliminating the lack of fusion of the edges and defects of the weld.

Техническим результатом является увеличение точности нахождения стыка кромки, что обеспечивает одинаковое распределение мощности на обеих свариваемых кромках заготовки за счет точного наведения луча на стык кромок.The technical result is to increase the accuracy of finding the edge joint, which ensures the same power distribution on both welded edges of the workpiece due to the precise aiming of the beam at the edge joint.

Технический результат достигается тем, что в способе лазерной сварки труб, при котором наносят с наружной стороны трубы технологический шов, а затем с использованием данных о разметке, занесенных в базу данных наносят рабочий шов по технологии лазерной сварки, согласно изобретению разметка представляет собой линии, нанесенные лазерным маркером на наружную поверхность трубной заготовки вдоль притупления кромок на расстоянии 3-5 мм от линий до стыка кромок, которую сканируют первым датчиком по длине трубы и заносят в базу данных, затем после выполнения технологического шва с помощью по крайней мере одного сканирующего поперек стыка второго датчика определяют расстояние между линиями, и используя полученную ранее базу данных, вычисляют точное положение стыка кромок, на который наводят лазерный луч при нанесении рабочего шва.The technical result is achieved by the fact that in the method of laser welding of pipes, in which a technological seam is applied from the outside of the pipe, and then using the marking data entered in the database, a working seam is applied using laser welding technology, according to the invention, the marking is a line applied laser marker on the outer surface of the pipe billet along the blunting of the edges at a distance of 3-5 mm from the lines to the joint of the edges, which is scanned by the first sensor along the length of the pipe and entered into the database, then e perform weld process using at least one scan across the interface of the second sensor determining the distance between the lines, and using the previously obtained data base, is computed current position splice edges, which impose working with a laser beam applied to the weld.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображен лист с фрезерованными кромками и нанесенными маркерными линиями.In FIG. 1 shows a sheet with milled edges and marked with marker lines.

На фиг. 2 - стык кромок трубной заготовки, собранный технологическим швом.In FIG. 2 - a joint of the edges of the pipe billet, assembled by a technological seam.

На фиг. 3 - поперечное сечение стыка кромок трубной заготовки.In FIG. 3 is a cross section of the junction of the edges of the pipe billet.

Изобретение осуществляют следующим образом.The invention is as follows.

Предварительно осуществляют фрезеровку кромок листа 1 под сварку. На отфрезерованные продольные кромки с той стороны листа 1, которая будет являться наружной поверхностью трубы 2 посредством лазерных маркеров 3 наносят линии 4 (далее маркерные линии), нанесенные вдоль притупления кромок 5, при этом расстояние от линий до стыка кромок составляет 3-5 мм. Первым датчиком 6, в качестве которого используют лазерный триангуляционный датчик, производят сканирование профиля разделки кромок и затем происходит привязка положения стыка кромок 7 к маркерной линии 4 путем записи в базу данных в каждый момент времени расстояний а и b между стыком кромок 7 и маркерными линиями 4. Далее трубную заготовку формуют и собирают технологическим (прихваточным) швом. После этого с помощью по крайней мере одного сканирующего поперек стыка второго датчика определяют расстояние с между маркировочными линиями 4 и, зная из базы данных расстояния а и b, вычисляют точное положение оси 8 стыка кромок 7. После этого осуществляют точное наведение лазерного луча 9 на стык кромок 7, если сборка производилась без зазора, и посередине зазора, если зазор есть. Таким образом, траектория движения луча относительно стыка кромок задается путем вычисления положения оси стыка кромок в каждый момент времени по сканируемым маркерным линиям. При наложении наружного облицовочного шва нанесенные маркерные линии переплавляются, не оставляя следов на поверхности трубы.Pre-carry out the milling of the edges of the sheet 1 for welding. On the milled longitudinal edges from the side of the sheet 1, which will be the outer surface of the pipe 2, lines 4 (hereinafter marker lines) are applied along the blunting edges 5 by means of laser markers 3, while the distance from the lines to the joint of the edges is 3-5 mm. The first sensor 6, which is used as a laser triangulation sensor, scans the edge profile and then binds the position of the joint of the edges 7 to the marker line 4 by writing to the database at each time point the distances a and b between the joint of the edges 7 and marker lines 4 Next, the pipe billet is molded and assembled with a technological (tack) seam. After that, using at least one scanning across the junction of the second sensor, determine the distance c between the marking lines 4 and, knowing from the database the distances a and b, calculate the exact position of the axis 8 of the junction of the edges 7. Then, the laser beam 9 is precisely guided to the joint edges 7, if the assembly was made without a gap, and in the middle of the gap, if there is a gap. Thus, the path of the beam relative to the joint of the edges is set by calculating the position of the axis of the joint of the edges at each point in time along the scanned marker lines. When applying the outer facing seam, the applied marker lines are melted, leaving no traces on the surface of the pipe.

Заявляемое изобретение обеспечивает высокую точность наведения лазерного луча на стык кромок, даже когда их скрывает технологический (прихваточный) шов.The claimed invention provides high accuracy of pointing the laser beam at the joint of the edges, even when they are hidden by a technological (tack) seam.

Claims (1)

Способ лазерной сварки труб, включающий наложение технологического шва с наружной стороны трубы и последующее наложение рабочего шва посредством лазерной сварки, отличающийся тем, что предварительно осуществляют разметку в виде линий, нанесенных с помощью лазерного маркера на наружную поверхность трубной заготовки вдоль притупления кромок на расстоянии 3-5 мм от линий до стыка кромок, которую сканируют посредством первого лазерного датчика по длине трубы с занесением в базу данных, затем после выполнения технологического шва с помощью, по крайней мере, одного сканирующего поперек стыка второго лазерного датчика определяют расстояние между линиями разметки, и на основании полученных ранее данных вычисляют точное положение стыка кромок, на который наводят лазерный луч при нанесении рабочего шва.A method of laser welding of pipes, including the application of a technological seam from the outside of the pipe and the subsequent application of a working seam by laser welding, characterized in that the markings are preliminarily made in the form of lines drawn with a laser marker on the outer surface of the tube stock along the blunt edge at a distance of 3- 5 mm from the lines to the junction of the edges, which is scanned by the first laser sensor along the length of the pipe with recording in the database, then after the technological seam is completed using at least one scanning across the junction of the second laser sensor determine the distance between the marking lines, and based on the previously obtained data calculate the exact position of the junction of the edges that the laser beam is induced when applying the working seam.

Images