RU2668641C1 - Method of laser-arc welding of steel formulated pipe stock - Google Patents
Method of laser-arc welding of steel formulated pipe stock Download PDFInfo
- Publication number
- RU2668641C1 RU2668641C1 RU2017129004A RU2017129004A RU2668641C1 RU 2668641 C1 RU2668641 C1 RU 2668641C1 RU 2017129004 A RU2017129004 A RU 2017129004A RU 2017129004 A RU2017129004 A RU 2017129004A RU 2668641 C1 RU2668641 C1 RU 2668641C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- laser
- cleaning
- value
- intensity
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/346—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
- B23K26/348—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
-
- 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
- B23K26/36—Removing material
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии производства труб и может быть использовано для лазерной очистки свариваемых поверхностей от нежелательных слоев и загрязнений, в частности, для удаления ржавчины, окалины, нефтепродуктов и пр., при подготовке к выполнению лазерной сварки поверхности стальной сформованной трубной заготовки, толщиной от 8 до 45 мм.The invention relates to a technology for the production of pipes and can be used for laser cleaning of welded surfaces from unwanted layers and contaminants, in particular, to remove rust, scale, oil products, etc., in preparation for laser welding of the surface of a steel molded tube billet with a thickness of 8 up to 45 mm.
Проведение сварочных работ для изготовления сформованных стальных труб посредством лазерно-дуговой сварки представляет собой технологию изготовления стальной трубы с помощью сварки продольных краев (кромок) открытой трубы воздействием лазерного луча и электрической дуги. Производство является сложным многоэтапным процессом, включающим наложение технологического шва (например, дуговой сваркой с последующим контролем качества и возможным ремонтом), рабочего шва лазерно-дуговой сваркой (с последующим контролем качества и возможным ремонтом), а также, в зависимости от разделки кромок, наложением наружного или внутреннего и наружного шва с помощью дуговой сварки (с последующим контролем качества и возможным ремонтом). И если технология ремонта швов, полученных методом дуговой сварки, хорошо изучена и опробована, то технология ремонта швов, полученных методом лазерной и гибридной лазерно-дуговой сварки, является малоизученной и труднореализуемой. В результате существует проблема максимального снижения вероятности появления дефектов в сварочных швах, выполненных сваркой с использованием лазера.Welding for the manufacture of molded steel pipes by laser-arc welding is a technology for manufacturing a steel pipe by welding the longitudinal edges (edges) of an open pipe by the action of a laser beam and an electric arc. Production is a complex multi-stage process, including the application of a technological weld (for example, arc welding with subsequent quality control and possible repair), the working seam with laser-arc welding (with subsequent quality control and possible repair), as well as, depending on the cutting of edges, overlay external or internal and external seam using arc welding (with subsequent quality control and possible repair). And if the technology for repairing welds obtained by the method of arc welding is well studied and tested, then the technology for repairing welds obtained by the method of laser and hybrid laser-arc welding is poorly understood and difficult to implement. As a result, there is a problem of minimizing the likelihood of defects in the welds made by laser welding.
В патенте DE 10304709 описан комбинированный способ лазерной сварки, реализуемый с помощью сварочной головки, на которой размещены источник лазерного пучка и средства электродуговой сварки. Лазерный пучок и электрическая дуга действуют в одной и той же зоне сварки, но при этом головка для дуговой сварки помещена перед лазерным пучком по направлению прохода и, следовательно, действует раньше его, создавая сварочную ванну, на которую затем оказывает воздействие лазерный луч.DE 10304709 describes a combined laser welding method implemented using a welding head on which a laser beam source and electric arc welding means are located. The laser beam and the electric arc act in the same welding zone, but the head for arc welding is placed in front of the laser beam in the direction of the passage and, therefore, acts before it, creating a weld pool, which is then affected by the laser beam.
Известен комбинированный способ лазерной сварки (FR 2832337, B23K 26/14; B23K 28/02; B23K 101/18; B23K 26/08; B23K 9/173; B23K 26/1429; B23K 28/02; B23K 2201/32; 23.05.2003). В соответствии со способом луч лазера и электрод сварочной горелки взаимодействую с образованием общей сварочной ванны: луч лазера на части свариваемых изделий, которая образована ванной расплавленного металла, электрическую дугу формируют между плавящимся электродом и свариваемыми изделиями в зоне расположения ванны расплавленного металла. При сварочная ванна создается вначале в результате расплавления свариваемого изделия под действием электрической дуги, а затем на свариваемую деталь воздействует луч лазера.A combined laser welding method is known (FR 2832337, B23K 26/14; B23K 28/02; B23K 101/18; B23K 26/08; B23K 9/173; B23K 26/1429; B23K 28/02; B23K 2201/32; 23.05 .2003). In accordance with the method, the laser beam and the welding torch electrode interact with the formation of a common weld pool: a laser beam is formed on the part of the welded products, which is formed by the molten metal bath, an electric arc is formed between the consumable electrode and the welded products in the area of the molten metal bath. When the weld pool is created first as a result of the melting of the welded product under the action of an electric arc, and then the laser beam acts on the welded part.
Подобный же способ описан в патенте (JP 2003205378 B23K 26/00; B23K 26/20; B23K 9/16; B23K 26/00; B23K 9/16. B23K 26/1429 22.07.2003), а именно: электрическую дугу формируют перед лучом лазера и, следовательно, она действует раньше лазерного луча, создавая сварочную ванну, на которую лазерный луч оказывает последующее воздействие и «проталкивает» расплавленный металл в корень шва.A similar method is described in the patent (JP 2003205378 B23K 26/00; B23K 26/20; B23K 9/16; B23K 26/00; B23K 9/16. B23K 26/1429 07/22/2003), namely: an electric arc is formed before the laser beam and, therefore, it acts before the laser beam, creating a weld pool, on which the laser beam has a subsequent effect and "pushes" the molten metal into the root of the seam.
Известен способ лазерно-дуговой сварки, реализованный в устройстве для изготовления объемных деталей. В способе дуговая горелка и лазерная головка воздействуют на свариваемую поверхность с образованием общей сварочной ванны в одном направлении под углом к свариваемым деталям, для чего их располагают таким образом, что оси лазерного луча и электрода горелки при воздействии на свариваемую поверхность параллельны. (патент РФ, №2014131214 B23K 26/342, B22F 3/105, B23K 26/348, B23K 31/02, 20.02.2016)A known method of laser-arc welding, implemented in a device for the manufacture of volumetric parts. In the method, the arc torch and the laser head act on the surface to be welded with the formation of a common weld pool in one direction at an angle to the parts to be welded, for which they are positioned so that the axes of the laser beam and the torch electrode are parallel when exposed to the surface to be welded. (RF patent, No. 2014131214 B23K 26/342,
Как видно из вышеизложенного, выявленные способы лазерно-дуговой сварки не включают выполнение операции очистки свариваемой поверхности в процессе выполнения сварки, в то время, как одной из основных причин появления дефектов в сварочных швах, выполненных лазерной сваркой, является плохая подготовка поверхности.As can be seen from the foregoing, the revealed methods of laser-arc welding do not include the operation of cleaning the surface being welded during the welding process, while one of the main causes of defects in the welds made by laser welding is poor surface preparation.
Лазерная сварка и, как следствие, гибридная лазерно-дуговая сварка (далее -лазерная сварка) предъявляют повышенные требования к чистоте поверхности, по сравнению с дуговой сваркой. В соответствии с действующим межгосударственным стандартом BS EN 1011-6:2005 «Рекомендации по сварке металлических материалов. Часть 6. Лазерная сварка», следствием некачественной очистки поверхности под лазерную сварку являются такие дефекты шва, как пористость, газовые- поры и их скопление, и линейная пористость. В соответствии с этим же стандартом (там же, п. 11.3 «Подготовка соединения») перед лазерной сваркой необходимо выполнение очистки поверхности, если она загрязнена оксидами (например, ржавчина, поверхность быстро ржавеет даже в цеховых условиях), маслом, смазкой, охладителями, краской и др. Как следует из этого же стандарта, возможно применение различных методов очистки стальных поверхностей под сварку, а именно, кромок и околошовной зоны, однако все они имеют недостатки, а именно:Laser welding and, as a result, hybrid laser-arc welding (hereinafter referred to as laser welding) impose higher demands on surface cleanliness compared to arc welding. In accordance with the current interstate standard BS EN 1011-6: 2005 “Recommendations for welding metal materials.
- химическое и электрохимическое обезжиривание - значительный расход материалов, невозможность удаления неорганических загрязнений и дефектов поверхностного слоя, низкая производительность.- chemical and electrochemical degreasing - significant consumption of materials, the inability to remove inorganic contaminants and surface layer defects, low productivity.
- шлифование - вносит в поверхностный слой микродефекты - прижоги, риски, микротрещины, в которых могут накапливаться остатки смазывающей охлаждающей жидкости;- grinding - introduces microdefects into the surface layer - burns, risks, microcracks, in which residues of lubricating coolant can accumulate;
- полирование - наличие остатков полировочная пасты на обрабатываемой поверхности;- polishing - the presence of residues of polishing paste on the treated surface;
- абразивная и гидроабразивная обработка - выделение и попадание пыли или гидроабразивной жидкости в микропоры и микротрещины поверхности;- abrasive and hydroabrasive treatment - the release and ingress of dust or hydroabrasive liquid into micropores and microcracks of the surface;
- ультразвуковая очистка - необходимость в моющем растворе.- ultrasonic cleaning - the need for a washing solution.
Но, самое главное все вышеперечисленные операции очистки поверхности под сварку выполняют предварительно перед сваркой. Эти операции очистки поверхности не могут быть введены в процесс сварки, т.е. не могут выполняться непосредственно в процессе сварки, в то время как изделие покрывается ржавчиной, например, даже в цеховых условиях.But, most importantly, all of the above operations for cleaning the surface for welding are performed before welding. These surface cleaning operations cannot be introduced into the welding process, i.e. cannot be performed directly during the welding process, while the product is covered with rust, for example, even in workshop conditions.
Возникает проблема выполнения очистки свариваемой поверхности сформованной стальной трубной заготовки непосредственно в процессе сварки.There is a problem of cleaning the welded surface of the molded steel pipe billet directly in the welding process.
Проблему выполнения очистки свариваемой поверхности непосредственно в процессе сварки сформованной стальной трубной заготовки при осуществлении решает заявленный способ лазерной-дуговой сварки стальной сформованной трубной заготовки.The problem of cleaning the welded surface directly in the process of welding a molded steel pipe billet during implementation is solved by the claimed method of laser-arc welding of a steel molded pipe billet.
При осуществлении заявленного способа лазерной-дуговой сварки стальной сформованной трубной заготовки поверхности достигается технический результат:When implementing the inventive method of laser-arc welding of a steel molded pipe billet surface, the technical result is achieved:
- снижение вероятности формирования дефектов шва, таких, как пористость, газовые поры и их скопление, линейная пористость, за счет возможности выполнения очистки свариваемой поверхности непосредственно в процессе выполнения сварки;- reducing the likelihood of formation of weld defects, such as porosity, gas pores and their accumulation, linear porosity, due to the possibility of cleaning the welded surface directly in the process of welding;
- возможность выполнения очистки свариваемой поверхности непосредственно перед сваркой без удаления поверхностного слоя материала, образующего изделие, и без изменения характеристик поверхностного слоя материала изделия;- the ability to perform cleaning of the welded surface immediately before welding without removing the surface layer of the material forming the product, and without changing the characteristics of the surface layer of the material of the product;
- возможность выполнения непосредственно перед сваркой очистки поверхности одновременно от широкого спектра загрязнителей;- the ability to perform immediately before welding surface cleaning simultaneously from a wide range of pollutants;
-обеспечение очистки поверхности с одним и тем же качеством на протяжении сварки, независимо от наличия на очищаемой поверхности возможных неровностей и углублений.- ensuring surface cleaning with the same quality during welding, regardless of the presence of possible irregularities and recesses on the surface being cleaned.
Сущность заявленного изобретения состоит в то, что в способе лазерно-дуговой сварки стальной сформованной трубной заготовки, включающем одновременное воздействие на свариваемую поверхность плавящегося электрода сварочной горелки и первого лазерного луча, сфокусированного на свариваемую поверхность после точки воздействия дуги, с образованием общей сварочной ванны дуги, при этом в процессе сварки подают в зону электрода сварочной горелки защитный газ, новым является то, что перед сварочной горелкой на расстоянии от дуги формируют расфокусированный коллимированный второй лазерный луч и выполняют очистку поверхности заготовки путем сканирования свариваемой поверхности движущейся трубной заготовки перед сварочной дуговой горелкой в направлении, перпендикулярном свариваемым кромкам, на ширину от 10 до 25 мм по обе стороны от средней линии будущего шва, при этом сканирование выполняют с переменной частотой следования импульсов лазерного излучения от 1 до 10 кГц с изменением длительности импульсов от 15 до 400 нс и мощности излучения сканирующего луча от 400 до 500 Вт, при этом в процессе очистки выполняют непрерывный контроль чистоты сканируемой поверхности и при достижении требуемого качества очистки фиксируют соответствующее значение мощности излучения и не изменяют его до окончания выполнения сварки, причем в процессе сварки защитный газ в зону электрода подают в одном направлении с электродом сварочной дуговой горелки, а сканирование вторым лазерным лучом выполняют в среде защитного газа, состав которого соответствует составу защитного газа в зоне электрода сварочной горелки, при этом в процессе выполнения сканирования защитный газ подают после второго лазерного луча в направлении, совпадающем с направлением сварки.The essence of the claimed invention lies in the fact that in the method of laser-arc welding of a steel molded tube billet, including the simultaneous impact on the welded surface of the consumable electrode of the welding torch and the first laser beam focused on the welded surface after the point of impact of the arc, with the formation of a common weld pool of the arc, at the same time, during the welding process, protective gas is supplied to the zone of the welding torch electrode, it is new that before the welding torch, at a distance from the arc, focused collimated second laser beam and clean the workpiece surface by scanning the welded surface of the moving tube stock in front of the welding arc torch in the direction perpendicular to the welded edges, a width of 10 to 25 mm on both sides of the midline of the future weld, while scanning is performed with a variable the pulse repetition rate of laser radiation from 1 to 10 kHz with a change in pulse duration from 15 to 400 ns and the radiation power of the scanning beam from 400 to 500 W, while during the cleaning process, continuous monitoring of the cleanliness of the scanned surface is performed and, when the required cleaning quality is achieved, the corresponding radiation power is fixed and does not change until the welding is completed, and during the welding process, the protective gas is supplied to the electrode zone in the same direction as the electrode of the welding arc torch, and scanning the second laser beam is performed in a shielding gas medium, the composition of which corresponds to the composition of the shielding gas in the zone of the welding torch electrode, while neniya scanning protective gas is supplied after the second laser beam in a direction coinciding with the direction of welding.
Кроме того:Besides:
- в качестве защитного газа используют гелий или аргон, при этом контроль качества очистки поверхности осуществляют с помощью лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии плазмы, образующейся в процессе удаления загрязнения, в которой регистрируют и определяют интенсивность спектральной составляющей кислорода и определяют интенсивность спектральной составляющей железа, затем вычисляют значение частного от деления значения интенсивности спектральной составляющей кислорода на значение интенсивности спектральной составляющей железа и при значении частного, равного или меньше 0,3, поверхность считают очищенной;- helium or argon is used as a shielding gas, while the quality of surface cleaning is controlled by laser-spark emission spectroscopy of the plasma formed during the removal of contamination, in which the intensity of the spectral component of oxygen is recorded and determined, and the intensity of the spectral component of iron is determined, and then calculated the value of the quotient of dividing the intensity value of the spectral component of oxygen by the intensity value of the spectral component of iron and when the value of the particular equal to or less than 0.3, the surface is considered cleaned;
- в качестве защитного газа используют углекислый газ, при этом контроль качества очистки осуществляют с помощью лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии плазмы, образующейся в процессе удаления загрязнения, в которой регистрируют и определяют интенсивность спектральной составляющей выбранного для контроля легирующего элемента, входящего в состав металла очищаемой поверхности, и определяют интенсивность спектральной составляющей железа, затем вычисляют значение частного от деления значения интенсивности спектральной составляющей легирующего элемента на значение интенсивности спектральной составляющей железа и при значении частного, равном или меньше 0,1, поверхность считают очищенной.- carbon dioxide is used as a protective gas, while the quality control of the cleaning is carried out using laser-spark emission spectroscopy of the plasma formed during the removal of contamination, in which the intensity of the spectral component of the alloying element selected for control, which is part of the metal of the surface being cleaned, is recorded and determined , and determine the intensity of the spectral component of iron, then calculate the value of the quotient of the division of the intensity value of the spectral component s alloying element in iron-value spectral intensity component and a value of the private equal to or less than 0.1, the surface is considered cleaned.
Заявленный технический результат достигается следующим образом.The claimed technical result is achieved as follows.
В заявленном способе для выполнения операции очистки используют луч лазера, что соответствует рекомендации вышеупомянутого стандарта (п. 11.3), который предлагает, выполнять очистку поверхности перед выполнением сварки путем прохода по подготавливаемой к сварке поверхности расфокусированного лазерного луча. При этом воздействие лазерного излучения происходит непосредственно на очищаемую поверхность без использования дополнительных средств очистки, которые, в свою очередь, могут требовать дополнительной очистки поверхности.In the claimed method, a laser beam is used to perform the cleaning operation, which corresponds to the recommendation of the aforementioned standard (p. 11.3), which suggests that the surface be cleaned before welding by passing along the surface of the defocused laser beam prepared for welding. In this case, the effect of laser radiation occurs directly on the surface being cleaned without the use of additional cleaning agents, which, in turn, may require additional surface cleaning.
Кроме того, характерными особенностями сухой лазерной очистки являются универсальность применения, локальность ввода энергии, точность перемещения, высокая производительность, селективность воздействия, отсутствие влияния на геометрические параметры будущего сварного соединения и, самое главное, высокий уровень корпоративности с другими источниками энергии, что обеспечивает возможность использования лазерной очистки поверхности в процессе выполнения сварки как неотъемлемой операции процесса лазерно-дуговой сварки сформованной заготовки стальной трубы и снижает вероятность формирования дефектов шва, таких, как пористость, газовые поры и их скопление, линейная пористость.In addition, the characteristic features of dry laser cleaning are versatility of application, locality of energy input, accuracy of movement, high productivity, selectivity of impact, no influence on the geometric parameters of the future welded joint and, most importantly, a high level of corporate nature with other energy sources, which makes it possible to use laser surface cleaning during welding as an integral operation of the molded laser-arc welding process agotovki steel tube and reduces the likelihood of formation of weld defects such as porosity, gas pores and their accumulation, the linear porosity.
Второй лазерный луч формируют перед сварочной горелкой на расстоянии, которое подбирают опытным путем, поскольку его величина зависит как от параметров формируемого второго луча, так и от параметров лазерно-дуговой сварки.A second laser beam is formed in front of the welding torch at a distance that is selected empirically, since its value depends on the parameters of the second beam being formed and on the parameters of laser-arc welding.
Позиционирование второго лазерного луча относительно дуги сварочной горелки позволяет минимизировать размер очищенной под сварку поверхности, тем самым максимально снизить вероятность ее повторного загрязнения, что обеспечивает требуемое качество очистки и, кроме того, обеспечивает возможность использования лазерной очистки поверхности в процессе выполнения сварки как неотъемлемой операции процесса лазерно-дуговой сварки сформованной заготовки стальной трубы и снижает вероятность формирования дефектов шва, таких, как пористость, газовые поры и их скопление, линейная пористость.The positioning of the second laser beam relative to the arc of the welding torch allows minimizing the size of the surface cleaned for welding, thereby minimizing the likelihood of re-contamination, which ensures the required cleaning quality and, in addition, makes it possible to use laser surface cleaning during welding as an integral operation of the laser process Arc welding a molded billet of a steel pipe and reduces the likelihood of formation of weld defects, such as porosity , gas pores and their accumulation, linear porosity.
Кроме того, сканирование выполняют по очищаемой поверхности расфокусированным коллимированным лазерным лучом. Коллимация (Collimation) - формирование тонкого параллельно идущего потока излучения с помощью использования соответствующих щелей, размещаемых на пути его прохождения (ИТНЕРНЕТ, Медицинская энциклопедия. Коллимация (Collimation)). В результате использование расфокусированного коллимированного луча лазера увеличивает в несколько раз площадь поверхности сканирования за один проход лазерного луча, что увеличивает скорость очистки и позволяет синхронизировать ее со скоростью движения сварки. Последнее обеспечивает возможность использовать предварительную очистку свариваемой поверхности непосредственно во время сварки в качестве неотъемлемой операции способа лазерно-дуговой сварки стальной сформованной трубной заготовки и снижает вероятность формирования дефектов шва, таких, как пористость, газовые поры и их скопление, линейная пористость.In addition, scanning is performed on the surface to be cleaned with a defocused collimated laser beam. Collimation (Collimation) - the formation of a thin parallel-going radiation flux using appropriate slots placed on the path of its passage (Internet, Medical Encyclopedia. Collimation). As a result, the use of a defocused collimated laser beam increases several times the surface area of the scan in one pass of the laser beam, which increases the cleaning speed and allows you to synchronize it with the speed of welding. The latter provides the opportunity to use the preliminary cleaning of the welded surface directly during welding as an integral operation of the laser-arc welding method of a steel molded tube billet and reduces the likelihood of formation of weld defects, such as porosity, gas pores and their accumulation, linear porosity.
С энергетической точки зрения задача выбора оптимального режима работы лазера при очистке поверхности сводится к обеспечению минимального порога испарения вещества основного металла. Известно, что таковой обеспечивается в импульсном режиме воздействия (Вейко В.П. «Лазерная обработка пленочных элементов», Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. - 248 с.) Кроме того, чем меньше длительность воздействия, тем меньше глубина прогретого слоя вещества и, следовательно, меньше количество образующегося расплава и пара (т.е. меньше повреждение основного вещества) при большем давлении последнего. Таким образом, длительность импульса воздействия определяет глубину термического разрушения загрязняющего покрытия (глубину очистки) (см. там же). В заявленном способе длительность воздействия определяется диапазоном значений длительности воздействующих импульсов, которая находится в пределах от 15 до 400 нс. Поскольку длительность воздействия определяет глубину воздействия, то выполнение сканирования луча лазера по очищаемой поверхности с изменяющейся длительностью импульсов от 15 до 400 нс позволяет одновременно выполнять очистку поверхности на различную глубину с учетом возможно имеющихся на поверхности неровностей и углублений без удаления поверхностного слоя основного материала изделия, сохраняя тем самым его физические свойства. При этом, поскольку длительность лазерного импульса должна соответствовать тепловой постоянной времени материала загрязнителя, то сканирование луча лазера по очищаемой поверхности с изменяющейся длительностью импульсов от 15 до 400 нс позволяет охватить одновременно широкий спектр загрязнений, что повышает качество очистки и снижает вероятность формирования дефектов шва, таких, как пористость, газовые поры и их скопление, линейная пористость.From an energy point of view, the task of choosing the optimal laser mode when cleaning the surface is reduced to ensuring a minimum evaporation threshold for the substance of the base metal. It is known that this is provided in a pulsed mode of exposure (Veiko VP "Laser processing of film elements", L .: Engineering, Leningrad. Department, 1986. - 248 p.) In addition, the shorter the exposure time, the less the depth of the heated layer of the substance and, therefore, a smaller amount of the resulting melt and vapor (i.e. less damage to the main substance) at a higher pressure of the latter. Thus, the duration of the exposure pulse determines the depth of thermal destruction of the contaminating coating (cleaning depth) (see ibid.). In the claimed method, the duration of exposure is determined by the range of values of the duration of the impact pulses, which is in the range from 15 to 400 ns. Since the exposure duration determines the exposure depth, scanning the laser beam over the surface to be cleaned with a varying pulse duration from 15 to 400 ns allows simultaneously cleaning the surface to various depths, taking into account irregularities and recesses that may exist on the surface without removing the surface layer of the product’s main material, preserving thereby its physical properties. Moreover, since the laser pulse duration should correspond to the thermal time constant of the contaminant material, scanning the laser beam over the surface to be cleaned with a varying pulse duration from 15 to 400 ns allows simultaneously covering a wide range of contaminants, which increases the quality of cleaning and reduces the likelihood of formation of weld defects, such like porosity, gas pores and their accumulation, linear porosity.
В заявленном способе выполняют сканирование движущейся трубной заготовки с переменной частотой следования импульсов лазерного излучения в диапазоне от 1 до 10 кГц, с одновременным изменением мощности излучения в пределах от 400 до 500 Вт и одновременно выполняют непрерывный контроль степени очистки. При достижении требуемого качества очистки выставляют соответствующее ему значение мощности излучения, которое фиксируют до окончания выполнения процесса сварки. Поскольку сканирование выполняют во время движения трубной заготовки, т.е. во время движения сварки, то зафиксированный режим средней мощности излучения находится в непосредственной связи со скоростью движения сварки и соответствует режиму, при котором очистки поверхности совпадает со скоростью движения сварки, т.е. синхронизацию процессов очистки и сварки выполняют подбором значения средней мощности излучения второго лазерного луча. Отсюда следует, что введенная в способ сварки операция очистки свариваемой поверхности теоретически может быть адаптирована для любой скорости сварки, что обеспечивает возможность ее использования во время сварки в качестве неотъемлемой операции способа лазерно-дуговой сварки стальной сформованной трубной заготовки и снижает вероятность формирования дефектов шва, таких, как пористость, газовые поры и их скопление, линейная пористость.In the inventive method, a moving tube billet is scanned with a variable pulse repetition rate of laser radiation in the range from 1 to 10 kHz, with a simultaneous change in the radiation power in the range from 400 to 500 W and at the same time continuously monitor the degree of cleaning. Upon reaching the required quality of cleaning, the corresponding radiation power value is set, which is fixed until the end of the welding process. Since scanning is performed while the tube billet is moving, i.e. during the movement of the weld, the fixed mode of average radiation power is directly related to the speed of the weld and corresponds to the mode in which surface cleaning coincides with the speed of the weld, i.e. synchronization of the cleaning and welding processes is performed by selecting the average radiation power of the second laser beam. It follows that the operation of cleaning the surface to be welded, introduced into the welding method, can theoretically be adapted for any welding speed, which makes it possible to use it during welding as an integral operation of the laser-arc welding method of a steel molded pipe billet and reduces the likelihood of formation of weld defects, such like porosity, gas pores and their accumulation, linear porosity.
Как показал опыт, в диапазоне значений мощности излучения второго луча лазера от 400 до 500 Вт в совокупности с частотой следования импульсов лазерного излучения в диапазоне от 1 до 10 кГц создается температурный режим, необходимый для качественной очистки поверхности, при котором достигается требуемое качество очистки. Поскольку оперируют со средней максимальной мощностью излучения, то, в результате, при сканировании поверхности лучом лазера с переменной частотой следования импульсов лазерного излучения в диапазоне от 1 до 10 кГц и с изменяющейся длительностью импульсов от 15 до 400 нс, формируется требуемый тепловой режим очистки, обеспечивающий требуемое качество очистки, конкретно для данной поверхности, что учитывает характер поверхности, свойства загрязнителя и повышает качество очистки. Это позволяет выполнить очистку поверхности за один проход, что также обеспечивает возможность синхронизации скорости очистки со скоростью движения сварки, а, следовательно обеспечивает возможность выполнения очистки поверхности непосредственно во время сварки в качестве неотъемлемой операции способа лазерно-дуговой сварки стальной сформованной трубной заготовки и снижает вероятность формирования дефектов шва, таких, как пористость, газовые поры и их скопление, линейная пористость.As experience has shown, in the range of radiation power of the second laser beam from 400 to 500 W, in conjunction with a pulse repetition rate of laser radiation in the range from 1 to 10 kHz, the temperature regime is created, which is necessary for high-quality surface cleaning, at which the required cleaning quality is achieved. Since they operate with an average maximum radiation power, as a result, when scanning a surface with a laser beam with a variable pulse repetition rate of laser radiation in the range from 1 to 10 kHz and with a varying pulse duration from 15 to 400 ns, the required thermal cleaning mode is formed, providing the required quality of cleaning, specifically for a given surface, which takes into account the nature of the surface, the properties of the pollutant and improves the quality of cleaning. This allows you to perform surface cleaning in one pass, which also provides the ability to synchronize the cleaning speed with the welding speed, and, therefore, provides the ability to perform surface cleaning directly during welding as an integral operation of the laser-arc welding method of a molded steel billet and reduces the likelihood of forming weld defects, such as porosity, gas pores and their accumulation, linear porosity.
В заявленном способе сканирование луча лазера выполняют в направлении, перпендикулярном свариваемым кромкам сформованной стальной трубной заготовки по обе стороны от средней линии будущего шва, что обеспечивает возможность очистки поверхности под будущий сварочный шов. Выполнение сканирования на ширину от 10 до 25 мм по обе стороны от средней линии будущего шва учитывает возможные варианты ширины сварочного шва. Возможность выполнения очистки поверхности с учетом ширины свариваемого шва также обеспечивает возможность использования лазерной очистки поверхности в качестве операции в. тандеме с лазерной сваркой стальной сформованной трубной заготовки и снижает вероятность формирования дефектов шва, таких, как пористость, газовые поры и их скопление, линейная пористость.In the inventive method, the scanning of the laser beam is performed in the direction perpendicular to the welded edges of the molded steel pipe billet on both sides of the midline of the future weld, which makes it possible to clean the surface for the future weld. Scanning to a width of 10 to 25 mm on both sides of the midline of the future weld takes into account the possible widths of the weld. The ability to perform surface cleaning taking into account the width of the weld bead also provides the possibility of using laser surface cleaning as an operation c. tandem with laser welding of a steel molded tube billet and reduces the likelihood of formation of weld defects, such as porosity, gas pores and their accumulation, linear porosity.
Очистку выполняют в среде защитного газа, при этом в процессе выполнения очистки защитный газ подают в зону очистки после лазерного луча в направлении, совпадающем с направлением движения сварки, что сдувает продукты очистки в сторону от сварочной горелки лазерно-дуговой сварки и одновременно обеспечивает изолирование очищенной поверхности как от влияния продуктов очистки, так и от влияния продуктов окружающей среды: влага, сера и фосфор. Для предупреждения влияния защитного газа, используемого в способе очистки, на процесс сварки и качество шва трубной заготовки, состав защитного газа формируют сходным по составу с защитным газом, используемой для лазерной сварки. При этом в способе очистки используют, например, инертные газы: аргон, гелий, или углекислый газ, в качестве активного, для предотвращения потери материалом изделия углерода.The cleaning is carried out in a shielding gas medium, while during the cleaning process, the shielding gas is supplied to the cleaning zone after the laser beam in the direction coinciding with the direction of welding, which blows the cleaning products away from the laser-arc welding torch and at the same time insulates the cleaned surface both from the influence of cleaning products, and from the influence of environmental products: moisture, sulfur and phosphorus. To prevent the influence of the shielding gas used in the cleaning method on the welding process and the quality of the weld of the pipe billet, the composition of the shielding gas is formed similar in composition to the shielding gas used for laser welding. At the same time, the inert gas, for example, uses inert gases: argon, helium, or carbon dioxide, as an active gas, to prevent the material from losing carbon products.
Вышеизложенное также обеспечивает возможность использования лазерной очистки поверхности в качестве операции в способе лазерной сварки стальной сформованной трубной заготовки и снижает вероятность формирования дефектов шва, таких, как пористость, газовые поры и их скопление, линейная пористость.The foregoing also makes it possible to use laser surface cleaning as an operation in the method of laser welding of a steel molded pipe billet and reduces the likelihood of formation of weld defects, such as porosity, gas pores and their accumulation, linear porosity.
В заявленном способе качество очистки свариваемой поверхности оценивается в зависимости от используемых защитных газов как частное от деления значений интенсивностей спектральных составляющих кислорода (или выбранного легирующего элемента) и железа, зарегистрированных в спектре плазмы, образующейся в процессе удаления загрязнения, составляет 0,3 (0,1). В случае применения в качестве защитного газа гелия или аргона контроль качества очистки поверхности осуществляют с помощью лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии плазмы, образующейся в процессе удаления загрязнения, в которой регистрируют и определяют интенсивность спектральной составляющей кислорода и определяют интенсивность спектральной составляющей железа, затем вычисляют значение частного от деления значения интенсивности спектральной составляющей кислорода на значение интенсивности спектральной составляющей железа и при значении частного, равном или меньше 0,3 поверхность считают очищенной. Коэффициент 0,3 получен опытным путем и показывает, что практически все окислы с очищаемой поверхности сняты.In the claimed method, the quality of cleaning the welded surface is evaluated depending on the protective gases used as the quotient of the division of the intensities of the spectral components of oxygen (or the selected alloying element) and iron recorded in the spectrum of the plasma formed during the removal of contamination is 0.3 (0, one). In the case of using helium or argon as a protective gas, the quality of surface cleaning is controlled by laser-spark emission spectroscopy of the plasma formed during the removal of contamination, in which the intensity of the spectral component of oxygen is recorded and determined, and the intensity of the spectral component of iron is determined, and then the value of the partial from dividing the value of the intensity of the spectral component of oxygen by the value of the intensity of the spectral component of iron and when the value is private, equal to or less than 0.3, the surface is considered cleaned. The coefficient 0.3 was obtained empirically and shows that almost all the oxides from the surface to be cleaned are removed.
В случае применения углекислого газа в качестве защитного, при этом контроль качества очистки осуществляют с помощью лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии плазмы, образующейся в процессе удаления загрязнения, в которой регистрируют и определяют интенсивность спектральной составляющей выбранного для контроля легирующего элемента, входящего в состав металла очищаемой поверхности, и определяют интенсивность спектральной составляющей железа, затем вычисляют значение частного от деления значения интенсивности спектральной составляющей легирующего элемента на значение интенсивности спектральной составляющей железа и при значении частного равном или меньше 0,1 поверхность считают очищенной. Возможность контроля очистки поверхности путем определения количественного содержания в плазме легирующего элемента обусловлена тем, что легирующие добавки в стали при прокате распределяются неравномерно. Это приводит к насыщению поверхностных слоев вполне определенными легирующими элементами, в зависимости от сорта проката. Появление в спектре легирующего элемента указывает на то, что загрязненный поверхностный слой снят. Значение коэффициента 0,1 получено опытным путем. Выполнение очистки до момента получения этого значения коэффициента не приводит к снятию основного материала изделия в процессе чистки и не изменяет физических свойств основного материала.In the case of using carbon dioxide as a protective gas, the quality control of cleaning is carried out using laser-spark emission spectroscopy of the plasma formed during the removal of contamination, in which the intensity of the spectral component of the alloying element selected for control, which is part of the metal of the surface being cleaned, is recorded and determined , and determine the intensity of the spectral component of iron, then calculate the value of the quotient of dividing the value of the intensity of the spectral composition which influences the alloying element on the value of the intensity of the spectral component of iron and when the value of the particular is equal to or less than 0.1, the surface is considered cleaned. The ability to control surface cleaning by determining the quantitative content of the alloying element in the plasma is due to the fact that the alloying additives in the steel are distributed unevenly during rolling. This leads to saturation of the surface layers with well-defined alloying elements, depending on the type of rolled products. The appearance of an alloying element in the spectrum indicates that the contaminated surface layer has been removed. The coefficient value of 0.1 obtained experimentally. Performing cleaning until this coefficient value is obtained does not lead to removal of the main material of the product during the cleaning process and does not change the physical properties of the main material.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что заявленный способ лазерно-дуговой сварки стальной сформованной трубной заготовки при осуществлении решает проблему выполнения очистки свариваемой поверхности непосредственно в процессе лазерно-дуговой сварки. При осуществлении заявленного способа достигается технический результат: снижение вероятности формирования дефектов шва, таких, как пористость, газовые поры и их скопление, линейная пористость, за счет возможности выполнения очистки свариваемой поверхности непосредственно в процессе выполнения сварки; возможность выполнения очистки свариваемой поверхности непосредственно перед сваркой без удаления поверхностного слоя материала, образующего изделие, и без изменения характеристик поверхностного слоя материала изделия; возможность выполнения непосредственно перед сваркой очистки поверхности одновременно от широкого спектра загрязнителей; обеспечение очистки поверхности с одним и тем же качеством на протяжении сварки, независимо от наличия на очищаемой поверхности возможных неровностей и углублений.Thus, from the foregoing, it follows that the claimed method of laser-arc welding of a steel molded pipe billet during the implementation solves the problem of cleaning the welded surface directly in the process of laser-arc welding. When implementing the inventive method, a technical result is achieved: reducing the likelihood of formation of weld defects, such as porosity, gas pores and their accumulation, linear porosity, due to the possibility of cleaning the welded surface directly during welding; the ability to perform cleaning of the welded surface immediately before welding without removing the surface layer of the material forming the product, and without changing the characteristics of the surface layer of the material of the product; the ability to perform immediately before welding surface cleaning simultaneously from a wide range of pollutants; ensuring cleaning of the surface with the same quality during welding, regardless of the presence of possible irregularities and recesses on the surface being cleaned.
На фигуре изображена схема, поясняющая реализацию заявленного способа лазерно-дуговой сварки стальной сформованной трубной заготовки: 1 - сканирующий датчик-позиционер; 2 - спектрометр; 3 - головка системы лазерной очистки; 4 - сопло для подачи защитного газа; 5 - сварочная головка; 6 - головка системы лазерной сварки.The figure shows a diagram explaining the implementation of the claimed method of laser-arc welding of a steel molded pipe billet: 1 - scanning sensor positioner; 2 - spectrometer; 3 - the head of the laser cleaning system; 4 - nozzle for supplying a protective gas; 5 - welding head; 6 - the head of the laser welding system.
Заявленный способ лазерно-дуговой сварки стальной сформованной трубной заготовки осуществляют следующим образом. Одновременно воздействуют на свариваемую поверхность в среде защитного газа с образованием общей сварочной ванны дугой плавящегося электрода сварочной горелки и первым лазерным лучом, сфокусированным на свариваемую поверхность после точки воздействия дуги. Перед сварочной горелкой на расстоянии от дуги формируют второй лазерный луч - расфокусированный коллимированный, - которым выполняют сканирование свариваемой поверхности движущейся трубной заготовки перед сварочной дуговой горелкой в направлении, перпендикулярном свариваемым кромкам, на ширину от 10 до 25 мм по обе стороны от средней линии будущего шва. При этом сканирование выполняют с переменной частотой следования импульсов лазерного излучения в диапазоне от 1 до 10 кГц, с изменяющейся длительностью импульсов от 15 до 400 нс. Одновременно с этим изменяют мощность излучения второго луча в пределах от 400 до 500 Вт и выполняют непрерывный контроль чистоты сканируемой поверхности. При достижении требуемого качества очистки поверхности фиксируют соответствующее значение мощности излучения и не изменяют его до окончания выполнения сварки. В процессе сварки подают защитный газ в зоне электрода в одном направлении с электродом сварочной дуговой горелки. Сканирование вторым лазерным лучом выполняют в среде защитного газа, состав которого формируют сходным по составу с защитным газом в зоне электрода сварочной горелки. В процессе выполнения сканирования защитный газ подают после второго лазерного луча в направлении, совпадающем с направлением движения сварки.The claimed method of laser-arc welding of a steel molded pipe billet is as follows. At the same time, they act on the surface to be welded in the shielding gas medium with the formation of a common weld pool by the arc of the consumable electrode of the welding torch and the first laser beam focused on the surface to be welded after the point of impact of the arc. In front of the welding torch at a distance from the arc, a second laser beam is formed - defocused collimated, which is used to scan the welded surface of the moving tube billet in front of the welding arc torch in the direction perpendicular to the welded edges, from 10 to 25 mm wide on both sides of the midline of the future weld . When this scan is performed with a variable pulse repetition rate of the laser pulses in the range from 1 to 10 kHz, with a varying pulse duration from 15 to 400 ns. At the same time, the radiation power of the second beam is changed in the range from 400 to 500 W and continuous monitoring of the cleanliness of the scanned surface is performed. Upon reaching the required quality of surface cleaning, the corresponding value of the radiation power is recorded and does not change until the welding is completed. During the welding process, shielding gas is supplied in the electrode zone in the same direction as the electrode of the welding arc torch. Scanning by a second laser beam is performed in a shielding gas medium, the composition of which is formed similar in composition to the shielding gas in the area of the welding torch electrode. During the scanning process, shielding gas is supplied after the second laser beam in a direction coinciding with the direction of welding movement.
В случае применения в качестве защитного газа гелия или аргона контроль очистки поверхности осуществляют с помощью лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии плазмы, образующейся в процессе удаления загрязнения, в которой регистрируют и определяют интенсивность спектральной составляющей кислорода и определяют интенсивность спектральной составляющей железа, затем вычисляют значение частного от деления значения интенсивности спектральной составляющей кислорода на значение интенсивности спектральной составляющей железа и при значении частного, равном или меньше 0,3 поверхность считают очищенной.If helium or argon is used as a shielding gas, the surface cleaning is controlled by laser-spark emission spectroscopy of the plasma formed during the removal of contamination, in which the intensity of the spectral component of oxygen is recorded and determined, and the intensity of the spectral component of iron is determined, and then the value of the quotient from dividing the value of the intensity of the spectral component of oxygen by the value of the intensity of the spectral component of iron and with enii private equal to or less than 0.3 is considered cleaned surface.
В случае применения углекислого газа в качестве защитного контроль очистки поверхности осуществляют с помощью лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии плазмы, образующейся в процессе удаления загрязнения, в которой регистрируют и определяют интенсивность спектральной составляющей выбранного для контроля легирующего элемента, входящего в состав металла очищаемой поверхности, и определяют интенсивность спектральной составляющей железа, затем вычисляют значение частного от деления значения интенсивности спектральной составляющей легирующего элемента на значение интенсивности спектральной составляющей железа и при значении частного, равном или меньше 0,1 поверхность считают очищенной.In the case of using carbon dioxide as a protective control, surface cleaning is carried out using laser-spark emission spectroscopy of the plasma generated during the removal of contamination, in which the intensity of the spectral component of the alloying element selected for control, which is part of the metal of the surface being cleaned, is recorded and determined, and determined the intensity of the spectral component of iron, then calculate the value of the quotient of dividing the value of the intensity of the spectral component second alloying element to the value of spectral intensity component and iron at the value of the private equal to or less than 0.1 is considered cleaned surface.
Для осуществления заявленного способа лазерной очистки поверхности использовали иттербиевый волоконный лазер с максимальной выходной мощностью от 10 до 1000 Вт, длиной волны 1070 нм; диаметр волокна 50 мкм; терминация оптического волокна - QBH, коллиматор; управляющий интерфейс - RS-232, цифровой и аналоговый сигнал. (Лазер серия ЛК-ххх http://www.ntoire-polus.ru/HP%20fiber%20laser.pdf).To implement the claimed method of laser surface cleaning, an ytterbium fiber laser was used with a maximum output power of 10 to 1000 W, a wavelength of 1070 nm; fiber diameter 50 μm; fiber termination - QBH, collimator; control interface - RS-232, digital and analog signal. (Laser series LK-xxx http://www.ntoire-polus.ru/HP%20fiber%20laser.pdf).
Наведение лазерного луча 3 на очищаемую поверхность выполняли с помощью датчика-позиционера 1, а именно, использовали лазерный триангуляционный датчик положения.The
Процесс лазерной очистки может быть реализован, например, следующим образом. Работой сканирующего датчик-позиционера 1, спектрометра 2, лазера для очистки поверхности 3, сварочной головки 5, лазера 6 системы лазерной сварки, подачей защитных газов 4 для первого 3 луча лазера и для сварочной головки 5 в процессе сварки программно управляет компьютер (на фиг. не показано). Лазерный источник 3 генерирует импульсное лазерное излучение с параметрами, сформированными программно, в соответствии с заявленной формулой изобретения, благодаря его подключению через управляющий интерфейс к управляющему компьютеру, под управлением которого осуществляется и сканирование лазерного луча 3 по поверхности, с изменяющимися длительностью импульса, частотой следования и мощностью излучения, в соответствии с заявленной формулой изобретения. В процессе очистки возникает плазменный факел, в котором спектрометр 2 регистрирует, контролируемые спектральные составляющие.The laser cleaning process can be implemented, for example, as follows. The operation of the
В соответствии с примером выполнения заявленного способа очистку поверхности выполняли в среде кислорода. В качестве контролируемых использовали спектральные составляющие кислорода и легирующего элемента. Поскольку в эксперименте использовали сталь 10Г2ФБЮ, в которой в поверхностных слоях преобладает марганец, то контролировали спектральную составляющую марганца. Результаты измерений спектрометр 2 передает в управляющий компьютер, который вычисляет значение частного от деления значения интенсивности спектральной составляющей легирующего элемента марганца на значение интенсивности спектральной составляющей железа и при значении частного равном или меньше 0,1 устанавливает соответствующее ему значение мощности излучения, которое фиксирует и не изменяют до окончания выполнения очистки поверхности.In accordance with an example embodiment of the inventive method, surface cleaning was performed in an oxygen environment. As controlled spectral components of oxygen and an alloying element were used. Since 10G2FBYu steel was used in the experiment, in which manganese predominates in the surface layers, the spectral component of manganese was controlled. The measurement results are transmitted by
Способ лазерно-дуговой сварки стальной сформованной трубной заготовки был опробован на пластинах размером 700/100/15,7 мм из стали 10Г2ФБЮ класса прочности К52. В качестве защитного газа применяли углекислый газ. Параметрами иттербиевой волоконной лазерной системы очистки являлись: мощность излучения Р от 400 до 500 Вт, частота импульсов от 1 до 10 кГц, длительность импульсов от 15 до 400 нс, фокусное расстояние от 200 да 300 мм, ширина сканирования от 10 до 25 мм по обе стороны от средней линии будущего шва, скорость очистки от 200 до 400 см/мин, режим работы - непрерывный.The method of laser-arc welding of a molded steel billet was tested on plates of 700/100 / 15.7 mm in size made of 10G2FBYu steel of strength class K52. Carbon dioxide was used as a protective gas. The parameters of the ytterbium fiber laser cleaning system were: radiation power P from 400 to 500 W, pulse frequency from 1 to 10 kHz, pulse duration from 15 to 400 ns, focal length from 200 to 300 mm, scan width from 10 to 25 mm for both sides from the midline of the future weld, cleaning speed from 200 to 400 cm / min, continuous operation.
Пластины были загрязнены слоем ржавчины и окалиной. Мощность, при очистке поверхности, установленная в соответствии с заявленным способом, составила 200 Вт. После лазерной очистки загрязнители были полностью удалены за один проход. Поверхность была блестящей.The plates were contaminated with a layer of rust and scale. Power, when cleaning the surface, installed in accordance with the claimed method, amounted to 200 watts. After laser cleaning, contaminants were completely removed in a single pass. The surface was shiny.
Была выполнена контрольная лазерно-дуговая сварка без предварительной очистки лазером 3 и с предварительной лазерной очисткой поверхности. Осуществляли лазерно-дуговую сварку в среде углекислого газа. Первый лазерный луч 6 генерировали от лазерного источника мощностью 35 кВт. Мощность излучения составляла 15-32 кВт. Сварочная дуговая горелка 5 содержала электрод в виде сварочной проволоки диаметром 1,6 мм, которую подавали в зону сварки через сварочную горелку фирмы Fronius. Ток на сварочной дуге составлял от 300 А до 500 А, напряжение 18-30 В. Скорость сварки составляла от 200 см/мин.A control laser-arc welding was performed without preliminary cleaning with
Провели анализ шлифа полученных швов. В первом случае, микроструктура сварных швов без очистки поверхности представляла собой дисперсный бейнит и тонкие прослойки полигонального феррита.Conducted an analysis of the section of the received seams. In the first case, the microstructure of the welds without cleaning the surface was dispersed bainite and thin layers of polygonal ferrite.
После лазерной очистки поверхности наблюдалась снижение числа пор, более дисперсная структура, появляется большая игольчатость ферритной составляющей. Мелкодисперсная бейнитная составляющая улучшает свойства металла, например, повышается ударная вязкость.After laser cleaning of the surface, a decrease in the number of pores, a more dispersed structure, and a large acicularity of the ferrite component appeared. The finely dispersed bainitic component improves the properties of the metal, for example, toughness increases.
Геометрические параметры шва, как и ожидалось, по сравнению со сваркой без очистки, остались без изменений. После выполнения сварки визуальный осмотр готового шва, а также осмотр шлифа посредством специального оборудования не выявил сквозных отверстий и раковин и дефектов шва, таких, как пористость, газовые поры и их скопление, линейная пористость.The geometric parameters of the weld, as expected, remained unchanged compared to welding without cleaning. After welding, a visual inspection of the finished weld, as well as inspection of the thin section by means of special equipment, did not reveal through holes and sinks and weld defects, such as porosity, gas pores and their accumulation, linear porosity.
Исследовали макроструктуру сварных швов путем травления продольных шлифов сварного соединения реактивом Баталова. Дефектов шва, таких, как пористость, газовые поры и их скопление, линейная пористость и других не выявлено.The macrostructure of the welds was studied by etching the longitudinal sections of the welded joint with Batalov's reagent. No weld defects, such as porosity, gas pores and their accumulation, linear porosity and others were not detected.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129004A RU2668641C1 (en) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Method of laser-arc welding of steel formulated pipe stock |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017129004A RU2668641C1 (en) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Method of laser-arc welding of steel formulated pipe stock |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2668641C1 true RU2668641C1 (en) | 2018-10-02 |
Family
ID=63798238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017129004A RU2668641C1 (en) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Method of laser-arc welding of steel formulated pipe stock |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2668641C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2697756C1 (en) * | 2018-10-31 | 2019-08-19 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thin-wall butt joints |
| RU2697754C1 (en) * | 2018-10-31 | 2019-08-19 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thick-wall butt joints |
| RU2704874C1 (en) * | 2018-12-13 | 2019-10-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Hybrid ultrasonic welding method and device for its implementation |
| CN110899251A (en) * | 2019-11-22 | 2020-03-24 | 歌尔股份有限公司 | Laser cleaner and laser cleaning method |
| RU202295U1 (en) * | 2020-09-08 | 2021-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Device for laser multilayer cladding of powder materials |
| RU2787195C1 (en) * | 2022-05-06 | 2022-12-29 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Method for hybrid laser-arc welding of thick-wall pipes |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4368080A (en) * | 1979-10-25 | 1983-01-11 | Robert Langen | Method of removing rust from metallic objects |
| US5151134A (en) * | 1989-01-17 | 1992-09-29 | Agence Regionale De Developpements Technologiques | Method and a device for cleaning a surface with a laser |
| RU2037342C1 (en) * | 1989-01-17 | 1995-06-19 | Ажанс Режьональ де Девелопман Текноложик | Method of cleaning surfaces of materials, device used |
| JPH09222498A (en) * | 1996-02-15 | 1997-08-26 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | Laser-decontamination method |
| FR2832337A1 (en) * | 2001-11-22 | 2003-05-23 | Commissariat Energie Atomique | Equipment and method for producing hybrid welds, comprises use of laser welder with an electric arc welder which has a solid or hollow fusible electrode with a rectangular cross section |
| RU2297886C2 (en) * | 2005-06-06 | 2007-04-27 | Евгений Михайлович Борисов | Method for cleaning surface and apparatus for performing the same |
-
2017
- 2017-08-14 RU RU2017129004A patent/RU2668641C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4368080A (en) * | 1979-10-25 | 1983-01-11 | Robert Langen | Method of removing rust from metallic objects |
| US5151134A (en) * | 1989-01-17 | 1992-09-29 | Agence Regionale De Developpements Technologiques | Method and a device for cleaning a surface with a laser |
| RU2037342C1 (en) * | 1989-01-17 | 1995-06-19 | Ажанс Режьональ де Девелопман Текноложик | Method of cleaning surfaces of materials, device used |
| JPH09222498A (en) * | 1996-02-15 | 1997-08-26 | Power Reactor & Nuclear Fuel Dev Corp | Laser-decontamination method |
| FR2832337A1 (en) * | 2001-11-22 | 2003-05-23 | Commissariat Energie Atomique | Equipment and method for producing hybrid welds, comprises use of laser welder with an electric arc welder which has a solid or hollow fusible electrode with a rectangular cross section |
| RU2297886C2 (en) * | 2005-06-06 | 2007-04-27 | Евгений Михайлович Борисов | Method for cleaning surface and apparatus for performing the same |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2697756C1 (en) * | 2018-10-31 | 2019-08-19 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thin-wall butt joints |
| RU2697754C1 (en) * | 2018-10-31 | 2019-08-19 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thick-wall butt joints |
| RU2704874C1 (en) * | 2018-12-13 | 2019-10-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Hybrid ultrasonic welding method and device for its implementation |
| CN110899251A (en) * | 2019-11-22 | 2020-03-24 | 歌尔股份有限公司 | Laser cleaner and laser cleaning method |
| RU202295U1 (en) * | 2020-09-08 | 2021-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Device for laser multilayer cladding of powder materials |
| RU2787195C1 (en) * | 2022-05-06 | 2022-12-29 | Публичное акционерное общество "Трубная металлургическая компания" (ПАО "ТМК") | Method for hybrid laser-arc welding of thick-wall pipes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2668641C1 (en) | Method of laser-arc welding of steel formulated pipe stock | |
| JP6884737B2 (en) | A method for manufacturing an aluminum-plated steel sheet that is welded and then press-cured. | |
| EP2322312B1 (en) | Method for manufacturing laser-welded steel pipe | |
| US9457432B2 (en) | Apparatus and method for laser cleaning of coated materials prior to welding | |
| RU2668619C1 (en) | Method of laser surface cleaning | |
| Ma et al. | Two-pass laser welding of galvanized high-strength dual-phase steel for a zero-gap lap joint configuration | |
| US7173215B1 (en) | Method for evaluating and/or comparing welding consumables | |
| US8884183B2 (en) | Welding process and a welding arrangement | |
| US20130087543A1 (en) | Apparatus and method for post weld laser release of gas build up in a gmaw weld | |
| Liu et al. | Real-time monitoring of the laser hot-wire welding process | |
| Atabaki et al. | High power laser welding of thick steel plates in a horizontal butt joint configuration | |
| WO2014030325A1 (en) | Welding system and welding method | |
| KR20160140849A (en) | System and method of welding with use of ac welding waveform and enhanced consumable to improve welding of galvanized workpiece | |
| CN110087811B (en) | Method and apparatus for cleaning workpieces using cathodic cleaning after thermal joining process | |
| Liu et al. | Oxygen content and morphology of laser cleaned 5083 aluminum alloy and its influences on weld porosity | |
| JP2004298896A (en) | Groove working method and composite welding method using laser and arc | |
| Seo et al. | A study of laser cleaning to remove by-products occurring after arc welding | |
| RU2708715C1 (en) | Method for hybrid laser-arc surfacing of metal articles | |
| US20220048141A1 (en) | Method of preparing an aluminum metal piece for welding | |
| JP2024009485A (en) | Corrosion resistance improvement processing method of stainless steel | |
| Liu et al. | Fiber laser welding of 780MPa high strength steel | |
| RU2668623C1 (en) | Method of defect correction of welded seam of a formed pipe shell made with the use of laser | |
| RU2456107C1 (en) | Method of producing steel pipe by laser welding | |
| Zhang et al. | Fundamental study on welding properties of 515nm green laser | |
| RU2697756C1 (en) | Method of defect-free hybrid laser-arc welding of thin-wall butt joints |