Способ изготовления труб сваркой

Изобретение может быть использовано для сварки толстостенных металлоконструкций, собранных между собой встык, в частности, при изготовлении стальных прямошовных труб для магистральных газо- и нефтепроводов с использованием лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки. Кромки трубной заготовки соединяют с использованием лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки в одну сварочную ванну. Сварку осуществляют при перемещении трубной заготовки относительно неподвижной сварочной головки в горизонтальной плоскости с введением в сварочную ванну ультразвуковых колебаний на протяжении всего цикла сварки. Ультразвуковой волновод устанавливают за лазерным лучом на расстоянии не более 50 мм от сварочной ванны, которое поддерживают в процессе сварки посредством скользящего контакта. Между волноводом и поверхностью трубы наносят контактную жидкость в виде воды или глицерина. Способ обеспечивает повышение качества сварного шва за счет снижения скорости кристаллизации металла в парогазовом канале, исключающего образование нежелательных закалочных структур в металле сварного шва. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способу изготовления стальных прямошовных труб для магистральных газо- и нефтепроводов с использованием лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки.

Лазерная или гибридная лазерно-дуговую сварка предполагает «кинжальное» проплавление в свариваемом изделии и получение сварного шва, имеющего большое отношение глубины проплавления к ширине сварного шва. Такой характер проплавления лазерным лучом обусловлен физическими особенностями, которые протекают в сварочной ванне во время действия мощного лазерного излучения. При действии лазерного луча в точке его контакта со свариваемым материалом образуется узкая и глубокая полость (парогазовый канал), внутри которой под большим давлением находятся различные газы, а вокруг данная полость окружена расплавленным металлом. В ходе сварки при отдалении лазерного луча металл в сварочной ванне начинает остывать, парогазовый канал становится нестабильным и происходит его коллапс схлопывание, когда металл расплава в сварочной ванне начинает заполнять парогазовый канал.

Таким образом, лазерная или гибридная лазерно-дуговая сварка в одну ванну характеризуется высокой скоростью остывания металла (более 150°C/сек) вследствие низкой погонной энергии сварки и других причин. По этой причине расплавленный металл кристаллизуется раньше, чем успевает заполнить всю полость парогазового канала, в результате чего в сварном шве могут образовываться полости, что является браковочным признаком и недопустимо.

Особенно остро данный негативный эффект проявляется при лазерной и лазерно-дуговой сварке металлов большой толщины (от 15 мм и выше). Также при сварке с использованием лазерного луча и характерных для этого процесса скоростях охлаждения металла расплава, которые могут достигать 150-190°C/сек, происходит образование закалочных структур в металле шва, таких как троостит и сорбит, которые имеют высокую твердость более 300 HV10. Необходимо отметить, что при изготовлении сварных труб большого диаметра при сварке не допускается образование закалочных структур в сварных швах, а твердость не должна превышать 300 HV10. В противном случае закалочные структуры приведут к снижению вязкопластических характеристик сварных швов и росту хрупкости металла шва при низких температурах, что не допустимо в трубном производстве.

Из уровня техники известно техническое решение, относящееся к способу лазерной сварки толстостенных металлических изделий (патент RU №2063853) с дополнительным воздействием на расплавленный металл сварочной ванны.

Известный способ позволяет сваривать толстостенные металлические изделия за счет нагрева (воздействия) лазерным излучением стыка свариваемых деталей до расплава с последующим его охлаждением, при этом на расплав воздействуют пронизывающим вращающимся магнитным полем, образующим углубление в расплаве и обнажающим дно сварочной ванны, на которое воздействуют лазерным излучением. Лазерный луч действует на дно сварочной ванны, непрерывно увеличивая глубину проплавления.

Следует отметить, что листовой прокат, применяемый при изготовлении сварных труб, зачастую имеет величину остаточной намагниченности, достигающую 30 Гаусс и более. Создаваемое магнитное поле в известном изобретении еще более намагнитит свариваемые кромки, что в последующем негативно повлияет на сварку заполняющих (облицовочных) швов, также на качество неразрушающего контроля сварного шва и других отделочных операций.

Таким образом, предлагаемое изобретение решает техническую задачу повышения качества сварного шва за счет снижения скорости кристаллизации металла в парогазовом канале, исключающего образование нежелательных закалочных структур в металле сварного шва.

Способ изготовления труб сваркой включает воздействие на стык кромок трубной заготовки лазерным лучом при лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварке в одну сварочную ванну при введении в сварочную ванну ультразвуковых колебаний на протяжении всего цикла сварки.

Сущность заявляемого способа поясняется следующим образом.

Лазерный луч отдельно или в комбинации с электрической дугой действует на металлические кромки трубной заготовки и расплавляет металл в сварочной ванне. При введении ультразвуковых колебаний в сварочную ванну одновременно с процессом сварки металл расплава перемешивается, и скорость его кристаллизации заметно снижается. Эти явления приводят к увеличению времени застывания металла без образования пор и несплавлений за счет полного заполнения расплавленным металлом парогазового канала при его схлопывании.

Из уровня техники известно воздействие ультразвуком на расплав металла.

Например, из книги «Внепечная обработка чугуна и стали» (автор В.А. Кудрин, М., Металлургия, 1992) известно введение ультразвуковых колебаний в расплав металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе. Энергия ультразвука, воздействующая на расплав, изменяет кинетику процесса, при этом наблюдается усиление перемешивания жидкой фазы, обламывание растущих кристаллов. Данный прием позволяет оптимизировать микроструктуру разливаемой стали путем дробления зерен на более мелкие, что в дальнейшем обеспечит высокие показатели при механических испытаниях стали. Однако описываемая в указанной книге способность ультразвука дробить дендриты при кристаллизации металла при лазерной или лазерно-дуговой сварке теряет свою ценность. Лазерная или лазерно-дуговая сварка из-за узконаправленного действия лазерного луча характеризуется интенсивной кристаллизацией металла сварочной ванны, и дендриты при остывании металла шва просто не успевают вырасти до той величины, при которой бы они негативно сказывались на механических свойствах сварных соединений.

Другим источником известности влияния ультразвука на расплав металла является описание к патенту RU 87380 на полезную модель, в котором раскрыто воздействие ультразвука на жидкую сварочную ванну перед фронтом кристаллизации и в металл после фронта кристаллизации сварного шва. Необходимо отметить, в указанном патенте воздействие ультразвуковых колебаний используется при электродуговой сварке в среде защитных газов или под флюсом, которая характеризуется большими тепловложениями в металл и образованием обширной зоны термического влияния. Вследствие указанных факторов сварной шов испытывает огромные остаточные напряжения, а медленная скорость кристаллизации сварочной ванны провоцирует неконтролируемый рост дендритов в микроструктуре сварных швов, что негативно скажется на уровне ударной вязкости металла сварного шва. При лазерной и лазерно-дуговой сварке плотность энергии настолько велика, а зона теплового воздействия настолько малая, что остаточных напряжений швы практически не испытывают и в их релаксации нет надобности. При этом скорость охлаждения при гибридной лазерно-дуговой сварке, наоборот, велика - более 100°C/сек, следовательно, дендриты не успевают вырасти и нет необходимости дробить микроструктуру металла.

Таким образом, введение ультразвуковых колебаний в расплав при расплавлении кромок трубной заготовки с использованием технологий лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки проявляет иные свойства по сравнению с указанными выше.

При введении ультразвуковых колебаний в расплав при расплавлении кромок трубной заготовки с использованием технологий лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки, характеризующихся узконаправленным действием лазерного луча и высококонцентрированным введением энергии, снижается скорость кристаллизации металла шва до 80-100°C, исключающая рост дендритов. При этом авторами установлено, что снижение скорости остывания металла расплава при лазерной или лазерно-дуговой сварке, вызванное воздействием ультразвука, хотя бы на 40-50°C, позволит избежать образования закалочных хрупких структур типа троостита и сорбита в сварном шве и также приведет к сохранению его качества.

Заявляемый способ поясняется с помощью схематичного чертежа.

На чертеже позициями обозначены:

1 - ультразвуковой генератор;

2 - волновод;

3 - трубная заготовка;

4 - лазерный луч;

5 - дуговая горелка;

6 - расплав металла;

7 - контактная жидкость.

Предлагаемый способ лазерной и лазерно-дуговой сварки труб предполагает одновременно в процессе сварки вводить в сварочную ванну ультразвуковые колебания с использованием необходимого оборудования.

Генератор 1 передает колебания ультразвука на волновод 2, который устанавливается под прямым углом к поверхности трубной заготовки 3 непосредственно за лазерным лучом 4 либо за лазерным лучом с дуговой горелкой 5 на расстоянии, равном не более 50 мм. При сварке трубна заготовка 3 перемещается в горизонтальной плоскости относительно неподвижной сварочной головки (не показана), а ультразвуковой волновод 2 посредством скользящего контакта на протяжении процесса сварки остается на удалении от сварочной ванны 6 на расстоянии до 50 мм. Между ультразвуковым волноводом 2 и трубной заготовкой 3 наносится контактная жидкость7 (вода или глицерин) для лучшей передачи ультразвуковых колебаний в сварочную ванну 6.

Использование заявляемого способа позволяет минимизировать несплавления и образование полостей в сварных швах после лазерной или лазерно-дуговой сварки, а также избежать образования хрупких закалочных структур в сварном шве.

1. Способ изготовления стальных прямошовных труб для магистральных газо- и нефтепроводов, включающий соединение кромок трубной заготовки с использованием лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки в одну сварочную ванну, отличающийся тем, что сварку осуществляют при перемещении трубной заготовки относительно неподвижной сварочной головки в горизонтальной плоскости с введением в сварочную ванну ультразвуковых колебаний на протяжении всего цикла сварки, при этом ультразвуковой волновод устанавливают за лазерным лучом на расстоянии не более 50 мм от сварочной ванны, которое поддерживают в процессе сварки посредством скользящего контакта, причем между волноводом и поверхностью трубы наносят контактную жидкость.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют контактную жидкость в виде воды или глицерина.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу сварки труб методом лазерной сварки. Осуществляют наложение технологического шва и лазерную сварку стыка кромок, при этом при наложении технологического шва виртуально задают три точки, соответствующие точкам на кромках трубной заготовки и включающие точку на стыке кромок и две точки на краях кромок, лежащие на соответствующих касательных линиях к поперечной плоскости трубной заготовки.

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва толстостенных трубных заготовок. Технический результат: повышение качества сварного шва при сварке заготовки стыка кромок как с максимально допустимым зазором, так и излишним зазором.

Изобретение относится к способу лазерной сварки труб большого диаметра, в частности к сварке продольных швов цилиндрической трубной заготовки. Осуществляют наложение технологического шва с наружной стороны трубы и последующее наложение рабочего шва посредством лазерной сварки.

Изобретение относится к способам лазерной нейтрализации взрывоопасных объектов и может быть использовано для бездетонационного обезвреживания взрывоопасных объектов, содержащих энергонасыщенные аминные комплексы кобальта(III), а также деактивации инициируемых лазером запалов.

Изобретение относится к способу лазерной сварки материалов, имеющих разные толщины. Располагают встык две пластины (10), (12), имеющие разные толщины так, что одна поверхность пластины (10) и одна поверхность пластины (12) расположены заподлицо друг с другом.

Изобретение относится к области поверхностной обработки прокатных цилиндров для получения заданной шероховатости. Установка (M) содержит устройство (МА) для поддержания обрабатываемого цилиндра (C) и приведения его во вращение вокруг его собственной продольной оси (X) и по меньшей мере одно устройство (MB), взаимодействующее с указанной первой станцией (МА) для создания и испускания с помощью оптоволоконного устройства импульсного лазерного излучения, случайным образом воздействующего на поверхность (S) цилиндра (C) и создающего заданную шероховатость на этой поверхности (S).
Изобретение относится к способу лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки стыковых соединений толстостенных металлоконструкций, в частности к сварке продольных швов труб большого диаметра, кольцевых швов трубопроводов и трубопроводных изделий.

Изобретение относится к способу лазерно-дуговой сварки с использованием плавящегося электрода в среде защитного газа, и может быть использовано для сварки сформованных трубных заготовок.

Изобретение относится к устройству (10) облучения обрабатывающим светом объекта, устройству и способу герметизации объекта и носителю информации. Группы источников света генерируют свет для обработки объекта, причем группы источников света изображают в рабочей плоскости (17) посредством блока (16) формирования изображения для получения обрабатывающего света.

Изобретение относится к способу для лазерной сварки встык по меньшей мере одной заготовки (1, 2) из отверждаемой под прессом марганцево-борной стали. Заготовка (1) или заготовки (1, 2) имеют толщину по меньшей мере 1,8 мм и/или на стыке (3) имеется скачок (d) толщины по меньшей мере 0,4 мм.

Изобретение относится к способам лазерной сварки внахлест листов конструкционной стали и сплавов алюминия и может быть использовано в машиностроении. Перед сваркой контактируемые поверхности соединяемых листов обрабатывают лазерной чисткой. Затем листы плотно прижимают. Сварной шов образуют периодической повторяемостью базисных элементов V-, U-, Ω-образной геометрической формы, в частности, эллипсов или кругов, лазерным лучом с постоянной скоростью под углом 90° относительно соединения в два этапа - нагрев поверхности стали разфокусированным лучом до температуры 600°÷700° и проплавление листа стали сфокусированным лучом с защитой расплава газовой смесью аргона и гелия. Для различных соотношений толщин соединяемых листов расплав стали обеспечивает проплавление листа алюминия на толщины. В результате достигается упрощение технологии сварки, возможность осуществления подбора рациональной геометрической формы сварного шва, повышение качества сварного соединения и снижение производственного брака. 4 ил., 3 пр., 3 табл.

Изобретение относится к способам лазерной наплавки и может быть использовано при наплавке различных материалов лазерным излучением и при выращивании монокристаллов или осуществлении направленной кристаллизации в образцах путем лазерного спекания порошковых материалов газопорошковой смеси. Cпособ выращивания монокристалла включает подачу направленного потока газопорошковой смеси из сопла устройства на подложку с одновременным расплавлением порошкового материала газопорошковой смеси на подложке лазерным лучом и перемещением сопла относительно подложки, при этом в процессе наплавки сопло перемещают относительно подложки с кристаллизатором с одновременным подъемом и меняют направление угла его наклона или положение в пространстве таким образом, чтобы осуществлялись бесконечно непрерывный рост монокристалла и заданное изменение направления его роста, при этом процесс осуществляют при скорости потока газопорошковой смеси 1-50 г/мин, линейной скорости движения лазерного луча 0,1-50 мм/с, мощности лазерного излучения 0,5-10 кВт и скорости перемещения сопла относительно подложки 0,001-30 м/с. Способ осуществляют в устройстве, содержащем лазерный блок, сопло 1 с входным патрубком для подачи газопорошковой смеси 6 на подложку 4 и волоконным кабелем, соединенным с лазерным блоком для транспортировки лазерного луча 7, столик 3 для размещения подложки 4, систему приводов для взаимного перемещения корпуса сопла относительно поверхности столика с подложкой 4, при этом устройство снабжено кристаллизатором 2, расположенным ниже выходного отверстия сопла 1 и представляющим собой водоохлаждаемый патрубок, по крайней мере, с одним ответвлением, подведенным к поверхности подложки. Технический результат изобретения заключается в получении монокристаллических изделий или изделий с направленными кристаллами в структуре без ограничения в размерах, с заданной ориентировкой и формой монокристалла. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к стыковой сварке металлопродукции, в частности к сварке продольных швов труб большого диаметра, кольцевых швов трубопроводов, а также швов трубопроводных изделий (отводов, тройников и т.д). Для улучшения микроструктуры сварного шва после лазерной или лазерно-дуговой сварки труб путем воздействия лазерным лучом на свариваемые участки труб до полного их проплавления осуществляют охлаждение зоны сварки. Охлаждение сварного шва выполняют в интервале от температуры Ms, где Ms - температура начала образования мартенсита, и до температуры не ниже Mf, где Mf - температура завершения образования мартенсита. Затем повторно нагревают до температуры Ms (+100…300)°С с дальнейшим окончательным охлаждением. При этом охлаждение производят на воздухе, или водой, или водовоздушной смесью. Повторный нагрев выполняют индукционным методом или лазером. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится способу ремонта трубы с продольном швом. Ремонт включает обнаружение дефекта, выборку дефекта и заплавление выборки. Оборудование для обнаружения, выборки дефекта и заплавления выборки устанавливают с возможностью работы через блок управления в единой системе координат. При этом для обнаружения дефекта осуществляют ультразвуковой контроль путем сканирования вдоль линии шва с использованием ультразвуковых преобразователей до обнаружения дефекта, при котором строят координатную модель дефекта, данные которой используют для задачи параметров выборки, которые вводят в блок управления, осуществляющий на стадии выборки дефекта позиционирование фрезерной головки, а на стадии заплавления выборки - позиционирование оптической лазерной головки, осуществляющей очистку зоны выборки, и позиционирование оборудования наплавки. Изобретение обеспечивает точное наведение ремонтного оборудования на зону дефекта шва трубы, нанесенного методом лазерной сварки, позволяет устранить любой дефект лазерного шва с минимальным объемом выборки, максимальным сохранением геометрии шва и минимизирует тепловложение в ремонтный участок сварного шва. 11 ил.

Изобретение относится к области изготовления стального профиля посредством лазерной сварки. С помощью устройства для лазерной сварки приваривают боковые края стеночного элемента (4) к двум полочным элементам (2, 3), при этом стеночный элемент удерживают роликовым устройством (30), которое содержит множество роликов (31) первой поверхности, которые вращаются вдоль одной поверхности стеночного материала и расположены с интервалами в направлении транспортировки, и множество роликов (32) второй поверхности, которые вращаются вдоль другой поверхности стеночного материала и расположены с интервалами в направлении транспортировки. При этом для участка, на котором зажат стеночный элемент, обеспечивается условие плохого прилипания брызг, рассеянных из точек сварки, или условие, при котором он не подвергается нагреву от точек сварки. Использование изобретения позволяет повысить качество изготовления сварного стального профиля. 4 н.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к способу и оборудованию для наплавки металлической детали (202) турбореактивного двигателя летательного аппарата, содержащей множество подлежащих наплавке металлических частей (203, 204). Для наплавки используют форсунку (211), излучающую лазерный пучок. Способ включает следующие этапы: размещение подлежащей наплавке металлической детали (202) на поворотной плите (201); размещение крышки (205) на поворотной плите (201), позиционирование форсунки (211) на уровне отверстия (206), имеющегося в крышке (205); введение инертного газа под крышку (205); наплавку первой части (203) из множества металлических частей металлической детали (202). Осуществляют лазерную наплавку металлического порошка на упомянутую первую металлическую часть (203) с перемещением форсунки (211) относительно упомянутой первой металлической детали (203). 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу двухлучевой лазерной сварки алюминиевых сплавов и конструкционных сталей и может найти применение в различных отраслях машиностроения, в частности при сварке изделий в камере сварки с инертным газом. Способ заключается в направлении лазерных лучей к месту сварки и выполнении ее в среде инертного газа. Лучи лазеров сводят в одну оптическую систему, а после лучи лазеров через фокусный объектив направляют к месту сварки. Непрерывный лазер во время сварки включают с опережением и выключают с задержкой относительно импульсного лазера. Изобретение позволяет получать качественный сварной шов при сварке алюминиевых сплавов и трудносвариваемых конструкционных сталей за счет увеличения глубины провара более чем в 2 раза и осуществлять сварку деталей сложной геометрии. 6 ил., 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки. Формируют сварочную ванну одновременно электрической дугой и лазерным лучом путем расплавления металла присадочного материала в защитной среде, состоящей из инертного и активного компонентов. В качестве инертного компонента используют аргон. Присадочный материал используют в виде двух расходуемых проволок диаметром до 1,6 мм, которые вместе с защитной средой подают из одного сопла. Заполнение наружной части разделки кромок осуществляют путем одновременного плавления проволок заданного объема с формированием наружного валика. Изобретение позволяет повысить производительность процесса лазерно-гибридной сварки, уменьшить дефекты формируемого шва, а также повысить его механические свойства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам сварки продольных швов труб большого диаметра, применяемых преимущественно для строительства магистральных нефтепроводов и газопроводов, а также водоканалов и тепловых сетей. После стыковки кромок трубной заготовки выполняют прихваточный шов дуговой сваркой. Накладывают основной рабочий шов с переплавлением прихваточного шва лазерной или лазерно-дуговой сваркой. Затем выполняют внутренний и наружный облицовочные швы дуговой сваркой. Перед выполнением основного рабочего шва осуществляют подъем трубной заготовки до фиксированного положения посредством приводного механизма, связанного с блоком управления, на вход которого вводят значение угла наклона трубной заготовки. При помощи приводных опорных роликов, выполненных с возможностью размещения и поворота трубной заготовки на 360°, устанавливают стык кромок трубной заготовки в положение на 12 часов. Выполняют основной рабочий шов на подъем. Затем опускают трубную заготовку и выполняют либо наружный облицовочный шов на спуск, не меняя положения стыка кромок трубной заготовки, либо - внутренний облицовочный шов на спуск, предварительно установив стык кромок трубной заготовки в положение на 6 часов. 2 ил.

Изобретение относится к лазерному плазмотрону для осаждения композитных алмазных покрытий и может быть использовано в машиностроении, в химической и электронной промышленности, в атомной энергетике. Плазмотрон содержит непрерывный CO2-лазер, входной блок формирования рабочей газовой смеси Ar/CH4/H2, фокусирующую линзу, установленную в упомянутом блоке на пути лазерного излучения, газовое сопло и реакционную камеру. Реакционная камера имеет узел ввода нано-/микрофункциональных частиц в виде газопылевой струи. Упомянутый узел установлен с возможностью перемещения вдоль поверхности реакционной камеры по направлению потока лазерной плазмы и с возможностью подачи газопылевой струи поперек упомянутого потока в область фокуса лазерного излучения или ниже упомянутой области фокуса в направлении по потоку лазерной плазмы. В результате того, что узел ввода частиц может передвигаться вдоль поверхности реакционной камеры плазмотрона возможно осуществлять очистку и активацию поверхности частиц, частичную абляцию (испарение) частиц с уменьшением их среднего размера, полное испарение частиц до атомарного состояния. Таким образом, использование непрерывного лазерного плазмотрона с вводом газопылевой струи нано-/микронных частиц наполнителя для осаждения композитных алмазных покрытий позволяет улучшать функциональные характеристики обычных алмазных покрытий (прочность, микрорельеф поверхности, устойчивость к износу и др.), формировать сравнительно толстые покрытия, увеличивать их скорость осаждения. 1 ил.

Изобретение может быть использовано для сварки толстостенных металлоконструкций, собранных между собой встык, в частности, при изготовлении стальных прямошовных труб для магистральных газо- и нефтепроводов с использованием лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки. Кромки трубной заготовки соединяют с использованием лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки в одну сварочную ванну. Сварку осуществляют при перемещении трубной заготовки относительно неподвижной сварочной головки в горизонтальной плоскости с введением в сварочную ванну ультразвуковых колебаний на протяжении всего цикла сварки. Ультразвуковой волновод устанавливают за лазерным лучом на расстоянии не более 50 мм от сварочной ванны, которое поддерживают в процессе сварки посредством скользящего контакта. Между волноводом и поверхностью трубы наносят контактную жидкость в виде воды или глицерина. Способ обеспечивает повышение качества сварного шва за счет снижения скорости кристаллизации металла в парогазовом канале, исключающего образование нежелательных закалочных структур в металле сварного шва. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх