Способ лазерной или лазерно-дуговой сварки труб

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 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).

Лазерная или лазерно-дуговая сварка характеризуется большими скоростями охлаждения сварного шва, способствующими образованию мартенситной микроструктуры. Мартенситная микроструктура характеризуется высокой твердостью и низкой пластичностью и может быть склонна к хрупким разрушениям.

Из уровня техники известен способ сварки (патент РФ №,2047446, опубл. 10.11.95 г.), при котором осуществляют воздействие высокоэнергетическим тепловым лучом на подлежащие соединению участки свариваемых деталей и подачу в зону сварки инертного газа. Свариваемые участки охлаждают за счет подачи в зону сварки охлажденного инертного газа. Температуру охлаждения выбирают в диапазоне (-200-0°С). Недостатком известного способа является невысокая скорость сварки и качественные изменения микроструктуры (межкристаллитное окисление, рост кристаллов) металла свариваемой трубы из-за нагрева в результате непрерывного лазерного излучения всей массы металла свариваемой трубы.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ лазерной сварки тонкостенных труб (патент РФ №2533572 опуб. 20.07.14 г.), при котором осуществляют воздействие лазерным лучом на подлежащие соединению кромки свариваемых труб. Свариваемые трубы во время процесса сварки охлаждают по всей их массе до температуры (-200°С) путем подачи и непрерывной циркуляции в контуре кондуктора сжиженного азота, причем скорость лазерной сварки труб выбирают в зависимости от их толщины и времени глубокого проплавления металла при воздействии лазерного луча. Известный способ лазерной сварки позволяет получать высокопрочные сварные швы без выпуклости, в которых легко восстанавливается первичная структура свариваемого металла с его свойствами.

Однако охлаждение сварного шва жидким азотом приводит к практически 100% содержанию мартенсита в металле, и как следствие к снижению вязко-пластических свойств при низких температурах, так как охлаждение идет до температур ниже начала образования мартенсита (Ms). Кроме того, выполнение этой технологической операции является сложным технологическим процессом и дорогостоящим из-за того, что форма трубной заготовки под сварку может быть далека от идеальной. Кромки могут быть изогнуты винтообразно, что затрудняет точную подачу жидкого азота в требуемую область.

Заявляемый способ лазерной или лазерно-дуговой сварки труб решает проблему повышения качества сварного соединения.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением является улучшение микроструктуры сварного шва.

Указанный технический результат заявляемого изобретения достигается тем что, в способе лазерной или лазерно-дуговой сварки труб осуществляют воздействие лазерным лучом на подлежащие соединению участки свариваемых труб до полного их проплавления, а далее охлаждение зоны сварки, согласно изобретению охлаждение выполняют от температуры Ms, где Ms - температура начала образования мартенсита, и до температуры Mf, где Mf - температура завершения образования мартенсита, затем повторный нагрев до температуры Ms(+100…300°C) и дальнейшее окончательное охлаждение. При этом окончательное охлаждение выполняют естественным путем на воздухе, либо принудительно водой или водовоздушной смесью. Повторный нагрев выполняют индукционным или иным способом.

Сущность заявляемого технического решения поясняется графиками:

Фиг. - 1 - диаграмма термического цикла лазерно-гибридной сварки. На данной диаграмме показан происходящий процесс по известной технологии и процесс по заявляемому способу.

Фиг. 2 - мартенситное превращение для низкоуглеродистых сталей,

Отличительными признаками заявляемого технического решения являются охлаждение от температуры начала образования мартенсита (Ms) и до температуры, не ниже завершения образования мартенсита (Mf), а затем повторный нагрев до температуры начала образования мартенсита (Ms).

Совокупность существенных признаков заявляемого изобретения позволяет обеспечить качественное сварное соединение за счет улучшенных характеристик микроструктуры материала.

Осуществление изобретения.

На подлежащие соединению участки свариваемых труб осуществляют воздействие лазерным лучом до полного их проплавления. После образования ванны жидкого металла происходит охлаждение сварного соединения естественным путем за счет теплопроводности металла кромок, сопровождающееся сначала кристаллизацией металла шва, а затем выполняют охлаждение от температуры начала образования мартенсита (Ms) до температуры, не ниже окончания образования мартенсита (Mf). Температуру охлаждения контролируют пирометрами или иными способами.

При понижении температуры ниже температуры Ms происходит мартенситное превращение. Степень мартенситного превращения зависит от температуры охлаждения и характеризуется мартенситной кривой. Превращение будет развиваться, если будет непрерывное понижение температуры. (См. фиг 1 - известная технология).

При охлаждении в интервале температур Ms-Mf мартенситное превращение не завершается и помимо мартенсита в структуре будет присутствовать остаточный аустенит. Мартенсит является пересыщенным твердым раствором углерода в α-железе и термодинамически не стабилен. При прерывании охлаждения происходит диффузия углерода в аустенит из мартенсита. В результате аустенит обогащается углеродом и стабилизируется. Образуется смешанная структура мартенсита и остаточного аустенита. Стабилизированный аустенит дает возможность реализовать повышение ударной вязкости, равномерное удлинение и трещиностойкость за счет TRIP-эффекта (TRIP - Transformation Induced Plasticity - пластичность наведенная превращением). На фиг. 2 показан пример графического описания мартенситного превращения для низкоуглеродистой стали.

При повторном нагреве сварного шва до температуры начала образования мартенсита Ms(+100-300°C) в структуре металла сварного шва активизируется процесс диффузии атомов углерода из мартенсита в остаточный аустенит. Насыщение аустенита углеродом повышает его стабильность. Далее следует окончательное охлаждение сварного шва при температуре окружающей среды, где происходит стабилизация микроструктуры металла (См. фиг. 1 - предлагаемая технология).

И в зависимости от химического состава стали при окончательном охлаждении возможно образование дополнительной порции мартенсита, что может использоваться для дальнейшего упрочнения.

В результате исследований авторами установлено, что заявляемый способ позволяет создать условия для более равномерного охлаждения сварного соединения и в результате получить высокую прочность при хороших характеристиках пластичности и ударной вязкости.

1. Способ сварки труб, включающий воздействие лазерным лучом на подлежащие соединению участки свариваемых труб до полного их проплавления и охлаждение сварного шва, отличающийся тем, что охлаждение сварного шва ведут до температуры в интервале от температуры начала образования мартенсита Ms до температуры завершения образования мартенсита Mf, затем осуществляют повторный нагрев сварного шва до температуры Ms+ (100-300)˚С и окончательное охлаждение.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют на воздухе, или водой, или водовоздушной смесью.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что повторный нагрев осуществляют, например, индукционным методом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к стальным трубам, получаемым электрической контактной сваркой. Труба имеет химическую композицию, содержащую, в мас.%, С: от 0,03 до 0,59, Si: от 0,10 до 0,50, Mn: от 0,60 до 2,10, Al: от 0,01 до 0,35, Са: от 0,0001 до 0,0040, Cr: от 0,01 до 1,09, при этом содержание Si и содержание Mn удовлетворяют массовому отношению Mn/Si, находящемуся в диапазоне от 6,0 до 9,0, и остальное составляет Fe и неизбежные примеси.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве труб. Способ индукционной термической обработки сварного соединения бурильных труб включает нагрев под аустенизацию до температуры не более 970°С с выдержкой 15-30 с на 1 мм поперечного сечения сварного соединения, охлаждение и отпуск при температуре Aс1 ± 30°С с выдержкой, увеличенной до трёх раз по отношению к выдержке при аустенизации.

Изобретение относится к области термической обработки. Для увеличения долговечности рельса согласно настоящему изобретению устройство термической обработки для снятия напряжений рельса, который сварен, содержит катушку индукционного нагрева, которую размещают на боковой поверхности шейки рельса на расстоянии от центра сварного шва рельса от 20 до 300 мм в продольном направлении рельса.

Изобретение относится к способу лазерно-порошковой наплавки защитного покрытия на входную кромку рабочей лопатки паровой турбины из стали марки 13Х11Н2В2МФ-Ш, или 15Х11МФ-Ш, или 20X13.

Изобретение может быть использовано для соединения сваркой трением с перемешиванием деталей из дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов. Детали прижимают по линии соединения друг к другу и вводят вращающийся сварочный инструмент в зону соединения деталей.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к толстостенным стальным трубам, которые могут быть использованы для бурения или транспортировки нефти и природного газа.
Изобретение может быть использовано для повышения технологических и эксплуатационных характеристик сварных конструкций и сложных деталей, изготовленных из термически упрочняемых алюминиевых сплавов, полученных сваркой трением с перемешиванием, в частности, при изготовлении различных конструкций для автомобильной промышленности, например для производства дисков автомобильных колес.

Изобретение относится к способу автоматической сварки толстостенных крупногабаритных деталей из сплава на основе Ni-Cr и может быть использовано в производстве ЖРД.

Изобретение относится к области сварки, а именно к технологии сварки толстостенных конструкций. Для повышения стойкости к появлениям трещин во время эксплуатации за счет улучшения механических свойств способ включает наложение циклической нагрузки на кристаллизующийся металл сварочной ванны.

Изобретение относится к высокопрочной стальной трубе с низким отношением предела текучести к пределу прочности, сваренной электрической контактной сваркой, с отношением предела текучести к пределу прочности 80% или менее и TS 655 МПа или более и способ ее изготовления.

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.

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.

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.

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 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 стыковой сварке металлопродукции, в частности к сварке продольных швов труб большого диаметра, кольцевых швов трубопроводов, а также швов трубопроводных изделий. 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 °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.

Наверх