Способ сварки труб большого диаметра

Изобретение относится к области лазерной или гибридной сварки и может быть использовано в разных отраслях промышленности, в т.ч. при производстве труб большого диаметра. В способе сварки труб большого диаметра создают базу данных, содержащую информацию о положении стыка кромок по длине трубной заготовки и формируют прихваточный шов электрической дуговой сваркой. Вслед за прихваточным выполняют рабочий шов лазерной или лазерно-дуговой сваркой, при которой сварочные головки располагают относительно сварочной головки, выполняющей прихваточный шов, на расстоянии большем, чем требуется для застывания прихваточного шва при максимальной скорости сварки. Лазерный луч наводят на стык кромок, определяя его положение на основе значений базы данных с учётом неизменного расстояния между сканирующим датчиком и лазерным лучом, при этом прихваточный шов и рабочий шов выполняют на одной технологической линии. Техническим результатом является упрощение процесса сварки при создании базы данных положения стыка кромок и сохранении высокого качества сварного шва. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области лазерной или гибридной сварки и может быть использовано в разных отраслях промышленности, в т.ч. при производстве труб большого диаметра.

Поскольку диаметр лазерного луча в зоне сварки не превышает 0,6-0,8 мм, наведение его на стык кромок трубной заготовки должно быть очень точным. Задача существенно осложняется ещё и тем, что кромки должны быть предварительно сварены прихваточным швом.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ лазерной сварки труб большого диаметра из патента RU 2564504, по которому во время сварки прихваточного шва непосредственно перед зоной сварки сканирующим лазерным датчиком по всей длине трубы фиксируют три точки – точку стыка кромок и две точки их краев, лежащих на касательной к поперечной плоскости трубы, создают базу данных между этими точками по длине трубы, затем на последующей операции лазерной сварки определяют положение краев кромок с помощью сканирующего лазерного датчика, используя полученную базу данных, находят положение точки стыка кромок в каждый момент времени в заданном положении по длине трубы и наводят на нее лазерный луч путём перемещения сварочной головки.

Этот способ предполагает раздельное выполнение операций наложения прихваточного и лазерного швов, кроме того, создание промежуточной базы данных для каждой трубы, её архивирование и хранение, использование на конкретной трубе вместе с обработкой информации с дополнительного сканирующего лазерного датчика значительно усложняют систему наведения сварочной головки на стык кромок.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является значительное усложнение процесса сварки при создании базы данных положения стыка кромок.

Техническим результатом предлагаемого способа является решение технической проблемы при сохранении высокого качества сварного шва.

Технический результат достигается тем, что в способе лазерной сварки труб большого диаметра создают базу данных, содержащую информацию о положении стыка кромок по длине трубной заготовки и формируют прихваточный шов электрической дуговой сваркой, вслед за ним выполняют рабочий шов лазерной или лазерно-дуговой сваркой, при которой сварочные головки располагают относительно сварочной головки, выполняющей прихваточный шов, на расстоянии большем, чем требуется для застывания прихваточного шва при максимальной скорости сварки, а лазерный луч наводят на стык кромок, определяя его положение на основе значений базы данных с учётом неизменного расстояния между сканирующим датчиком и лазерным лучом, при этом прихваточный шов и рабочий шов выполняют на одной технологической линии.

Способ поясняется с помощью фигур 1-2, на которых показаны:

Фиг.1 – сборочно-сварочный стан;

Фиг. 2 – общий вид стана наружной сварки.

На фиг. 1-2 позициями 1-14 показаны:

1 – трубная заготовка перед станом;

2 – подъёмно-поворотное устройство;

3 – подающий рольганг;

4 – цепной транспортер;

5 – сборочная клеть;

6 – отводящий рольганг;

7 – трубная заготовка после стана;

8 – балкон;

9 – флюсосистема;

10 – бухта с проволокой на разматывателе;

11 – колонна со сварочной головкой;

12 – сварочный источник питания;

13 – трубная заготовка;

14 – тележка.

Способ осуществляют следующим образом.

На сборочно-сварочный стан подаётся предварительно сформованная трубная заготовка перед станом 1, кромки которой разведены на расстояние около 70-100 мм. На подъёмно-поворотном устройстве 2 трубная заготовка поворачивается кромками вверх и подается цепным транспортером 4 с помощью подающего рольганга 3 в сборочную клеть 5. Вращающиеся валки сборочной клети 5 обжимают трубную заготовку со всех сторон для стыковки кромок с минимальным зазором между ними и выравнивают их по вертикали. Сварочная головка для сварки прихваточного шва расположена непосредственно в сборочной клети 5 между её валками и сваривает уже сведённые и выровненные кромки трубной заготовки.

Перед сварочной головкой для сварки прихваточного шва расположены датчик пути и сканирующий датчик смещения. В память системы управления сваркой датчики передают информацию, где она преобразуется в базу данных, состоящую из двух колонок. В ячейки одной из колонок записывается путь, проходимый трубной заготовкой во время сварки, в ячейки второй – смещение стыка кромок со знаком относительно первоначального положения. Ячейки с данными, расположенными в одной строке разных колонок связаны между собой. Поскольку сварочные головки, в т.ч. и лазерная, в исходном положении трубной заготовки перед сваркой наводятся на стык кромок на начальном торце трубной заготовки, то в первую строку обеих колонок записываются нули. Например, датчик пути выдает импульсы через каждые 50 мм, и каждый раз при этом в соответствующую ячейку базы данных записывается смещение стыка, соответствующее пройденному трубной заготовкой расстоянию, кратному 50 мм.

После датчиков следует сварочная головка для сварки прихваточного шва. Сварка производится электрической дугой в среде защитного газа (углекислый газ, аргон).

Технологическая линия здесь – это устройство, обеспечивающее равномерное и постоянное движение трубной заготовки и выполняющее при этом одновременно одну или несколько технологических операций, в рассматриваемом случае – сборку заготовки и наложение прихваточного шва дуговой сваркой. Сборочно-сварочный стан – это локальная технологическая линия, часть единой технологической цепи производства труб – часть технологического потока. При использовании предлагаемого способа добавляется еще и сварка рабочего шва лазерной сваркой или лазерно-дуговой сваркой.

На фиг. 2 показан стан наружной сварки. Стан наружной сварки расположен в другом пролете (цех имеет четыре пролета шириной около 40 м и длиной 720 м) на расстоянии примерно 450 м по пути прохождения трубной заготовки от сборочно-сварочного стана, направление ее движения меняется. Стан наружной сварки содержит балкон 8, на котором размещены флюсосистема 9; бухта с проволокой на разматывателе 10; колонна со сварочной головкой 11; сварочный источник питания 12. Сваренная прихваточным швом трубная заготовка 13 свободно лежит на движущейся во время сварки с постоянной скоростью тележке 14.

После сварки прихваточного шва осуществляют сварку рабочего шва лазерной или гибридной лазерно-дуговой сваркой при использовании многодуговой сварки под слоем флюса с количеством дуг, работающих на одну сварочную ванну, как правило, от 3 до 5. Это обеспечивает глубокое проплавление, высокие механические свойства рабочего шва и околошовной зоны.

Время застывания сварочной ванны в основном зависит, во-первых, от погонной энергии дуги в кДж, которая определяется соотношением:

Эпог = Uд·Iд·Кпд/Vсв, где

Uд – напряжение электрической дуги,

Iд – ток электрической дуги,

Кпд – коэффициент полезного действия электрической дуги,

Vсв – скорость сварки.

Во-вторых, время застывания сварочной ванны зависит от толщины стенки трубной заготовки, определяющей скорость теплопередачи от сварочной ванны на трубную заготовку.

Скорость сварки прихваточного шва может меняться в пределах 2-4 м/мин. Длина сварочной ванны, которая определяется от места горения сварочной дуги до точки, где металл ванны уже не светится, т. е. его температура меньше 650ºC, при этом составляет не более 100 мм. Металл прихваточного шва приобретает достаточную прочность, когда его температура опускается до 300-400ºC, что происходит еще через 150- 200 мм. Если принять скорость сварки, равной 4 м/мин, то время застывания прихваточного шва, соответствующее времени прохождения трубной заготовкой 300 мм, составит примерно 5 с. При таких значениях сварочные головки для выполнения рабочего шва располагают относительно сварочной головки, выполняющей прихваточный шов, на расстоянии большем 300 мм.

При этом луч лазерной головки наводят на стык кромок трубной заготовки 13, определяя его положение под прихваточным швом в каждый момент времени по пути, пройденному трубой и неизменному расстоянию между сканирующим датчиком и лазерным лучом на основе значений из базы данных, сформированной до выполнения прихваточного шва.

Например, если расстояние между лазерным лучом и сканирующим датчиком равно 600 мм, то торец трубной заготовки с нулевым смещением стыка и с записанными в обеих колонках в первой строчке базы данных нулями подойдет под лазерную головку через 600 мм после начала движения заготовки и начнется лазерная сварка. Далее через каждые 50 мм система управления будет считывать очередную ячейку второй колонки и в соответствии с ее значениями наводить лазерный луч на подошедшую точку найденного ранее стыка кромок.

1. Способ сварки труб большого диаметра, включающий создание базы данных в памяти системы управления сваркой сборочно-сварочного стана посредством датчика пути и сканирующего датчика смещения, содержащей информацию о положении стыка кромок по длине трубной заготовки, формирование с помощью сварочных головок прихваточного шва электрической дуговой сваркой и рабочего шва лазерной или лазерно-дуговой сваркой, отличающийся тем, что сварочные головки, формирующие рабочий шов, располагают относительно сварочной головки, формирующей прихваточный шов, на расстоянии большем, чем расстояние, требуемое для застывания прихваточного шва при максимальной скорости сварки, а лазерный луч наводят на стык кромок, при этом определяют положение лазерного луча на основе данных упомянутой базы с учётом неизменного расстояния между сканирующим датчиком и лазерным лучом, а прихваточный шов и рабочий шов выполняют на одной технологической линии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость сварки выбирают равной 4 м/мин, а сварочные головки, формирующие рабочий шов, располагают относительно сварочной головки, формирующей прихваточный шов, на расстоянии большем 300 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения положения стыка трубной заготовки в базу данных записывают через каждые 50 мм длины трубной заготовки, начиная от торца.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к способу и устройству для лазерной наплавки металлического порошкового материала на поверхность изделия и может быть использована при аддитивном изготовлении изделий.

Изобретение относится к присадочной подаваемой проволоке для аддитивного производства, устройству для аддитивного производства и способу аддитивного производства.

Изобретение относится к бытовому прибору по меньшей мере с одной самоочищающейся поверхностью. Бытовой прибор (18, 21) по меньшей мере с одной самоочищающейся поверхностью (20, 33, 37), предусмотренной на базовом материале (16), в котором самоочищающаяся поверхность (20, 33, 37) содержит множество двойных микроразмерных структур (3).

Изобретение относится к способу получения износостойкого покрытия. Способ включает нанесение порошкового материала на обрабатываемую поверхность и последующую лазерную наплавку.

Изобретение относится к способу гибридного лазерного шаржирования поверхности образца. Способ включает подачу направленного потока газопорошковой смеси на поверхность обрабатываемого образца с одновременным созданием на его поверхности твердожидкой области с помощью лазерного луча и перемещением образца относительно лазерного луча и газопорошковой смеси.

Группа изобретений относится к медицине. Способ изготовления оптического зонда для применения в офтальмологических процедурах, согласно которому размещают канюлю вокруг дистальной части кольца, причем оптическое волокно проходит по меньшей мере частично через кольцо по направлению к оптическому элементу, размещенному в дистальной части канюли; и соединяют канюлю с кольцом путем приложения лазерной энергии к канюле, создавая деформацию в канюле и кольце.

Изобретение относится к способу лазерной обработки материалов в жидкой среде. Формирование лазерного луча осуществляют в струе жидкости с одновременной подачей их в зону обработки посредством устройства для лазерной обработки.

Изобретение относится к металлическому элементу и способу его изготовления. Металлический элемент включает в себя первую пластину и вторую пластину, примыкающую и приваренную к первой пластине по меньшей мере на одном стыковом участке.

Изобретение относится к способу лазерного отжига неметаллических материалов и может быть использовано для обработки полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов.

Изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано для лазерного отжига пластин из полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов.

Изобретение относится к способу лазерной обработки материалов в жидкой среде. Формирование лазерного луча осуществляют в струе жидкости с одновременной подачей их в зону обработки посредством устройства для лазерной обработки.

Изобретение относится к металлическому элементу и способу его изготовления. Металлический элемент включает в себя первую пластину и вторую пластину, примыкающую и приваренную к первой пластине по меньшей мере на одном стыковом участке.

Изобретение относится к способу сварки внахлестку стального листа. Способ включает выполнение точечной сварки в состоянии, когда первый элемент из стального листа наложен на фланец второго элемента из стального листа, имеющего фланцевый участок и поднимающуюся стенку.

Изобретение относится к технологии лазерной сварки, в частности к способу защиты оптической лазерной головки в начале сварки. Техническим результатом является защита стекла лазерной оптической головки от брызг в начале лазерной сварки без использования дополнительного оборудования при увеличении производительности процесса сварки из-за уменьшения работ по замене защитного стекла.

Изобретение относится к устройству для лазерной обработки материалов, находящихся под водой, и может быть использовано в машиностроении и в других отраслях народного хозяйства.

Изобретение относится к способу и устройству сварки тонколистовых изделий из металла. Согласно способу световую систему размещают в эллипсоидальном отражателе и снабжают фокусирующей линзой.

Изобретение относится к способу лазерной сварки и лазерной сварочной головке (1), закрепленной под фокусирующей линзой. Лазерная сварочная головка включает в себя по меньшей мере одно кольцевое сопло (5) для нагнетания защитного газа и защитную камеру (3) для защиты фокусирующей линзы посредством поперечного потока воздуха.

Изобретение относится к способу лазерной сварки заготовок больших толщин. Свариваемые металлические заготовки фиксируют на сварочном столе или на полете портальной установки.

Изобретение относится к способу лазерной сварки продольного шва трубы (варианты). Способ включает подготовку под сварку с выполнением притупления на кромках трубной заготовки, формовку трубы, сборку и сварку лазерным лучом с наложением корневого шва сверху и сварного шва.

Изобретение относится способу ремонта трубы с продольном швом. Ремонт включает обнаружение дефекта, выборку дефекта и заплавление выборки.

Изобретение относится к производству труб большого диаметра и может быть использовано в отраслях промышленности, например судостроительной. В способе лазерно-дуговой сварки труб сварку трубной заготовки осуществляют гибридной лазерно-дуговой сваркой в импульсно-периодическом режиме, при котором выбирают одинаковую частоту пульсаций электрической дуги и лазерного излучения. Колебания тока электрической дуги и мощности лазерного излучения синхронизируют во времени, обеспечивая совпадение передних фронтов импульсов электрической дуги и мощности лазерного излучения или опережение импульса лазерного излучения. Опережение фронта импульса лазерного излучения обеспечивают не более чем на 200 мкс по отношению к фронту импульса электрической дуги. Частоту импульсов выбирают в диапазоне 100-900 Гц, ток дуги 300-800 А, мощность лазера 1-20 кВт, скважность импульсов 0,2-0,7. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стабильности процесса сварки, мелкокапельного переноса металла и повышение механических свойств шва. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области лазерной или гибридной сварки и может быть использовано в разных отраслях промышленности, в т.ч. при производстве труб большого диаметра. В способе сварки труб большого диаметра создают базу данных, содержащую информацию о положении стыка кромок по длине трубной заготовки и формируют прихваточный шов электрической дуговой сваркой. Вслед за прихваточным выполняют рабочий шов лазерной или лазерно-дуговой сваркой, при которой сварочные головки располагают относительно сварочной головки, выполняющей прихваточный шов, на расстоянии большем, чем требуется для застывания прихваточного шва при максимальной скорости сварки. Лазерный луч наводят на стык кромок, определяя его положение на основе значений базы данных с учётом неизменного расстояния между сканирующим датчиком и лазерным лучом, при этом прихваточный шов и рабочий шов выполняют на одной технологической линии. Техническим результатом является упрощение процесса сварки при создании базы данных положения стыка кромок и сохранении высокого качества сварного шва. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх