Способ гибридной лазерно-дуговой сварки труб большого диаметра с ультразвуковой обработкой

Изобретение относится к сварке толстостенных металлоконструкций, в частности к сварке продольных швов сформованной цилиндрической заготовки, и может быть использовано при производстве сварных труб большого диаметра. Технический результат изобретения заключается в улучшении механических характеристик сварного шва. В процессе гибридной лазерно-дуговой сварки труб большого диаметра осуществляют ультразвуковую обработку. На стык свариваемой трубной заготовки воздействуют первой дуговой сварочной горелкой, затем лазерным лучом, после чего второй дуговой сварочной горелкой. Ультразвуковую обработку осуществляют посредством двух электромагнитно-акустических датчиков, установленных по обе стороны стыка свариваемой трубной заготовки на расстоянии 120 мм от сварочной ванны. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к сварке толстостенных металлоконструкций, в частности к сварке продольных швов сформованной цилиндрической заготовки, и может быть использовано при производстве сварных труб большого диаметра.

Традиционно трубы большого диаметра производят методом многодуговой сварки под флюсом. К недостаткам данного метода стоит отнести низкую производительность и большую погонную энергию, что приводит к увеличению зоны термического воздействия, разупрочнению этой зоны и низким вязко-пластическим свойствам.

В качестве альтернативы многодуговой сварке под флюсом применяют гибридную лазерно-дуговую сварку, имеющую высокую производительность и обеспечивающую высокие механические характеристики сварного шва. Недостатком данного способа, несмотря на высокую ударную вязкость и предел текучести металла сварного шва, является высокая твердость сварного шва и образующиеся поры из пузырьков газа, вследствие высоких скоростей охлаждения, которые затрудняют выход газа из сварочной ванны.

Известен способ из патента US 7754033, согласно которому для улучшения ударной вязкости проводят ударную ультразвуковую обработку.

Однако данный способ не обладает достаточной эффективностью на больших толщинах обрабатываемого металла, то есть данный способ эффективен лишь для обработки поверхностного слоя.

Известен способ из патента JP S5322843, согласно которому проводят ультразвуковую обработку продольного сварного шва, полученного методом дуговой сварки неплавящимся электродом, трубы малого диаметра путем введения трубы в бункер ультразвуковой обработки.

Однако данный способ неприменим при производстве труб большого диаметра методом гибридной лазерно-дуговой сварки ввиду больших габаритных размеров трубы, не позволяющих осуществить ввод трубы в бункер ультразвуковой обработки.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ из патента RU 2469108, согласно которому проводят ультразвуковую обработку путем ввода ультразвуковых колебаний в область сварного шва для снятия остаточных напряжений.

Однако данный способ не позволяет размещать датчик ближе 150 мм, а при таких значениях ультразвуковая обработка становится неэффективной. Кроме того, в изобретении применяется пьезоэлектрический датчик, работающий с помощью контактирующей жидкости. Применение данной жидкости при гибридной лазерно-дуговой сварке приведет к увеличению скорости охлаждения металла, и как следствие, образованию нежелательных закалочных структур.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в образовании пор из пузырьков газа в сварном шве, которые снижают механические характеристики сварного шва полученном методом гибридной лазерно-дуговой сварки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение механических характеристик сварного шва, полученного методом гибридной лазерно-дуговой сварки.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в способе гибридной лазерно-дуговой сварки труб большого диаметра с ультразвуковой обработкой на стык свариваемой трубной заготовки воздействуют первой дуговой сварочной горелкой, затем - лазерным лучом, после чего - второй дуговой сварочной горелкой, затем через два электромагнитно-акустических датчика, установленных по обе стороны стыка свариваемой трубной заготовки, передают ультразвуковые колебания, при этом электромагнитно-акустические датчики расположены на расстоянии до 120 мм от сварочной ванны.

Сервоприводы электромагнитно-акустических датчиков могут быть не связаны с сервоприводами первой и второй дуговых сварочных горелок и лазерной головки.

Заявляемый технический результат достигается благодаря введению ультразвуковых колебаний в расплавленный металл сварочной ванны под действием электрической дуги и лазерного луча на протяжении всего цикла сварки. Ультразвуковые колебания, действующие в расплавленном металле, разбивают крупные образующиеся дендриты на множество мелких, тем самым образовывая множество центров кристаллизации, что приводит к снижению скорости кристаллизации металла шва и улучшению его механических свойств, а именно, повышению ударной вязкости и снижению твердости.

Заявляемый способ поясняется с помощью фиг. 1-3, на которых изображены:

Фиг. 1 - вид на продольное сечение стыка свариваемой трубной заготовки;

Фиг. 2 - вид на продольное сечение стыка свариваемой трубной заготовки при положении электромагнитно-акустических датчиков за сварочной ванной;

Фиг. 3 - вид на продольное сечение стыка свариваемой трубной заготовки при положении электромагнитно-акустических датчиков перед сварочной ванной.

На фиг. 1-3 позициями 1-11 показаны:

1 - трубная заготовка;

2 - первая дуговая сварочная горелка;

3 - лазерный луч;

4 - защитный экран;

5, 6 - электромагнитно-акустические датчики;

7 - ультразвуковой генератор;

8 - сварочная ванна;

9 - вторая дуговая сварочная горелка

10 - расстояние от сварочной ванны до датчика (Т);

11 - протяженность сварочной ванны (t);

Стрелкой на фиг. 1-3 показано направление движения трубной заготовки 1, которая сваривается, при этом лазерная головка и первая и вторая дуговые сварочные горелки 2 и 9 неподвижны, т.к. движется трубная заготовка (Vтр).

Способ осуществляют следующим образом.

На стык свариваемой трубной заготовки 1 (фиг. 1) направлена первая дуговая сварочная горелка 2, расположенная справа от лазерного луча 3. Электрическая дуга первой дуговой сварочной горелки 2 расплавляет поверхностный металл, облегчая прохождение лазерного луча 3, и выполняет функцию предварительного подогрева. За электрической дугой первой дуговой сварочной горелки 2 следует лазерный луч 3, обеспечивающий сквозное проплавление и перемешивание присадочного материала от электрической дуги и основного металла трубной заготовки. За лазерным лучом 3 следует вторая дуговая сварочная горелка 9, расположенная слева от лазерного луча 3 лазерной головки, воздействие которой позволяет снизить скорость охлаждения сварного шва и снизить вероятность появления в нем газовых пор. Затем через два электромагнитно-акустических датчика (electro-magnetic acoustic transducer - EMAT) 5 и 6, установленные по обе стороны сварного шва, передают ультразвуковые колебания от ультразвукового генератора 7. Один электромагнитно-акустический датчик отвечает за отправку сигнала, второй - за прием. Данные электромагнитно-акустические датчики 5, 6 позволяют проводить ультразвуковую обработку без использования контактирующей жидкости с сохранением высокого качества обработки. Электромагнитно-акустические датчики 5 и 6 ограждены от сварочной ванны защитным экраном 4. Ультразвуковые колебания, действующие в расплавленном металле сварочной ванны 8, разбивают крупные образующиеся дендриты на множество мелких, тем самым образуя множество центров кристаллизации, что приводит к снижению скорости кристаллизации металла шва и улучшению механических свойств, а именно, повышению ударной вязкости и снижению твердости. Ударная вязкость повышается в среднем на 15-30%, твердость снижается на 5-15%, что зависит от частоты ультразвука, мощности передатчика, расстояния от электромагнитно-акустических датчиков 5, 6 до сварочной ванны 8 и др. При этом установлено, что ультразвуковая обработка наиболее эффективна при расположении электромагнитно-акустических датчиков 5 и 6 на расстоянии Т до 120 мм от сварочной ванны 8 таким образом, чтобы в ходе движения трубной заготовки 1 образующийся сварочный шов перемещался в сторону электромагнитно-акустических датчиков 5, 6, а не от них, в результате чего через сварочную ванну 8 проходят не только отраженные ультразвуковые волны, но и прямые, увеличивая продолжительность ультразвуковой обработки (фиг. 2). Минимально возможное расстояние Т зависит от конструктивных особенностей установки, режима, т.е. как близко установлены первая 2 и вторая 9 дуговые сварочные горелки по отношению к лазерной головке, на каком расстоянии установлен защитный экран 4. При этом сервоприводы, отвечающие за перемещение электромагнитно-акустических датчиков 5, 6 не связаны с сервоприводами, отвечающими за перемещения первой 2 и второй 9 дуговых сварочных горелок и лазерной головки. Это позволяет перемещать электромагнитно-акустические датчики 5, 6 независимо от лазерной головки.

Таким образом, ультразвуковая обработка замедляет кристаллизацию, повышает ударную вязкость, снижает твердость, а вторая дуга улучшает дегазацию, то есть выход пузырьков газа на поверхность, обеспечивая комплексное влияние ультразвуковой обработки и второй электрической дуги на улучшение механических свойств.

Эксперименты проводили следующим образом: прикрепляли волновод на разном расстоянии от сварного шва, и в результате максимальное улучшение ударной вязкости почти на 30% было зафиксировано при расстоянии 120 мм от волновода до шва.

Заявляемый способ позволяет увеличить ударную вязкость сварного шва и зоны термического воздействия с 230 Дж/см2 до 330 Дж/см2, а также снизить твердость сварного шва с 240 HV10 до 190 HV10.

1. Способ сварки труб большого диаметра, включающий гибридную лазерно-дуговую

сварку стыка свариваемой трубной заготовки путем воздействия первой дуговой сварочной горелкой, лазерным лучом, после чего второй дуговой сварочной горелкой, отличающийся тем, что в процессе сварки осуществляют ультразвуковую обработку посредством двух электромагнитно-акустических датчиков, которые устанавливают по обе стороны стыка свариваемой трубной заготовки на расстоянии 120 мм от сварочной ванны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют электромагнитно-акустические датчики с сервоприводами, не связанными с сервоприводами первой и второй дуговых сварочных горелок и лазерной головки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии. Для улучшения сцепления покрытия со стальным листом осуществляют непрерывный отжиг в печи с атмосферой инертного газа и Н2, включающий предварительный нагрев до 200-350°С в атмосфере А1 с точкой росы ниже -20°С при давлении Р1, имеющей Н2 менее 3,0% об., последующий нагрев до 600-1000°С в атмосфере А2 с точкой росы ниже -40°С при давлении Р2 выше Р1, имеющей Н2 менее 0,5% об., выдержку в атмосфере А3, имеющей Н2 менее 3,0% об., охлаждение до 400-800°С в атмосфере А4 с точкой росы ниже -30°С, имеющей Н2 менее 2,0% об., выравнивание температуры краев и центра листа в атмосфере А5 с точкой росы ниже -30°С, имеющей Н2 менее 2,0% об., и перемещение листа с помощью устройства с горячими натяжными роликами в ванну металлического расплава для нанесения покрытия в атмосфере А5 с точкой росы ниже -30°С, имеющей Н2 менее 2,0% об., при этом атмосферу А2 непрерывно удаляют в направлении секции печи предварительного нагрева и выдержки, а атмосферы А1, А3, А5 и А6 выпускают периодически или непрерывно через отверстия печи.

Изобретение относится к способу получения сварного соединения металлов в процессе дуговой сварки. Сварку осуществляют со сквозным проплавлением и в вертикальном направлении в плоскости, перпендикулярной оси сварного шва, на кристаллизующийся металл сварочной ванны осуществляют наложение циклических вибрационных колебаний с частотой от 10 до 35 Гц и амплитудой от 0,1 до 0,5 мм.

Изобретение относится к оптимизации остаточного напряженного состояния и может быть использовано при производстве сварных конструкций. Для повышения долговечности сварных изделий, стабильности их геометрических форм у сварного шва по разные от него стороны определяют положение концентратора растягивающих остаточных сварочных напряжений с двумя изотропными точками замкнутого типа, расположенными симметрично.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к созданию высокопрочной стальной трубы электросваркой сопротивлением. Для повышения сопротивления разрыву и равномерного относительного удлинения, обеспечивающих подходящую сгибаемость стальной трубы, её получают электросваркой сопротивлением из стали, содержащей, в мас.%: C 0,04-0,15, Si 0,10-0,50, Mn 1,0-2,2, P 0,050 или менее, S 0,005 или менее, Cr 0,2-1,0, Ti 0,005-0,030 и Al 0,010-0,050, остальное - Fe и неизбежные примеси, и микроструктуру, включающую полигональный феррит с объёмной долей 70% или более и остаточный аустенит с объёмной долей 3-20%, и остаток, имеющий по меньшей мере одну фазу, выбранную из мартенсита, бейнита и перлита, при этом полигональный феррит имеет средний размер зерна 5 мкм или более и отношение сторон 1,40 или менее.

Изобретение относится к области металлургии, в частности термической обработке сварных соединений рельсов. Для уменьшения износа рельсов в области сварного соединения и восстановления структуры и свойств в области сварных соединений способ включает первоначальный нагрев всего сечения рельса в области сварного соединения до температуры нагрева под закалку на длину, превышающую длину зоны термического влияния сварки и первоначальную закалку; затем производят повторный нагрев поверхностного слоя по меньшей мере головки рельса в зонах термического влияния первоначального нагрева до температуры нагрева под закалку, при этом длину участков повторного нагрева задают таким образом, чтобы исключить наложение зон термического влияния повторного нагрева на сварной шов, и далее производят повторную закалку.

Изобретение относится к области металлургии. Для предотвращения появления хрупких изломов, возникающих в подошве сварного шва рельса, устройство для термической обработки рельса содержит источник питания, электрически соединенный c катушкой для нагрева для индукционного нагрева зоны термического влияния сварного шва «HAZ» части подошвы рельса, и средство для охлаждения, при этом катушка для нагрева обращена к нижней поверхности части подошвы рельса и имеет длину внешней области в направлении длины рельса 1,2Lh или более, а в направлении ширины рельса – равную 1,1W или более, где Lh - длина зоны термического влияния сварного шва «HAZ» части подошвы рельса в направлении длины рельса, мм, W - ширина подошвы рельса, мм.

Изобретение относится к области металлургии. Для предотвращения изменения температуры в области тепловой обработки труб способ обработки трубы включает: первый этап размещения во внутренней полости трубы через по меньшей мере одно отверстие, выполненное в ней, по меньшей мере одного расширительного элемента с подающей трубкой, выполненных из гибкого материала, и его расположения по меньшей мере с одной стороны нагреваемого участка трубы посредством воздушного потока, создаваемого во внутренней полости трубы; второй этап подачи текучей среды через гибкую подающую трубку в по меньшей мере один расширительный элемент с обеспечением надувания расширительного элемента и перекрытия внутренней полости трубы по меньшей мере с одной стороны нагреваемого участка трубы; третий этап нагрева участка трубы путем подачи электрического тока к индукционной катушке, расположенной на внешней поверхности нагреваемого участка трубы при одновременном перекрытии по меньшей мере с одной стороны нагреваемого участка внутренней полости трубы с помощью расширительного элемента.

Изобретение относится к сварочному производству. Для снижения остаточных сварочных напряжений изготавливают серию образцов, формируют сварной шов, состоящий по длине, например, из двух частей с установленным между этими частями рабочим элементом, проводят отпуск при температуре, постоянной для всех образцов и в течение различного для всех образцов временного интервала.

Изобретение может быть использовано при изготовлении длинномерных рельсов и бесстыковых плетей для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта.

Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано при получении износостойких покрытий на деталях из углеродистых и низколегированных сталях, работающих в условиях абразивного износа.

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 способу получения сварного соединения металлов в процессе дуговой сварки. Сварку осуществляют со сквозным проплавлением и в вертикальном направлении в плоскости, перпендикулярной оси сварного шва, на кристаллизующийся металл сварочной ванны осуществляют наложение циклических вибрационных колебаний с частотой от 10 до 35 Гц и амплитудой от 0,1 до 0,5 мм.

Изобретение относится к способам лазерно-лучевой резки листового металлопроката. Листовой металлопрокат перед лазерной резкой подвергают холодной пластической деформации, способствующей снижению теплопроводности металла и уменьшению (локализации) зоны температурного воздействия на участке реза.

Изобретение относится к сварке встык стальных листов. Осуществляют стыковку двух стальных листов (1) с образованием Y-образной канавки, имеющей открытый участок (2) в верхней части и участок (3) притупления корня шва в нижней части.

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.

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 электролитно-плазменной сварки изделий из алюминия и алюминиевого сплава и может быть использовано при производстве металлоконструкций в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к аппаратам химических производств, стойких к воздействию концентрированных кислот, в частности к аппаратам по переработке отработавшего ядерного топлива на начальной стадии переработки, на которой производится растворение элементов отработанных ТВЭЛОВ в концентрированной азотной кислоте при повышенных температурах для последующей экстракции из раствора изотопов урана, плутония и продуктов распада в реакторе.

Изобретение относится к комбинированной машине для пробивки и лазерной резки плоского металлического листа. Машина содержит неподвижное основание (1), неподвижную пробивную головку (7), лазерную режущую головку (10) и манипулятор (4) для перемещения металлического листа (6) в плоскости (ХУ) декартовой системы координат.

Изобретение относится к автоматической сварке и наплавке неповоротных кольцевых стыков труб. Модуль содержит направляющий пояс, подвижную орбитальную каретку, установленную на направляющем поясе с возможностью перемещения вдоль направляющего пояса.

Изобретение относится к способу сварки тавровых соединений деталей и может найти применение в судостроении и машиностроении. Сварку угловых швов осуществляют одновременно с двух сторон таврового соединения без разделки свариваемых кромок с расположением тавра в горизонтальной плоскости.

Изобретение относится к сварке толстостенных металлоконструкций, в частности к сварке продольных швов сформованной цилиндрической заготовки, и может быть использовано при производстве сварных труб большого диаметра. Технический результат изобретения заключается в улучшении механических характеристик сварного шва. В процессе гибридной лазерно-дуговой сварки труб большого диаметра осуществляют ультразвуковую обработку. На стык свариваемой трубной заготовки воздействуют первой дуговой сварочной горелкой, затем лазерным лучом, после чего второй дуговой сварочной горелкой. Ультразвуковую обработку осуществляют посредством двух электромагнитно-акустических датчиков, установленных по обе стороны стыка свариваемой трубной заготовки на расстоянии 120 мм от сварочной ванны. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх