Способ лазерно-дуговой сварки

Изобретение относится к области лазерно-дуговой сварки и может быть использовано в разных отраслях промышленности, например, при производстве труб. В предлагаемом способе лазерно-дуговой сварки осуществляют предварительный этап электродуговой сварки на пробном образце и при установившемся процессе электродуговой сварки определяют диапазон изменения и максимальное значение скорости подачи плавящегося сварочного электрода при электродуговой сварке в режиме поддержания заданных значений параметров сварки. После чего осуществляют лазерно-дуговую сварку снаружи свариваемой детали с формированием одной сварочной ванны при заданных значениях параметров сварки, при этом в реальном времени контролируют скорость подачи плавящегося сварочного электрода и поддерживают скорость подачи плавящегося сварочного электрода на предварительно зафиксированном максимальном значении путем регулирования расстояния между лазерным лучом и точкой горения электрической дуги. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стабильности процесса лазерно-дуговой сварки и параметров сварного соединения. 2 ил.

 

Изобретение относится к области лазерно-дуговой сварки и может быть использовано в разных отраслях промышленности, например, при производстве труб.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ лазерно-дуговой сварки из патента RU 2403135, по которому проплавление выполняют снаружи с формированием одной сварочной ванны, интервал между точкой фокусировки лазерного луча и точкой горения электрической дуги регулируют в зависимости от информации, получаемой в результате выявления и анализа параметров соединения в реальном времени в ходе выполнения проплавления. В этом способе используют регулируемый в реальном времени параметр − расстояние между точками горения электрической дуги и фокусировки лазерного луча. От этого расстояния при неизменности всех остальных параметров, а именно мощности лазерного излучения, фокусировки луча, напряжения, тока, вылета сварочного электрода, зависит соотношение лазерного излучения, расходуемого на проплавление кромок детали и на расплавление присадочного плавящегося сварочного электрода. От этого соотношения также зависит форма сварочного соединения – высота и ширина шва, глубина проплавления, что является определяющим результатом сварки. Эти же самые параметры сварного соединения предложено использовать в качестве информации для регулирования расстояния между точкой горения дуги и фокуса лазерного луча.

Однако очень трудно оценить ширину и высоту шва в области факела электрической дуги и столба лазерного излучения, а глубину шва определить оперативно вообще нельзя, так что возможность предлагаемого регулирования, в том числе в реальном времени, затруднительна.

Распределение функций электрической дуги с плавящимся электродом и лазерного излучения при лазерно-дуговой сварке четко разграничено: первая служит для подачи присадочного материала и расширения верхней части ванны, второе − для глубокого проплавления свариваемых кромок, причем сварочная ванна должна быть общей для минимизации погонной энергии при заданной глубине проплавления и повышения устойчивости процесса. Объем подаваемого присадочного материала определяется скоростью расплавления и подачи плавящегося сварочного электрода, которая должна полностью определяться электрическими параметрами дуги. Чрезмерное приближение точки горения электрической дуги, совпадающей с одним концом плавящегося сварочного электрода, к столбу лазерного излучения вызовет резкое увеличение скорости плавления плавящегося сварочного электрода, колебания электрических параметров и уменьшение части энергии излучения лазера, расходуемой на проплавление свариваемых кромок, что вызовет уменьшение глубины провара. Чрезмерное удаление точки горения дуги от столба излучения лазера снизит стабильность процесса и нарушит общность сварочной ванны – разделит ее на две половины, что опять же уменьшит глубину провара.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является недостаточно стабильный процесс сварки и параметры сварного шва из-за сложности обеспечение их контроля в реальном времени.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении стабильности процесса лазерно-дуговой сварки и параметров сварного соединения.

Заявляемый технический результат достигается за счёт того, что в способе лазерно-дуговой сварки осуществляют предварительный этап электродуговой сварки на пробном образце и при установившемся процессе электродуговой сварки определяют область изменения и максимальное значение скорости подачи плавящегося сварочного электрода при электродуговой сварке в режиме поддержания заданных значений тока электрической дуги, напряжения электрической дуги и вылета плавящегося сварочного электрода, после чего осуществляют лазерно-дуговую сварку снаружи свариваемой детали с формированием одной сварочной ванны при заданных значениях тока электрической дуги, напряжения электрической дуги и вылета плавящегося сварочного электрода, при этом в реальном времени контролируют скорость подачи плавящегося сварочного электрода и поддерживают скорость подачи плавящегося сварочного электрода на предварительно зафиксированном максимальном значении путем регулирования расстояния по горизонтали между лазерным лучом и точкой горения электрической дуги.

Благодаря предварительному определению диапазона изменения скорости подачи плавящегося сварочного электрода, включая её максимальное значение, на этапе электродуговой сварки и поддержанию максимального значения скорости подачи плавящегося сварочного электрода при лазерно-дуговой сварке обеспечивается повышение стабильности режима сварки, что обеспечивает стабильность параметров сварного шва и качества сварки в целом.

Заявляемое изобретение поясняется с помощью фиг. и фото, на которых изображено:

на фиг. – электромеханическая часть устройства для осуществления заявляемого способа;

на фото – снимок экрана монитора ПК, где показано одно из окон визуализации системы управления сваркой.

На фото и фиг. позициями 1-14 показаны:

1 – свариваемая деталь;

2 – сварочная ванна;

3 – лазерный луч;

4 – плавящийся сварочный электрод;

5 – охлаждаемое водой сопло для подачи защитного газа;

6 – кронштейн;

7 – шланг для подачи плавящегося сварочного электрода, охлаждающей воды, защитного газа, тока дуги;

8 – червячный механизм для регулирования расстояния между лучом лазера и плавящимся сварочным электродом;

9 – привод червячного механизма;

10 – сварочный наконечник;

11 – столб электрической дуги;

12 – график тока;

13 – график напряжения;

14 – график скорости подачи плавящегося сварочного электрода.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительную электродуговую сварку без лазера производят на любой подходящей для этого пластине – пробном образце, задав перед этим в систему управления сваркой значения тока и напряжения электрической дуги, скорости сварки и выставив необходимое значение вылета электрода, определяемое как расстояние от конца сварочного наконечника 10 – медного цилиндра с осевым отверстием, через которое проходит плавящийся сварочный электрод 4 и который предназначен для подвода к ней сварочного тока, – до поверхности свариваемой детали 1.

В современных сварочных агрегатах для управления параметрами сварки используют программные регуляторы, построенные на контроллерах – электронных вычислительных устройствах с разветвленной периферией, связанной с ПК – для визуализации процесса и задания его параметров; датчиками тока, напряжения и скорости сварки; сварочным источником питания, приводом подачи плавящегося сварочного электрода, приводом телеги, на которой лежит свариваемая деталь, чтобы управлять соответственно напряжением и током дуги, скоростью сварки; другими датчиками и исполнительными механизмами.

Начало сварки всегда сопряжено с переходным режимом, поскольку оно сопровождается коротким замыканием при касании плавящегося сварочного электрода свариваемого металла и, естественно, повышенным значением тока. Время переходного процесса до перехода в установившийся режим зависит от многих факторов – от заданных режимов сварки и, конечно, от качества системы автоматического регулирования (САР). На фото графики изменения параметров показывают, что качество работы САР близко к идеальному – переходный процесс почти отсутствует. Установившийся режим можно считать наступившим, когда колебания тока не будут превышать ± 5% от среднего значения.

При установившемся процессе дуговой сварки определяют область изменения и максимальную Vm скорость подачи плавящегося сварочного электрода при электродуговой сварке в отсутствие лазерного излучения при тех же заданных значениях тока, напряжения дуги и вылета плавящегося сварочного электрода.

Затем при лазерно-дуговой сварке на свариваемой детали 1 на тех же режимах электродуговой сварки контролируют скорость подачи плавящегося сварочного электрода 4. Сварку осуществляют снаружи свариваемой детали 1 с образованием одной сварочной ванны 2 в области лазерного луча 3 и столба 11 электрической дуги.

Скорость подачи плавящегося сварочного электрода 4 поддерживают на предварительно зафиксированном максимальном значении Vm путем регулирования расстояния по горизонтали между лазерным лучом 3 и точкой горения электрической дуги, совпадающей с одним концом плавящегося сварочного электрода 4, который подают через сварочный наконечник 10, соединённый с охлаждаемым водой соплом 5 для подачи защитного газа через шланг 7 и удерживаемый кронштейном 6.

В зависимости от знака отклонения скорости подачи плавящегося сварочного электрода 4 от определенного максимального значения скорости Vm, регулятор расстояния, выполненный на том же контроллере, что и основные регуляторы, будет вращать привод 9 червячного механизма 8 в ту или другую сторону, с той или иной интенсивностью в зависимости от величины рассогласования, поддерживая скорость подачи плавящегося сварочного электрода 4 равной Vm.

На фото снимка экрана монитора ПК показано одно из окон визуализации системы управления сваркой, в котором отображаются параметры электрической дуги, в т.ч. графики тока 12, напряжения 13 на верхней половине окна и скорости 14 подачи плавящегося сварочного электрода – на нижней половине.

На фото максимальное значение скорости подачи плавящегося сварочного электрода составляет 50% от максимально возможной, равной 14 м/мин, которая при отсутствии лазерного излучения в основном определяется фактическими значениями тока и напряжения, диаметром и вылетом плавящегося сварочного электрода. Считая последние два параметра неизменными, а первые два – достаточно точно поддерживаемыми системой регулирования, можно принять в этом случае максимальную скорость подачи плавящегося сварочного электрода Vm, равной 7 м/мин.

Использование предлагаемого способа позволит оперативно исключить ответвление энергии лазера на лишнюю подачу присадочного материала в зону сварки, тем самым стабилизировать параметры сварного соединения и сам процесс сварки.

Способ лазерно-дуговой сварки деталей, включающий подачу плавящегося электрода снаружи свариваемой детали и формирование одной сварочной ванны от лазерного луча и электрической дуги при заданных значениях тока электрической дуги, напряжения электрической дуги и вылета плавящегося сварочного электрода, отличающийся тем, что предварительно на пробном образце в режиме поддержания заданных значений тока электрической дуги, напряжения электрической дуги и вылета плавящегося сварочного электрода осуществляют электродуговую сварку и при установившемся ее процессе определяют диапазон изменения и максимальное значение скорости подачи плавящегося сварочного электрода, при этом в процессе лазерно-дуговой сварки в реальном времени контролируют скорость подачи плавящегося сварочного электрода и поддерживают ее на предварительно определенном максимальном значении путем регулирования расстояния по горизонтали между лазерным лучом и точкой горения электрической дуги.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления сварного соединения внахлест (варианты) и сварному соединению внахлест, имеющему улучшенный предел усталости. Часть первого стального материала, имеющего заданную толщину, и часть второго стального материала, имеющего заданную толщину, перекрывают друг друга в виде перекрывающихся частей.

Изобретение относится к способу резания, в котором используется штамповочный пресс для обрезки и резания обрабатываемой заготовки. Способ резания обрабатываемой заготовки, состоящей из первого металлического листа и второго металлического листа, соединенных сварным швом, и имеющей зону термического влияния вокруг сварного шва, в котором обрабатываемую заготовку режут с использованием пуансона.

Изобретение относится к элементу (1) вала турбомашины (2), способу его изготовления и турбомашине (2) с элементом (1) вала. Элемент вала имеет по меньшей мере два соединенных неразъёмно друг с другом с помощью сварного шва (23) участка (15, 16) вала.

Группа изобретений относится к элементам бурового снаряда с улучшенным наплавленным слоем. Технический результат – улучшение технологии наплавки и улучшение характеристик элемента бурового снаряда.

Изобретения относятся к способу аддитивного изготовления трехмерного изделия и установке для его осуществления. Создают трехмерную модель указанного изделия, разделенную послойно на расчетные сечения для последующего управления процессом послойного плавления лазерным лучом базового материала в виде двух проволок разной тугоплавкости и диаметров.

Изобретение относится к композиции покрытия, содержащей: (a) от 10 до 40 мас.% сложного полиэфира, имеющего среднечисленную молекулярную массу, составляющую по меньшей мере 15000, кислотное число, составляющее менее 10, и гидроксильное число, составляющее менее 20, (b) от 20 до 40 мас.% фенопласта, содержащего (i) резольную смолу, (ii) новолачную смолу,у которого массовое соотношение между твердыми веществами смол (i) и (ii) находится в диапазоне от 2,0 до 4,0:1, (c) от 30 до 50 мас.% винилхлоридного полимера; при этом массовое процентное содержание получают при расчете на массу твердых веществ смол в композиции покрытия, а также использованию данной композиции для нанесения покрытия на металлические контейнеры.

Изобретение относится к изготовлению сварного конструктивного элемента из высокопрочных стальных листов, в частности, для кузова транспортного средства. Сварной элемент состоит из основного металлического элемента, имеющего первую поверхность и противоположную ей вторую поверхность, и присоединяемого металлического элемента, имеющего поверхность примыкания.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Соединительная конструкция для элемента в кузове транспортного средства содержит первый и второй элементы.

Изобретение относится к способу получения сварного соединения металлических деталей. Осуществляют дуговую сварку угловыми швами в зоне сопряжения поверхности листа одной металлической детали и одной или обеих поверхностей листа другой металлической детали.

Изобретение относится к сварным соединениям металлических элементов с угловым швом и способам их образования. Образуют по меньшей мере один наплавленный валик (32), обеспечивающий жесткость соединения, дуговой сваркой на поверхности по меньшей мере одного из металлических элементов в дополнение к угловому шву (3).

Изобретение относится к изготовлению высокоточной заготовки из порошка титанового сплава. Способ включает послойное выращивание заготовки на установке прямого лазерного выращивания с использованием данных 3D-модели заготовки в программном обеспечении или внесенных оператором данных программы вручную с пульта оператора, фокусировку лазерного излучения в герметичной рабочей камере в зоне обработки порошка с помощью оптической системы лазерной головки, подачу порошка в зону воздействия лазерного излучения и послойное наплавление слоев заготовки из порошка посредством перемещения осциллированного лазерного излучения.

Изобретение относится к области металлургии и машиностроения и может быть использовано для упрочнения поверхности новых деталей машин и инструмента, а также для восстановления поверхностей изношенных деталей.

Изобретение относится к лазерной системе с многолучевым выходным излучением (варианты) и способу сварки заготовок. Система представляет мультиволоконную лазерную систему, подающую выходное излучение по меньшей мере по трем волокнам, расположенным по окружности или же выходное излучение по меньшей мере четырех отдельных лазеров из одного рабочего кабеля.

Изобретение относится к способу гибридной лазерно–дуговой наплавки изделия из металла. Способ включает формирование сварочной ванны на изделии в виде подложки, детали или предыдущего наплавленного слоя одновременным воздействием электрической дуги и маломощным лазерным лучом 100-200 Вт в защитной среде.

Изобретение относится к способу лазерной сварки детали (варианты) и детали. Приводят компонент из сплошного металла в контакт с компонентом из пористого металла в зоне контакта.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в упрощении изготовления.

Изобретение относится к способу изготовления сварного соединения внахлест (варианты) и сварному соединению внахлест, имеющему улучшенный предел усталости. Часть первого стального материала, имеющего заданную толщину, и часть второго стального материала, имеющего заданную толщину, перекрывают друг друга в виде перекрывающихся частей.

Изобретение относится к станку для лазерной обработки труб и профилей. Станок содержит: рабочий орган (12) с фокусирующим устройством (18), выполненным с возможностью фокусировать лазерный луч на поверхности трубы или профиля (Т), подлежащих обработке, каретку (26), на которой установлен рабочий орган (12), и сканирующую систему (20), выполненную с возможностью сканирования по меньшей мере одного участка контура поперечного сечения трубы или профиля (Т).

Изобретение относится к способу и устройству для термической обработки и упрочнения объектов сложной формы, таких как коленчатые валы. Для повышения качества обработки объектов сложной формы способ включает стадии проецирования пучка (1) энергии, такого как лазерный пучок, на поверхность объекта (1000), приведения в действие сканера (2) для повторяемого сканирования пучком (1) с целью перемещения первичного пятна (11) в соответствии с первым маршрутом сканирования для формирования на объекте действующего пятна (12) и перемещения указанного действующего пятна (12) относительно поверхности объекта (1000).

Изобретение относится к инструментальному производству, а именно к технологии лазерного восстановления инструментальных сталей, и может быть использовано при изготовлении и ремонте деталей технологической оснастки и инструмента, в частности зубьев фрез.

Изобретение относится к области лазерно-дуговой сварки и может быть использовано в разных отраслях промышленности, например, при производстве труб. В предлагаемом способе лазерно-дуговой сварки осуществляют предварительный этап электродуговой сварки на пробном образце и при установившемся процессе электродуговой сварки определяют диапазон изменения и максимальное значение скорости подачи плавящегося сварочного электрода при электродуговой сварке в режиме поддержания заданных значений параметров сварки. После чего осуществляют лазерно-дуговую сварку снаружи свариваемой детали с формированием одной сварочной ванны при заданных значениях параметров сварки, при этом в реальном времени контролируют скорость подачи плавящегося сварочного электрода и поддерживают скорость подачи плавящегося сварочного электрода на предварительно зафиксированном максимальном значении путем регулирования расстояния между лазерным лучом и точкой горения электрической дуги. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стабильности процесса лазерно-дуговой сварки и параметров сварного соединения. 2 ил.

Наверх