Лазерный мир

А.Б. Ушаков, ООО «НТО «ИРЭ-Полюс» (Московская обл., Фрязино, РФ), О.П. Морозова, ООО «НПК «УТС Интеграция» (Москва, РФ), И.А. Бегунов, ООО «НПК «УТС Интеграция», Е.М. Шамов, ООО «НПК «УТС Интеграция», А.А. Орешкин, ООО «НПК «УТС Интеграция», Е.М. Вышемирский, ПАО «Газпром» (Санкт-Петербург, РФ) // Газовая промышленность, 2017

Высокие требования к свойствам сварных соединений магистральных трубопроводов, а также увеличение темпов их строительства и ремонта приводят к необходимости разработки новых технологий сварки и сварочного оборудования.

Авторами статьи предложен способ лазерной сварки в узкощелевую разделку (с углом раскрытия примерно 2°) в качестве альтернативы дуговой сварки при строительстве магистральных трубопроводов. В основу технологии сварки кольцевых неповоротных стыков труб легли преимущества, которые дает использование лазерного луча.

В статье представлены преимущества лазерной сварки труб самоходным агрегатом лазерной сварки (САЛС) с применением двухголовочной установки орбитальной лазерной сварки труб УЛСТ-1 для лазерной сварки неповоротных кольцевых стыков труб.

Приведены требования к сварным соединениям согласно нормативной документации (НД). Показаны этапы разработки технологии, объем, виды и результаты испытаний, как предварительных, так и квалификационных.

Развитие лазерного оборудования и технологий обработки металлов получило огромный толчок с появлением на рынке волоконных лазеров, мощность которых сегодня достигает десятков и сотен киловатт. Лазерная сварка металлов волоконными лазерами обеспечивает высокие характеристики сварных швов благодаря [1, 2]:

• ведению процесса в режиме глубокого («кинжального») про-плавления;

• малому объему расплавленного металла и незначительному размеру зоны термического влияния (ЗТВ);

• высоким скоростям ведения процесса и др.

Помимо этого использование волоконных лазеров позволяет осуществлять транспортировку лазерного излучения на большие расстояние от источника, а перемещение луча возможно практически по любой траектории.

В основу технологии лазерной сварки кольцевых неповоротных стыков труб заложена возможность сварки корня в режиме глубокого проплавления (величина притупления, провариваемого первым проходом, может достигать 8 мм) и заполнения разделки с углом раскрытия 2° с присадочной проволокой [3, 4].

Предлагаемая разделка кромок снижает объем наплавляемого

Рис. 2. Оборудование для лазерной сварки труб: а) общий вид; б) сварочная головка металла более чем в 3 раза по сравнению с применяемыми дуговыми способами в узкую перетачиваемую разделку кромок (рис. 1). Малый угол раскрытия кромок и применение волоконного лазера в качестве высококонцентрированного источника тепла позволяет вести процесс на скоростях, превышающих скорость других автоматических процессов сварки. При этом лазерный процесс не подвержен влиянию магнитных полей труб и исключает необходимость механических осцилляций горелки, характерных для дуговой сварки.

Отработка технологии проводилась на трубах класса прочности К60 с толщиной стенки 25,8 мм. Для реализации проекта была разработана установка УЛСТ-1 диаметром 1420 мм (рис. 2) для лазерной сварки неповоротных кольцевых стыков труб, в состав которой входят: орбитальный манипулятор, включающий две оптические лазерные головки, направляющий пояс и механизм подачи проволоки, два лазера и два чиллера, пневмокомпрессор, электрошкаф и газовые баллоны.

Технология лазерной сварки неповоротных кольцевых стыков труб большого диаметра (ТБД) была разделена на два этапа:

Тип испытания СТО Газпром 2-2.2-136-2007 СТО Газпром 2-3.7-050-2006

Статическое растяжение поперек сварного шва Временное сопротивление разрыву — не ниже нормативного значения временного сопротивления разрыву основного металла труб металла шва в поперечном направлении — Верхний предел текучести, предел прочности и относительное удлинение — не менее, чем задано для основного металла Статический изгиб Угол изгиба — не менее 120° Угол изгиба — не менее 180°

Полное содержание статьи на  https://cyberleninka.ru/article/n/tehnologiya-lazernoy-svarki-magistralnyh-truboprovodov