Способ лазерной очистки поверхности. Патент
Научная библиотека 17.07.2023 Комментарии к записи Способ лазерной очистки поверхности. Патент отключеныРоманцов Александр Игоревич // Владелец патента: Публичное акционерное общество «Челябинский трубопрокатный завод» (ПАО «ЧТПЗ») (RU), RU 2 668 619 C1
Реферат
Изобретение может быть использовано для лазерной очистки свариваемых поверхностей от нежелательных слоев и загрязнений при подготовке к выполнению лазерной сварки стальной сформованной трубной заготовки, толщиной от 8 до 45 мм. Выполняют сканирование расфокусированным коллимированным лазерным лучом по очищаемой поверхности движущейся стальной сформованной трубной заготовки по обе стороны от средней линии будущего шва. Сканируют с переменной частотой следования импульсов лазерного излучения с изменяющейся длительностью импульсов. При этом изменяют среднюю максимальную мощность излучения и одновременно выполняют непрерывный контроль качества очистки. При требуемом качестве очистки фиксируют значение мощности излучения и не изменяют его до окончания выполнения очистки поверхности. Способ обеспечивает выполнение качественной очистки поверхности за один проход луча лазера с достижением требуемого качества очистки и без изменения характеристик поверхностного слоя материала изделия. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Формула изобретения
1. Способ лазерной очистки поверхности стальной заготовки перед лазерной сваркой, включающий формирование импульсного лазерного излучения, направление его на очищаемую поверхность, сканирование очищаемой поверхности заготовки импульсами лазерного излучения, непрерывный контроль степени очистки поверхности и изменение мощности излучения по результатам контроля, отличающийся тем, что формируют расфокусированное коллимированное лазерное излучение, при этом в процессе очистки осуществляют перемещение заготовки, а сканирование по очищаемой поверхности заготовки выполняют в направлении, перпендикулярном свариваемым кромкам заготовки, на ширину от 10 до 25 мм по обе стороны от средней линии будущего шва со скоростью от 200 до 400 см/мин, с переменной частотой следования импульсов лазерного излучения в диапазоне от 1 до 10 кГц с изменением длительности импульсов от 15 до 400 нс и мощности излучения от 400 до 500 Вт, причем при достижении заданного качества очистки фиксируют соответствующее ему значение мощности излучения, которое не изменяют до окончания выполнения очистки поверхности, при этом очистку выполняют в среде защитного газа, который подают в зону очистки после лазерного и состав которого соответствует составу защитной среды при последующей лазерной сварке.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве защитного газа используют гелий или аргон, при этом контроль качества очистки осуществляют с помощью лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии плазмы, образующейся в процессе удаления загрязнения, в которой регистрируют и определяют интенсивность спектральной составляющей кислорода и определяют интенсивность спектральной составляющей железа, затем вычисляют значение частного от деления значения интенсивности спектральной составляющей кислорода на значение интенсивности спектральной составляющей железа и при значении частного равном или меньше 0,3 поверхность считают очищенной.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве защитного газа используют углекислый газ, при этом контроль качества очистки осуществляют с помощью лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии плазмы, образующейся в процессе удаления загрязнения, в которой регистрируют и определяют интенсивность спектральной составляющей выбранного для контроля легирующего элемента, входящего в состав металла очищаемой поверхности, и определяют интенсивность спектральной составляющей железа, затем вычисляют значение частного от деления значения интенсивности спектральной составляющей легирующего элемента на значение интенсивности спектральной составляющей железа и при значении частного равном или меньше 0,1 поверхность считают очищенной.
Описание
Изобретение относится к области очистки поверхностей лазерным излучением и может быть использовано в частности для очистки свариваемых поверхностей от нежелательных слоев и загрязнений, в частности, для удаления ржавчины, окалины, нефтепродуктов и пр., при подготовке к выполнению лазерной сварки поверхности стальной сформованной трубной заготовки, толщиной от 8 до 45 мм.
Проведение сварочных работ для изготовления сформованных стальных труб посредством лазерно-дуговой сварки представляет собой технологию изготовления стальной трубы с помощью сварки продольных краев (кромок) открытой трубы воздействием лазерного луча и электрической дуги. Производство является сложным многоэтапным процессом, включающим наложение технологического шва (например, дуговой сваркой с последующим контролем качества и возможным ремонтом), рабочего шва лазерно-дуговой сваркой (с последующим контролем качества и возможным ремонтом), а также, в зависимости от разделки кромок, наложением наружного или внутреннего и наружного шва с помощью дуговой сварки (с последующим контролем качества и возможным ремонтом). И если технология ремонта швов, полученных методом дуговой сварки, хорошо изучена и опробована, то технология ремонта швов, полученных методом лазерной и гибридной лазерно-дуговой сварки, является малоизученной и труднореализуемой. В результате существует проблема максимального снижения вероятности появления дефектов в сварочных швах, выполненных сваркой с использованием лазера.
Одной из основных причин появления дефектов в сварочных швах, выполненных лазерной сваркой, является плохая подготовка поверхности. Лазерная сварка и, как следствие, гибридная лазерно-дуговая сварка (далее — лазерная сварка) предъявляют повышенные требования к чистоте поверхности, по сравнению с дуговой сваркой. В соответствии с действующим межгосударственным стандартом BS EN 1011-6:2005 «Рекомендации по сварке металлических материалов. Часть 6. Лазерная сварка», следствием некачественной очистки поверхности под лазерную сварку являются такие дефекты шва, как пористость, газовые поры и их скопление и линейная пористость. Этот же стандарт (там же, п. 11.3 «Подготовка соединения») указывает на необходимость выполнения очистки поверхности перед лазерной сваркой, если она загрязнена оксидами (например, ржавчина, поверхность быстро ржавеет даже в цеховых условиях), маслом, смазкой, охладителями, краской.
Полное содержание на https://yandex.ru/patents/doc/RU2668619C1_20181002
Проведение сварочных работ для изготовления сформованных стальных труб посредством лазерно-дуговой сварки представляет собой технологию изготовления стальной трубы с помощью сварки продольных краев (кромок) открытой трубы воздействием лазерного луча и электрической дуги. Производство является сложным многоэтапным процессом, включающим наложение технологического шва (например, дуговой сваркой с последующим контролем качества и возможным ремонтом), рабочего шва лазерно-дуговой сваркой (с последующим контролем качества и возможным ремонтом), а также, в зависимости от разделки кромок, наложением наружного или внутреннего и наружного шва с помощью дуговой сварки (с последующим контролем качества и возможным ремонтом). И если технология ремонта швов, полученных методом дуговой сварки, хорошо изучена и опробована, то технология ремонта швов, полученных методом лазерной и гибридной лазерно-дуговой сварки, является малоизученной и труднореализуемой. В результате существует проблема максимального снижения вероятности появления дефектов в сварочных швах, выполненных сваркой с использованием лазера.
Одной из основных причин появления дефектов в сварочных швах, выполненных лазерной сваркой, является плохая подготовка поверхности. Лазерная сварка и, как следствие, гибридная лазерно-дуговая сварка (далее — лазерная сварка) предъявляют повышенные требования к чистоте поверхности, по сравнению с дуговой сваркой. В соответствии с действующим межгосударственным стандартом BS EN 1011-6:2005 «Рекомендации по сварке металлических материалов. Часть 6. Лазерная сварка», следствием некачественной очистки поверхности под лазерную сварку являются такие дефекты шва, как пористость, газовые поры и их скопление и линейная пористость. Этот же стандарт (там же, п. 11.3 «Подготовка соединения») указывает на необходимость выполнения очистки поверхности перед лазерной сваркой, если она загрязнена оксидами (например, ржавчина, поверхность быстро ржавеет даже в цеховых условиях), маслом, смазкой, охладителями, краской.
Полное содержание на https://yandex.ru/patents/doc/RU2668619C1_20181002
