Лазерный мир

Морозова Ольга Павловна (RU), Рогожин Алексей Вячеславович (RU), Чирков Андрей Анатольевич (RU)

Изобретение относится к области сварки и, в частности, автоматической гибридной лазерно- дуговой многопроходной сварке c -образной разделкой свариваемых встык кромок в среде защитных газов с присадочной проволокой со смещением с зенита и применением техники сканирования луча лазера кольцевых швов поворотных стыков стальных трубопроводов. Осуществляется способ автоматической многопроходной гибридной лазерно-дуговой сварки в среде защитных газов со смещением с зенита и с использованием техники сканирования

Применение при гибридной лазерно-дуговой сварке кольцевых швов поворотных стыков смещения с зенита и техники сканирования луча лазера позволяет повысить качество сварного соединения и технологическую воспроизводимость процесса сварки.

ГОСТ ISO 15609-6-2016 [1] дает следующее определение гибридной лазерно-дуговой сварке: два или более процессов сварки плавлением, которые взаимодействуют в одной сварочной ванне.

Объединение двух энергетических источников (дугового и лазерного) в единый технологический процесс сварки позволяет нивелировать или полностью устранить недостатки каждого из способов сварки получив новые качества недостижимые при применении каждого способа сварки в отдельности [2].
Одним из недостатков технологии лазерной сварки являются высокие требования по точности сборки свариваемых кромок [2]. Обеспечить высокую точность сборки свариваемых кромок под лазерную сварку, необходимую для получения качественного сварного соединения трубопроводов, имеющих значительные массогабаритные показатели, практически невозможно в следствие значительных допусков на геометрические параметры свариваемых труб и точности механической обработки свариваемых кромок.
Объединение лазерного и дугового сварочных источников энергии в единый технологический процесс позволяет снизить требования по точности сборки и механической обработке свариваемых кромок [3].
Y-образная разделка свариваемых встык кромок позволяет реализовать многопроходную одноваликовую сварку с минимальной площадью разделки свариваемых кромок, уменьшить расход сварочных материалов и, соответственно, снизить технологическую себестоимость сварки одного стыка.
 Сварку кольцевых поворотных стыков производят со смещением с зенита, так как сварка в зените характеризуется неустойчивостью сварочной ванны и образованием дефектов сварного соединения.
Смещение с зенита позволяет стабилизировать динамическую устойчивость сварочной ванны, избежать ее стекание с цилиндрической поверхности трубы, но при условии,
 что ее вес не превышает критического значения.
Вес сварочной ванны, который не может быть уравновешен силами поверхностного натяжения, называется критическим [4]. Вес сварочной ванны зависит от конкретных технологических параметров сварочного процесса: мощности сварочных источников энергии, скорости сварки, диаметра сфокусированного пятна луча лазера и др.
 Значительно снижать вес сварочной ванны ниже критического значения нецелесообразно, так как это приводит к уменьшению производительности процесса сварки.
Термин сканирование луча лазера введен в ГОСТ ISO 15609-4-2017, статья 4.13.1 и относится к параметрам лазерного луча, но определение термина не приводится.
 Необходимо отметить, что в технической литературе используются различные термины сканирования луча лазера: осцилляция, колебания луча лазера и колебания пучка лазерного излучения, которые, как принято считать, аналогичны термину сканирования луча лазера. Сканирование луча лазера может производиться по

различным траекториям: круговой, линейной, восьмерка, бесконечность.
Параметры техники сканирования луча лазера: амплитуда сканирования, частота сканирования, траектория сканирования, времени задержки в точках возврата, выбирается из условия получения бездефектного сварного соединения за счет устранения  (нивелирования) неравномерного распределения мощности по сечению пучка лазера (распределение мощности по сечению пучка лазера подчиняется закону Гаусса).
Известен способ гибридной лазерно-дуговой сварки продольных швов из заготовок с предпочтительной толщиной от 6 до 60 мм с «V» или «Х» разделкой свариваемых кромок, сваркой кромок притупления в режиме замочной скважины (режим глубокого проплавления) в нижнем положении [US 7288737, опубл. 30.10.2007г.].
В данном способе гибридной лазерно-дуговой сварки не используется техника сканирования луча лазера, что не позволяет устранить неравномерное тепловое воздействие сварочного источника энергии на формирование сварочной ванны и сварного соединения и не исключает возможности образования дефектов. Кроме того, способ с «V» и «Х» разделкой свариваемых кромок характеризуется повышенным расходом сварочной проволоки и защитных газов по сравнению с «Y» разделкой, что увеличивает технологическую себестоимость сварки одного стыка.
В связи с вышеизложенным применение данного способа для гибридной лазерно- дуговой сварки кольцевых поворотных стыков труб не целесообразно. О возможности применения способа по патенту US 728873 для сварки поворотных стыковых кольцевых соединений трубопроводов ничего не сообщается.
Известен способ гибридной лазерно-дуговой сварки продольных швов с «Y» разделкой свариваемых кромок [US 8884183, опубл. 11.11.2014г.]. Кромки притупления свариваются гибридной лазерно- дуговой сваркой, а оставшаяся часть разделки кромок сваривается дуговой сваркой под флюсом с целью исключения образования высокой твердости в околошовном участке зоны термического влияния.

Полное содержание на https://yandex.ru/patents/doc/RU2609609C2_20170202