RU2847589C1 - Laser-arc module for orbital laser-arc welding of non-rotary circular pipe joints, a laser-arc welding device used in the laser-arc module, and a method for orbital laser-arc welding of non-rotary circular pipe joints using same - Google Patents
Laser-arc module for orbital laser-arc welding of non-rotary circular pipe joints, a laser-arc welding device used in the laser-arc module, and a method for orbital laser-arc welding of non-rotary circular pipe joints using sameInfo
- Publication number
- RU2847589C1 RU2847589C1 RU2024130434A RU2024130434A RU2847589C1 RU 2847589 C1 RU2847589 C1 RU 2847589C1 RU 2024130434 A RU2024130434 A RU 2024130434A RU 2024130434 A RU2024130434 A RU 2024130434A RU 2847589 C1 RU2847589 C1 RU 2847589C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- laser
- arc
- carriage
- devices
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматической сварке стыков стальных труб посредством орбитальной сварки с использованием технологии дуговой, лазерной или лазерно-дуговой сварки и может применяться для сварки неповоротных кольцевых стыков труб, в т.ч. с толщиной стенок более 15 мм.The invention relates to automatic welding of steel pipe joints by means of orbital welding using arc, laser or laser-arc welding technology and can be used for welding non-rotating circumferential pipe joints, including those with a wall thickness of more than 15 mm.
Известно орбитальное сварочное устройство для строительства трубопроводов, которое может быть использовано при строительстве магистральных трубопроводов (патент РФ №2355569, B23K 26/30, B23K 26/42, опубл. 20.05.2009). Устройство включает ориентируемый относительно первого конца трубы и кольцевого стыка направляющий обруч и тележку, установленную с возможностью перемещения с помощью электродвигателя вдоль направляющего обруча посредством устройства подачи. На тележке установлена лазерная сварочная головка для лазерной сварки, которая выполнена с возможностью ориентирования по кольцевому стыку. Лазерный луч вырабатывают посредством находящегося на мобильном транспортном средстве высокомощного волоконного лазера, направляют по волноводу к тележке и подают к сварочной головке. На тележке может быть установлена сварочная головка для дуговой MSG-сварки с возможностью совместного действия лазерного луча и MSG-дуги в зоне лазерной сварки или в отдельных технологических зонах.An orbital welding device for pipeline construction is known, which can be used in the construction of main pipelines (RU Patent No. 2355569, B23K 26/30, B23K 26/42, published on May 20, 2009). The device includes a guide hoop oriented relative to the first end of the pipe and the annular joint, and a trolley mounted so as to be moved by an electric motor along the guide hoop via a feed device. A laser welding head for laser welding is mounted on the trolley, which is configured to be oriented along the annular joint. The laser beam is generated by a high-power fiber laser located on a mobile vehicle, directed along a waveguide to the trolley and fed to the welding head. A welding head for MSG arc welding can be mounted on the trolley, with the possibility of combined action of the laser beam and the MSG arc in the laser welding zone or in separate process zones.
Известен модуль лазерно-дуговой для орбитальной сварки неповоротных кольцевых стыков труб, выбранный за прототип (патент РФ №2548842, B23K 26/02, опубл. 20.04.2015). Модуль содержит направляющий пояс, размещенный на трубе, подвижную каретку, установленную на направляющем поясе с возможностью перемещения вдоль пояса. Каретка содержит установленное на основании каретки устройство перемещения в виде системы несущих роликов и зубчатого колеса. На каретке установлены датчик слежения за стыком труб, манипулятор, состоящий из двух взаимно перпендикулярных поперечной и вертикальной линейных направляющих, перемещающихся относительно друг друга, снабженных двигателями. На поперечной направляющей установлены лазерная сварочная головка и дуговая сварочная горелка. Датчик слежения за стыком в процессе сварки отслеживает стык труб, сигналы с этого датчика после обработки поступают на контроллер, выдающий управляющие сигналы на двигатели, расположенные на линейных направляющих.A laser-arc module for orbital welding of non-rotating circumferential pipe joints is known, selected as a prototype (RU Patent No. 2548842, B23K 26/02, published April 20, 2015). The module comprises a guide belt located on the pipe, a movable carriage mounted on the guide belt and capable of moving along the belt. The carriage contains a movement device mounted on the carriage base in the form of a system of supporting rollers and a gear wheel. Mounted on the carriage are a pipe joint tracking sensor and a manipulator consisting of two mutually perpendicular transverse and vertical linear guides that move relative to each other and are equipped with motors. A laser welding head and an arc welding torch are mounted on the transverse guide. During the welding process, a joint tracking sensor monitors the pipe joint; after processing, signals from this sensor are sent to a controller, which sends control signals to motors located on linear guides.
Недостатком известных модулей и устройств для орбитальной сварки кольцевых стыков является продолжительное время выполнения орбитальной сварки и возникновение дефектов сварного шва (прожоги, поры) ввиду высокой удельной плотности энергии лазерного луча.The disadvantage of known modules and devices for orbital welding of circumferential joints is the long time required for orbital welding and the occurrence of weld defects (burn-through, pores) due to the high specific energy density of the laser beam.
Известно устройство для автоматической сварки криволинейных поверхностей (авторское свидетельство СССР №656776, B23K 31/08, опубл. 15.04.1979) с устройством перемещения, содержащим привод перемещения, систему роликов и зубчатые колеса. На устройстве установлена сварочная головка с приводом таким образом, что при его перемещении обеспечивается постоянство координат местоположения сварочной головки.A device for the automatic welding of curved surfaces (USSR Author's Certificate No. 656776, B23K 31/08, published April 15, 1979) is known. It features a movement mechanism comprising a movement drive, a system of rollers, and gears. A welding head with a drive is mounted on the device in such a way that the welding head's coordinates are maintained during movement.
Известен модуль лазерно-дуговой, включающий устройство для сварки неповоротных кольцевых стыков труб (патент РФ №2548842, B23K 26/02, опубл. 20.04.2015), выбранное за прототип, содержащее каретку с установленными на основании каретки системой опорных роликов и зубчатым колесом. На устройстве установлены лазерная сварочная головка с оптической системой, имеющей фокусирующий элемент, и дуговая сварочная горелка.A laser-arc module is known, including a device for welding non-rotating circumferential pipe joints (RU Patent No. 2548842, B23K 26/02, published April 20, 2015), chosen as the prototype. The device comprises a carriage with a system of support rollers and a gear mounted on the carriage base. A laser welding head with an optical system featuring a focusing element and an arc welding torch are mounted on the device.
Недостатком известного устройства для орбитальной сварки кольцевых стыков является невозможность контроля его углового положения и выполнения колебательных движений лазерной сварочной головки, что приводит к дефектам сварного шва (прожоги, поры) ввиду высокой удельной плотности энергии лазерного луча.A disadvantage of the known device for orbital welding of circumferential joints is the inability to control its angular position and perform oscillatory movements of the laser welding head, which leads to defects in the weld (burn-through, pores) due to the high specific energy density of the laser beam.
Известен способ для соединения торцов труб из стали посредством орбитальной сварки по гибридной технологии (патент ЕА №017579, B23K 9/028, B23K 26/28, опубл. 30.01.2013). Концы труб, предпочтительно с толщиной стенок более 6 мм и диаметром более 150 мм, соединяют одним или несколькими слоями шва. Головка для лазерной и головка электродуговой сварки установлены на отдельных каретках на кольцевом рельсе, установленном неподвижно в зоне сварки вокруг конца трубы, и в процессе сварки независимо друг от друга их передвигают и регулируют по окружности трубы на кольцевом рельсе.A method for joining steel pipe ends using orbital welding using hybrid technology is known (EA Patent No. 017579, B23K 9/028, B23K 26/28, published January 30, 2013). The pipe ends, preferably with a wall thickness greater than 6 mm and a diameter greater than 150 mm, are joined with one or more weld layers. The laser welding head and the electric arc welding head are mounted on separate carriages on a ring rail, fixed in the welding zone around the pipe end, and during welding, they are independently moved and adjusted around the pipe circumference on the ring rail.
Известен способ орбитальной лазерно-дуговой сварки неповоротных кольцевых стыков труб (патент РФ №2548842, B23K 26/02, опубл. 20.04.2015), принятый за прототип, с использованием подвижной каретки, установленной на направляющем поясе, размещенном по окружности трубы, и перемещаемой посредством устройства перемещения поочередно в противоположных направлениях, при этом за один проход каретка перемещается в одном направлении. Первый проход сварки осуществляют перемещением каретки по ходу часовой стрелки с позиции 12 часов до позиции 6 часов. После окончания первого прохода каретку перевешивают. Второй проход осуществляют перемещением каретки против хода часовой стрелки с позиции 12 часов до позиции 6 часов. Во время сварки осуществляют слежение за стыком труб при помощи датчика.A known method for orbital laser-arc welding of non-rotating circumferential pipe joints (RU Patent No. 2548842, B23K 26/02, published April 20, 2015), adopted as a prototype, uses a movable carriage mounted on a guide belt located along the circumference of the pipe and moved by a movement device alternately in opposite directions, with the carriage moving in one direction per pass. The first welding pass is performed by moving the carriage clockwise from the 12 o'clock position to the 6 o'clock position. After completing the first pass, the carriage is repositioned. The second pass is performed by moving the carriage counterclockwise from the 12 o'clock position to the 6 o'clock position. During welding, the pipe joint is monitored using a sensor.
Недостатками известных способов орбитальной лазерно-дуговой сварки является низкая производительность, особенно при сварке труб с толщиной стенки более 15 мм, из-за необходимости увеличения количества сварочных циклов и, соответственно, перестановок каретки и возникновение дефектов сварного шва (прожоги, поры) ввиду высокой удельной плотности энергии лазерного излучения.The disadvantages of known methods of orbital laser-arc welding include low productivity, especially when welding pipes with a wall thickness of more than 15 mm, due to the need to increase the number of welding cycles and, accordingly, carriage repositioning and the occurrence of weld defects (burn-through, pores) due to the high specific energy density of laser radiation.
Техническая задача состоит в разработке конструкции лазерно-дугового модуля для применения не менее двух устройств для сварки и возможностью их перемещения по часовой и против часовой стрелки за один сварочный цикл и возможностью контроля углового положения устройств для сварки.The technical challenge is to develop a design for a laser-arc module for using at least two welding devices and the ability to move them clockwise and counterclockwise during one welding cycle and the ability to control the angular position of the welding devices.
Техническая задача состоит в разработке устройства для лазерно-дуговой сварки, используемого в лазерно-дугового модуле, состоит в снижении удельной плотности энергии лазерного излучения в зоне сварного шва и увеличения размера сварочной ванны.The technical challenge is to develop a laser-arc welding device used in a laser-arc module, which consists of reducing the specific energy density of laser radiation in the weld zone and increasing the size of the weld pool.
Техническая задача состоит в разработке способа для орбитальной сварки неповоротных кольцевых стыков труб, в т.ч. с толщиной стенок более 15 мм, с использованием лазерно-дугового модуля.The technical challenge is to develop a method for orbital welding of non-rotating circumferential pipe joints, including those with wall thicknesses greater than 15 mm, using a laser-arc module.
Технический результат, достигаемый лазерно-дуговым модулем для орбитальной сварки неповоротных кольцевых стыков труб, состоит в обеспечении возможности перемещения каждого устройства по часовой и против часовой стрелки за один сварочный цикл, что снижает время сварки, и фокусирующим элементом оптической системы лазерной сварочной головки выполнения колебательных движений, что позволяет снизить дефекты сварных швов (прожоги, поры), выполненных каждым устройством, за счет снижения удельной плотности энергии лазерного излучения в зоне сварного шва, увеличения размера сварочной ванны и исключения непроплавления кромок.The technical result achieved by the laser-arc module for orbital welding of non-rotating circumferential joints of pipes consists in providing the possibility of moving each device clockwise and counterclockwise in one welding cycle, which reduces the welding time, and the focusing element of the optical system of the laser welding head to perform oscillatory movements, which makes it possible to reduce defects in welds (burn-throughs, pores) made by each device, due to a decrease in the specific energy density of laser radiation in the weld zone, an increase in the size of the weld pool and the elimination of non-fusion of the edges.
Технический результат достигается за счет того, что лазерно-дуговой модуль для орбитальной сварки неповоротных кольцевых стыков труб включает направляющий пояс, размещенное на нем устройство для лазерно-дуговой сварки, содержащее каретку, установленную с возможностью перемещения вдоль пояса посредством устройства для перемещения, выполненного в виде установленных на основании каретки системы несущих роликов и зубчатого колеса, также на основании каретки размещены лазерная сварочная головка с оптической системой, имеющей фокусирующий элемент, дуговая сварочная горелка и датчик слежения за стыком кромок труб. Согласно изобретению, модуль содержит по меньшей мере два устройства, при этом каждое устройство установлено с возможностью перемещения на направляющем поясе по часовой и против часовой стрелки за один сварочный цикл, и датчик углового положения, а лазерная сварочная головка снабжена устройством для колебательных движений фокусирующего элемента оптической системы.The technical result is achieved due to the fact that the laser-arc module for orbital welding of non-rotating circumferential pipe joints includes a guide belt, a laser-arc welding device placed thereon, comprising a carriage mounted so as to be able to move along the belt by means of a movement device implemented in the form of a system of supporting rollers and a gear mounted on the base of the carriage. A laser welding head with an optical system having a focusing element, an arc welding torch, and a sensor for tracking the joint of the pipe edges are also placed on the base of the carriage. According to the invention, the module comprises at least two devices, wherein each device is mounted so as to be able to move on the guide belt clockwise and counterclockwise during one welding cycle, and an angular position sensor, and the laser welding head is provided with a device for oscillating the focusing element of the optical system.
В частном случае в качестве устройства для выполнения колебательных движений фокусирующего элемента оптической системы лазерной сварочной головки используют модуль качания оптической системы.In a particular case, an optical system oscillation module is used as a device for performing oscillatory movements of the focusing element of the optical system of the laser welding head.
Технический результат, обеспечиваемый устройством для лазерно-дуговой сварки неповоротных кольцевых стыков труб, используемом в лазерно-дуговом модуле, состоит в уменьшении дефектов в сварном шве (прожоги, поры) за счет снижения удельной плотности энергии лазерного излучения в зоне сварного шва, увеличения размера сварочной ванны и исключения непроплавления кромок.The technical result achieved by the device for laser-arc welding of non-rotating circumferential joints of pipes, used in the laser-arc module, consists in reducing defects in the weld seam (burn-throughs, pores) by reducing the specific energy density of laser radiation in the weld seam zone, increasing the size of the weld pool and eliminating lack of edge fusion.
Технический результат, обеспечиваемый устройством для лазерно-дуговой сварки, содержащим каретку, выполненную с возможностью перемещения посредством устройства для перемещения в виде установленных на основании каретки системы несущих роликов и зубчатого колеса, также на основании каретки размещены лазерная сварочная головка с оптической системой, имеющей фокусирующий элемент, дуговая сварочная горелка и датчик слежения за стыком кромок труб. Согласно изобретению, устройство снабжено датчиком углового положения, а лазерная сварочная головка содержит устройство для колебательных движений фокусирующего элемента оптической системы.A technical result achieved by a laser-arc welding device comprising a carriage movable by means of a movement device in the form of a system of supporting rollers and a gear mounted on the carriage base. A laser welding head with an optical system having a focusing element, an arc welding torch, and a pipe edge joint tracking sensor are also mounted on the carriage base. According to the invention, the device is equipped with an angular position sensor, and the laser welding head comprises a device for oscillating the focusing element of the optical system.
В частном случае в качестве устройства для колебательных движений фокусирующего элемента оптической системы лазерной сварочной головки используют модуль качания оптической системы.In a particular case, an optical system oscillation module is used as a device for oscillatory movements of the focusing element of the optical system of the laser welding head.
Технический результат, достигаемый при реализации способа сварки неповоротных кольцевых стыков, в т.ч. с толщиной стенок более 15 мм, с применением лазерно-дугового модуля и устройства, используемого в нем, заключается в сокращении времени сварки за счет образования сварного шва при разнонаправленном перемещении кареток в одном цикл сварки и исключения их переустановки, а также снижении дефектов сварного шва (прожоги, поры) за счет уменьшения удельной плотности энергии лазерного излучения в зоне сварного шва и исключения непроплавления кромок.The technical result achieved by implementing the method for welding non-rotating circumferential joints, including those with wall thicknesses greater than 15 mm, using a laser-arc module and the device used in it, consists in reducing the welding time due to the formation of a weld seam during multidirectional movement of the carriages in one welding cycle and eliminating their reinstallation, as well as reducing weld defects (burn-through, pores) due to a decrease in the specific energy density of laser radiation in the weld zone and eliminating incomplete fusion of the edges.
Технический результат достигается за счет того, что способ орбитальной лазерно-дуговой сварки неповоротных кольцевых стыков труб, включающий лазерную и дуговую сварку, которые осуществляют с использованием лазерно-дугового модуля с устройством для лазерно-дуговой сварки, содержащим каретку, установленную на направляющем поясе с возможностью перемещения вдоль него посредством устройства для перемещения, выполненного в виде установленных на основании каретки системы несущих роликов и зубчатого колеса, также на основании каретки размещены лазерная сварочная головка с оптической системой, имеющей фокусирующий элемент, и дуговая сварочная горелка, при этом во время сварки осуществляют слежение за стыком труб. Согласно изобретению, сварку выполняют по меньшей мере двумя устройствами, каждое из которых установлено с возможностью перемещения на направляющем поясе в противоположных направлениях за один сварочный цикл, при этом начальные и конечные положения устройств задают таким образом, чтобы в начале и по окончании цикла сварки сварные швы перекрывали друг друга, задают колебания фокусирующих элементов оптических систем лазерных сварочных головок в направлении, перпендикулярном направлению сварки, при этом контролируют угловое положение устройств.The technical result is achieved due to the fact that the method of orbital laser-arc welding of non-rotating circumferential joints of pipes, including laser and arc welding, which are carried out using a laser-arc module with a device for laser-arc welding, containing a carriage mounted on a guide belt with the possibility of moving along it by means of a moving device made in the form of a system of bearing rollers and a gear wheel mounted on the base of the carriage, a laser welding head with an optical system having a focusing element and an arc welding torch are also placed on the base of the carriage, while during welding, monitoring of the pipe joint is carried out. According to the invention, welding is performed by at least two devices, each of which is mounted with the possibility of movement on a guide belt in opposite directions during one welding cycle, wherein the initial and final positions of the devices are set in such a way that at the beginning and at the end of the welding cycle the welds overlap each other, oscillations of the focusing elements of the optical systems of the laser welding heads are set in a direction perpendicular to the direction of welding, while the angular position of the devices is controlled.
В частном случае выполнения способа после сварки каретки перемещают в исходное положение с максимально допустимой скоростью.In a particular case of performing the method, after welding, the carriages are moved to the initial position at the maximum permissible speed.
В частном случае выполнения способа осуществляют колебательные движения фокусирующего элемента оптической системы лазерной сварочной головки с частотой не менее 25 Гц.In a particular case of implementing the method, oscillatory movements of the focusing element of the optical system of the laser welding head are carried out with a frequency of at least 25 Hz.
В частном случае выполнения способа при каждом последующем цикле сварки начальные и конечные положения кареток смещают в одном направлении вдоль сварного шва для уменьшения его локальных утолщений в местах перекрытия швов.In a particular case of the method implementation, during each subsequent welding cycle, the initial and final positions of the carriages are shifted in one direction along the weld seam to reduce its local thickenings in the places where the seams overlap.
Выполнение сварки стыков труб при помощи по меньшей мере двух устройств, используемых в лазерно-дуговом модуле, перемещаемых по часовой и против часовой стрелки за один цикл сварки без переустановки устройств, при этом начальные и конечные положения которых при сварке задают таким образом, чтобы в начале и по окончании цикла сварки выполненные ими сварные швы перекрывали друг друга, позволяет сократить время сварки более чем в два раза. За счет смещения времени начала перемещения устройств в каждом цикле сварки происходит перекрытие сварных швов, выполненных каждым устройством. По окончании цикла сварки устройства перемещают в исходное положение на направляющем поясе с максимально допустимой скоростью, что позволяет раньше начать второй и последующие циклы сварки и сократить общее время сварки. При каждом последующем цикле сварки начальные и конечные положения устройств смещают в одном направлении вдоль сварного шва для уменьшения его локальных утолщений в местах перекрытия сварных швов.Welding pipe joints using at least two devices in a laser-arc module, movable clockwise and counterclockwise during a single welding cycle without repositioning the devices. The initial and final positions of the devices are set so that the welds they produce overlap at the beginning and end of the welding cycle. This reduces welding time by more than half. By staggering the device start times in each welding cycle, the welds produced by each device overlap. Upon completion of the welding cycle, the devices are moved to their initial positions on the guide belt at the maximum permissible speed, allowing the second and subsequent welding cycles to begin earlier and reducing overall welding time. During each subsequent welding cycle, the initial and final positions of the devices are shifted in the same direction along the weld to reduce localized thickening at the points of weld overlap.
Контроль углового положения устройства для лазерно-дуговой сварки при помощи установленных на них датчиков необходим для согласованного и синхронизированного движения устройств по направляющему поясу, не допуская их столкновения.Control of the angular position of the laser-arc welding device using sensors installed on them is necessary for the coordinated and synchronized movement of the devices along the guide belt, preventing their collision.
Лазерная сварочная головка с оптической системой, имеющей фокусирующий элемент, содержит электромеханическое устройство, с помощью которого фокусирующий элемент осуществляет колебательные движения, например, модуль качания. Колебательные движения фокусирующего элемента оптической системы лазерной сварочной головки, выполняемые в направлении, перпендикулярном направлению сварки колебания, вызывают периодическое смещение лазерного луча и увеличивают ширину сварочной ванны, уменьшая удельную плотность энергии лазерного излучения (концентрацию световой энергии), что снижает возможность появления дефектов в сварном шве (прожоги, поры) и не проплавления кромок.A laser welding head with an optical system featuring a focusing element contains an electromechanical device, such as an oscillating module, that oscillates the focusing element. Oscillating movements of the laser welding head's focusing element, performed in a direction perpendicular to the welding direction, cause periodic displacement of the laser beam and increase the width of the weld pool, reducing the specific energy density of the laser radiation (the concentration of light energy). This reduces the likelihood of weld defects (burn-through, pores) and edge failure.
Частота колебаний фокусирующего элемента должна быть не менее 25 Гц. Увеличение частоты колебаний приводит к снижению работоспособности модуля качания оптической системы, а уменьшение - к нестабильности геометрии сварочной ванны.The focusing element's oscillation frequency must be at least 25 Hz. Increasing the oscillation frequency reduces the performance of the optical system's oscillation module, while decreasing it leads to instability of the weld pool's geometry.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен лазерно-дуговой модуль с устройством, на фиг. 2 - исходное положение устройств на направляющем поясе, на фиг. 3 - траектории движения устройств при орбитальной сварке.The proposed invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 schematically shows a laser-arc module with a device, Fig. 2 shows the initial position of the devices on the guide belt, and Fig. 3 shows the trajectories of movement of the devices during orbital welding.
На представленных рисунках позициями 1-13 показаны: 1 - труба, 2 - направляющий пояс, 3 и 4 - устройства для лазерно-дуговой сварки, 5 - основание каретки, 6 - опорные ролики, 7 - зубчатое колесо, 8 - дуговая сварочная горелка, 9 - лазерная сварочная головка с оптической системой, 10 - фокусирующий элемент лазерной головки, 11 - модуль качания фокусирующего элемента, 12 - датчик слежения за стыком кромок, 13 - датчик углового положения орбитальной каретки.In the figures shown, positions 1-13 show: 1 - pipe, 2 - guide belt, 3 and 4 - devices for laser-arc welding, 5 - carriage base, 6 - support rollers, 7 - gear wheel, 8 - arc welding torch, 9 - laser welding head with an optical system, 10 - focusing element of the laser head, 11 - swing module of the focusing element, 12 - edge joint tracking sensor, 13 - orbital carriage angular position sensor.
Лазерно-дуговой модуль содержит направляющий пояс 2, расположенный вокруг трубы 1 на определенном расстоянии от стыка, и по меньшей мере два устройства 3 и 4, установленные на направляющем поясе с возможностью перемещения по нему в противоположных направлениях - по часовой и против часовой стрелки за один цикл сварки.The laser-arc module contains a guide belt 2 located around the pipe 1 at a certain distance from the joint, and at least two devices 3 and 4 mounted on the guide belt with the ability to move along it in opposite directions - clockwise and counterclockwise in one welding cycle.
Устройство для лазерно-дуговой сварки включает каретку с основанием 5, опорными роликами 6 и зубчатым колесом 7. На основании каретки 5 расположены дуговая сварочная горелка 8, установленная перед (по ходу направления сварки) лазерной сварочной головкой 9 с оптической системой и фокусирующим элементом 10, снабженным устройством для качания фокусирующего элемента 11 (например, модуль качания электромеханическое устройство с электронной схемой управления) в направлении, перпендикулярном направлению сварки, а также датчик слежения за стыком кромок 12, обеспечивающий наведение на стык кромок (сварочный шов) электродов дуговой сварочной горелки и лазерного луча сварочной головки, и датчик углового положения 13 для согласованного и синхронизированного движения устройства по направляющему поясу 2.The device for laser-arc welding includes a carriage with a base 5, support rollers 6 and a toothed wheel 7. On the base of the carriage 5 there is an arc welding torch 8, installed in front of (along the welding direction) a laser welding head 9 with an optical system and a focusing element 10, provided with a device for swinging the focusing element 11 (for example, a swing module, an electromechanical device with an electronic control circuit) in a direction perpendicular to the welding direction, as well as a sensor for tracking the edge joint 12, providing guidance to the edge joint (welding seam) of the electrodes of the arc welding torch and the laser beam of the welding head, and an angular position sensor 13 for coordinated and synchronized movement of the device along the guide belt 2.
Перемещение устройств для лазерно-дуговой сварки 3 и 4 в начале и по окончании сварки в начальном и следующем цикле обозначены соответственно сплошной (А и В) и пунктирной (А' и В') линиями на фиг. 3.The movements of laser-arc welding devices 3 and 4 at the beginning and at the end of welding in the initial and next cycle are indicated by solid (A and B) and dashed (A' and B') lines, respectively, in Fig. 3.
Способ орбитальной лазерно-дуговой сварки неповоротных кольцевых стыков труб с помощью лазерно-дугового модуля и устройства для сварки осуществляют следующим образом.The method of orbital laser-arc welding of non-rotating circular joints of pipes using a laser-arc module and a welding device is carried out as follows.
Перед сваркой устройства для лазерно-дуговой сварки 3 и 4 с размещенными на них дуговой сварочной горелкой 8, лазерной сварочной головкой 9, датчиком слежения за стыком труб 12 и датчиком углового положения устройства 13 устанавливают на направляющем поясе, при этом устройство 3 в позицию 12 часов, устройство 4 в позицию 1 час. Сварку начинают движением устройства 3 против часовой стрелки по траектории А и после достижения им позиции 10 часов устройство 4 перемещают на холостом ходу в позицию 11 часов и начинают сварку движением по часовой стрелке по траектории В.Before welding, laser-arc welding devices 3 and 4 with an arc welding torch 8, a laser welding head 9, a pipe joint tracking sensor 12 and a device angular position sensor 13 placed thereon are installed on a guide belt, with device 3 in the 12 o'clock position and device 4 in the 1 o'clock position. Welding is started by moving device 3 counterclockwise along trajectory A and, after it reaches the 10 o'clock position, device 4 is moved in idle mode to the 11 o'clock position and welding is started by moving clockwise along trajectory B.
При достижении устройством 3 позиции 5 часов сварку устройством прекращают и перемещают его с максимально допустимой скоростью в исходное положение - позицию 12 часов. Устройство 4 заканчивает сварку в позиции 6 часов и его перемещают с максимально допустимой скоростью в исходную позицию 1 час. Выполненные устройствами 3 и 4 сварные швы в начале и по окончании цикла сварки перекрывают друг друга в позициях 11-12 часов и 5-6 часов. Устройства 3 и 4 после сварки возвращают в исходное положение с максимально возможной скоростью.When device 3 reaches the 5 o'clock position, welding is stopped and the device is moved at the maximum permissible speed to its starting position, the 12 o'clock position. Device 4 completes welding at the 6 o'clock position and is moved at the maximum permissible speed to its starting position, the 1 o'clock position. The welds produced by devices 3 and 4 overlap each other at the beginning and end of the welding cycle at the 11-12 o'clock and 5-6 o'clock positions. After welding, devices 3 and 4 are returned to their starting position at the maximum possible speed.
Для выполнения следующего цикла сварки устройства для лазерно-дуговой сварки размещают в исходные положения и перемещают соответственно: устройство 3 - в позицию 11 часов и траектория А', устройство 4 - в позицию 12 часов и траектория В'. Сварку начинают устройством 3 по часовой стрелке и после достижения им позиции 9 часов устройство 4 перемещают на холостом ходу в позицию 10 часов и начинают сварку против часовой стрелки. Сварку заканчивают устройством 3 в позиции 4 часа, устройством 4 - в позиции 5 часов. Сварные швы перекрывают друг друга в позициях 10-11 часов и 4-5 часов.To perform the next welding cycle, the laser arc welding devices are placed in their initial positions and moved accordingly: device 3 to the 11 o'clock position and trajectory A', device 4 to the 12 o'clock position and trajectory B'. Welding begins with device 3 rotating clockwise, and after it reaches the 9 o'clock position, device 4 is moved in idle mode to the 10 o'clock position and begins counterclockwise welding. Welding ends with device 3 at the 4 o'clock position and device 4 at the 5 o'clock position. The welds overlap at the 10-11 o'clock and 4-5 o'clock positions.
Смещение исходного и конечного положений устройств для лазерно-дуговой сварки предотвращает образование локальных утолщений шва при последующих циклах.Shifting the initial and final positions of laser arc welding devices prevents the formation of local thickenings of the seam during subsequent cycles.
При сварке выполняют постоянный контроль положения устройств 3 и 4 с помощью датчика углового положения 13, например, инклинометра, для обеспечения согласованного и синхронизированного движения устройств по направляющему поясу 2, не допуская их столкновения, а также осуществляют непрерывное наведение лазерной головки и дуговой горелки на свариваемый стык с помощью датчика 12 слежения за стыком кромок труб с помощью, например, триангуляционного датчика.During welding, the position of devices 3 and 4 is continuously monitored using an angular position sensor 13, for example, an inclinometer, to ensure coordinated and synchronized movement of the devices along the guide belt 2, preventing their collision, and continuous guidance of the laser head and arc torch to the welded joint is also carried out using a sensor 12 for tracking the joint of the pipe edges using, for example, a triangulation sensor.
Во время сварочного процесса на обеих лазерных сварочных головках осуществляются непрерывные колебательные движения фокусирующего элемента оптической системы с частотой колебаний не менее 25 Гц в направлении, перпендикулярном направлению сварки, что вызывает периодические смещения лазерного луча поперек свариваемого стыка. При этом происходит увеличение ширины и объема сварочной ванны, что предотвращает чрезмерную концентрацию энергии в сварочной ванне и уменьшает возможность появления дефектов сварного шва в виде прожогов и пор и непроплавления кромок.During the welding process, both laser welding heads continuously oscillate the focusing element of the optical system at a frequency of at least 25 Hz in a direction perpendicular to the welding direction, causing periodic shifts of the laser beam across the weld joint. This increases the width and volume of the weld pool, preventing excessive energy concentration within the weld pool and reducing the likelihood of weld defects such as burn-through, pores, and edge incompleteness.
Предлагаемый способ орбитальной сварки неповоротных кольцевых стыков труб с использованием лазерно-дугового модуля с устройством для лазерно-дуговой сварки был опробован при сварке труб диаметром 1420 мм с толщиной стенки 15,7 мм.The proposed method of orbital welding of non-rotating circumferential pipe joints using a laser-arc module with a laser-arc welding device was tested by welding pipes with a diameter of 1420 mm and a wall thickness of 15.7 mm.
Перед сваркой задавали следующие параметры - мощность лазерного излучения - 6 кВт, мощность дуги - 4 кВт, скорость сварки - 0,6 м/мин. Сварку проводили в защитном газе (80% - аргон, 20% - углекислый газ). Диаметр сварочной проволоки Св-08Г2С - 1,2 мм. Частота колебания модуля качания составляла 25 Гц, амплитуда колебания - 1,5 мм.Before welding, the following parameters were set: laser power - 6 kW, arc power - 4 kW, welding speed - 0.6 m/min. Welding was performed in a shielding gas (80% argon, 20% carbon dioxide). The diameter of the Sv-08G2S welding wire was 1.2 mm. The oscillation frequency of the oscillation module was 25 Hz, the oscillation amplitude was 1.5 mm.
Перед сваркой на направляющем поясе, установленном на трубе, разместили два устройства для лазерно-дуговой сварки. Перемещение устройств по направляющему поясу осуществляли с помощью установленных на основании каретки системы несущих роликов и зубчатого колеса. На основании каретки были размещены дуговая сварочная горелка, установленная перед (по ходу направления сварки) лазерной сварочной головкой с оптической системой, снабженной фокусирующим элементом, и модулем качания для выполнения колебательных движений в направлении, перпендикулярном направлению сварки, датчик слежения за стыком труб и датчик углового положения устройства на направляющем поясе.Before welding, two laser arc welding devices were placed on a guide rail mounted on the pipe. The devices were moved along the guide rail using a system of supporting rollers and a gear wheel mounted on the carriage base. The arc welding torch, mounted in front of (in the direction of welding) the laser welding head, was mounted on the carriage base. The torch had an optical system equipped with a focusing element and an oscillating module for oscillating movements perpendicular to the welding direction. A pipe joint tracking sensor and an angular position sensor for the device were mounted on the guide rail.
Устройства были установлены соответственно в позицию 12 часов и в позицию 1 час. Сварку начали движением первого устройства в позиции 12 часов против часовой стрелки и после достижения им позиции 10 часов второе устройство переместили на холостом ходу в позицию 11 часов и начали им сварку движением по часовой стрелке. При достижении первым устройством позиции 5 часов сварку прекратили и на холостом ходу переместили его исходное положение - позицию 12 часов со скоростью 4 м/мин, которая для данного диаметра трубы и конструкции каретки была максимально возможной. Сварку вторым устройством закончили в позиции 6 часов и его с той же скоростью его переместили в исходную позицию 1 час. Длина сварочной ванны составила 5 мм, ширина - 3 мм. Выполненные первым и вторым устройствами сварные швы в начале и по окончании цикла сварки перекрывали друг друга соответственно в позициях 11-12 часов и 5-6 часов.The devices were positioned at the 12 o'clock and 1 o'clock positions, respectively. Welding was initiated by moving the first device counterclockwise at the 12 o'clock position. Once it reached the 10 o'clock position, the second device was moved to the 11 o'clock position in an idle mode and began welding clockwise. When the first device reached the 5 o'clock position, welding was stopped and it was moved to its initial position, the 12 o'clock position, in an idle mode at a speed of 4 m/min, which was the maximum possible for the given pipe diameter and carriage design. Welding was completed by the second device at the 6 o'clock position and moved to its initial position, the 1 o'clock position, at the same speed. The weld pool length was 5 mm, and its width was 3 mm. The welds produced by the first and second devices at the beginning and end of the welding cycle overlapped each other at the 11-12 o'clock and 5-6 o'clock positions, respectively.
Положение устройств на направляющем поясе контролировали с помощью датчика углового положения, что обеспечило согласованное и синхронизированное движение устройств по направляющему поясу.The position of the devices on the guide belt was controlled using an angular position sensor, which ensured coordinated and synchronized movement of the devices along the guide belt.
При каждом последующем цикле сварки начальные и конечные положения устройств смещали в одном направлении вдоль сварного шва относительно предыдущего цикла сварки.At each subsequent welding cycle, the initial and final positions of the devices were shifted in one direction along the weld seam relative to the previous welding cycle.
Время сварки одного кольцевого стыка двумя устройствами при восьми сварочных циклах составило 32 мин. При выполнении сварки известными способами, требующими переустановки устройств для сварки, при тех же параметрах процесса время сварки не менее 2,0 часов.The welding time for one circumferential joint using two devices with eight welding cycles was 32 minutes. When welding using conventional methods that require reinstallation of the welding devices, the welding time under the same process parameters is at least 2.0 hours.
Проведенный ультразвуковой контроль сварного шва не выявил в нем дефектов в виде прожогов, пор и непроплавленных кромок.Ultrasonic testing of the welded seam did not reveal any defects in the form of burn-throughs, pores, or unmelted edges.
Таким образом, при осуществлении предлагаемого способа орбитальной сварки неповоротных кольцевых стыков труб, в т.ч. с толщиной стенок более 15 мм, с использованием лазерно-дугового модуля с устройством для лазерно-дуговой сварки, сокращается время сварки более чем в два раза, обеспечивается стабильное и синхронное перемещение устройств по часовой и против часовой стрелки во время сварки за один сварочный цикл, снижается удельная плотность энергии лазерного излучения в зоне сварного шва, увеличивается размер сварочной ванны, уменьшаются дефекты в сварном шве и непроплавление кромок.Thus, when implementing the proposed method of orbital welding of non-rotating circumferential pipe joints, including those with a wall thickness of more than 15 mm, using a laser-arc module with a laser-arc welding device, the welding time is reduced by more than half, stable and synchronous movement of the devices clockwise and counterclockwise during welding in one welding cycle is ensured, the specific energy density of laser radiation in the weld zone is reduced, the size of the weld pool is increased, defects in the weld and lack of edge fusion are reduced.
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2847589C1 true RU2847589C1 (en) | 2025-10-09 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4429211A (en) * | 1982-08-02 | 1984-01-31 | United Technologies Corporation | Laser pipe welding system for nonstationary pipe |
| RU2165344C2 (en) * | 1998-07-06 | 2001-04-20 | Закрытое акционерное общество "ТехноЛазер" | Laser complex for welding pipelines |
| US20010017292A1 (en) * | 1998-12-24 | 2001-08-30 | Antonio Belloni | Method and apparatus for welding pipes together |
| RU2355539C2 (en) * | 2003-12-10 | 2009-05-20 | Фиц Гмбх | Orbital welding device for pipeline construction |
| RU2548842C1 (en) * | 2013-12-05 | 2015-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр лазерных технологий", ООО "ЦЛТ" | Arc-laser module for orbital welding of fixed ring pipe joints |
| RU187914U1 (en) * | 2018-09-13 | 2019-03-22 | Акционерное общество "Центр технологии судостроения и судоремонта" (АО "ЦТСС") | LASER-ARC AUTOMATIC MACHINE FOR WELDING HOUSING STRUCTURES IN VARIOUS SPATIAL PROVISIONS |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4429211A (en) * | 1982-08-02 | 1984-01-31 | United Technologies Corporation | Laser pipe welding system for nonstationary pipe |
| RU2165344C2 (en) * | 1998-07-06 | 2001-04-20 | Закрытое акционерное общество "ТехноЛазер" | Laser complex for welding pipelines |
| US20010017292A1 (en) * | 1998-12-24 | 2001-08-30 | Antonio Belloni | Method and apparatus for welding pipes together |
| RU2355539C2 (en) * | 2003-12-10 | 2009-05-20 | Фиц Гмбх | Orbital welding device for pipeline construction |
| RU2548842C1 (en) * | 2013-12-05 | 2015-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр лазерных технологий", ООО "ЦЛТ" | Arc-laser module for orbital welding of fixed ring pipe joints |
| RU187914U1 (en) * | 2018-09-13 | 2019-03-22 | Акционерное общество "Центр технологии судостроения и судоремонта" (АО "ЦТСС") | LASER-ARC AUTOMATIC MACHINE FOR WELDING HOUSING STRUCTURES IN VARIOUS SPATIAL PROVISIONS |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109202287B (en) | Laser welding method and laser welding device | |
| CA2546586C (en) | Orbital welding device for pipeline construction | |
| CN105149786B (en) | A kind of narrow gap laser photoscanning multilamellar self-melting and welding method based on prefabricated wlding | |
| CN105555465B (en) | Laser welding method | |
| CA2757849C (en) | Method and device for connecting the ends of steel tubes by means of orbital welding using a hybrid technique | |
| EP3397418B1 (en) | Reciprocating wire feed welding systems | |
| JP2019202351A (en) | Method for welding plural work-pieces and use thereof | |
| CN107530831A (en) | Laser welding method, laser welding condition determination method, and laser welding system | |
| JP2019181496A (en) | Welding method | |
| US11801573B2 (en) | Tack welding method and tack welding apparatus | |
| JP5200528B2 (en) | Laser welding method and welded joint | |
| RU2548842C1 (en) | Arc-laser module for orbital welding of fixed ring pipe joints | |
| JP5365729B2 (en) | Laser welding method and welded joint | |
| RU2847589C1 (en) | Laser-arc module for orbital laser-arc welding of non-rotary circular pipe joints, a laser-arc welding device used in the laser-arc module, and a method for orbital laser-arc welding of non-rotary circular pipe joints using same | |
| JPH10272586A (en) | Laser butt welding method and apparatus for metal tube | |
| CN114981031A (en) | Gas-shielded arc welding method and method for manufacturing steel pipe | |
| JP2009195964A (en) | Laser arc composite welding head | |
| JP6211340B2 (en) | Welding apparatus and welding method | |
| WO2014203489A1 (en) | Outer can sealing method and outer can sealing device | |
| RU2653396C1 (en) | Method of manufacturing the t-beam with laser beam | |
| KR20120110513A (en) | Self tracking laser welding apparatus | |
| JPH0952186A (en) | Orbital laser beam welding equipment | |
| JP2008213004A (en) | Laser welding method and laser welding apparatus | |
| JPH06155058A (en) | Laser beam overlapped welding method | |
| CN115781026B (en) | T-joint welding method and welding system |