RU2609609C2

RU2609609C2 - Method of large-diameter pipes welding by laser and hybrid laser-arc welding

Info

Publication number: RU2609609C2
Application number: RU2015126174A
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Романцов; Михаил Александрович Федоров; Александр Олегович Котлов; Антон Александрович Черняев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ОАО "ЧТПЗ")
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-02-02
Also published as: RU2015126174A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to large-diameter pipes welding method. Performing tack weld with welding torch with simultaneous monitoring over edges joint using scanning sensor located before welding torch. Immediately after tack weld welding performing application of notch onto it by laser beam or mechanical tool, which position is adjusted by means of said sensor. Performing root weld hybrid laser-arc welding by welding head, which position is adjusted relative to joint by said sensor guidance onto produced notch.

EFFECT: invention enables to avoid occurrence of inadmissible defects in form of penetrations and edges incomplete fusion in hybrid laser-arc welding welds, which can occur at laser beam deviation from welded joint.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к производству труб большого диаметра, в частности к сварке сформованной цилиндрической заготовки.The invention relates to the production of large diameter pipes, in particular to welding a molded cylindrical billet.

Наведение лазерного луча на стык кромок при сварке сформованной трубной заготовки должно производиться с очень высокой точностью. Причиной этому является малый диаметр луча. При диаметре луча в зоне фокуса 0,4 мм погрешность наведения не должна превышать 0,1 мм. Сварку труб большого диаметра (от диаметра 503 мм) с толщиной стенки от 15 мм способны производить гибридные сварочные комплексы с лазерами мощностью более 15 кВт. Для обеспечения максимальной защиты оптических элементов сварочной головки к применению рекомендуются длиннофокусные системы зеркал (линз). Особенностью производства труб большого диаметра является сборка сформованной трубной заготовки технологическим (прихваточным) швом, скрывающим стык кромок снаружи заготовки. По этой причине наведение сварочной головки снаружи с заданной точностью является весьма затруднительным. Сварка кромок и наведение на их стык изнутри, где он не скрыт, накладывает ограничение на диаметр труб из за значительных габаритов головки.The aiming of the laser beam at the joint of the edges when welding the molded tube billet should be done with very high accuracy. The reason for this is the small diameter of the beam. With a beam diameter in the focus area of 0.4 mm, the pointing error should not exceed 0.1 mm. Hybrid welding complexes with lasers with a power of more than 15 kW are capable of welding large diameter pipes (from a diameter of 503 mm) with a wall thickness of 15 mm or more. To ensure maximum protection of the optical elements of the welding head, telephoto systems of mirrors (lenses) are recommended for use. A feature of the production of large diameter pipes is the assembly of the molded pipe billet with a technological (tack) seam that hides the joint of the edges outside the billet. For this reason, pointing the welding head from the outside with a given accuracy is very difficult. Welding the edges and pointing to their joint from the inside, where it is not hidden, imposes a restriction on the diameter of the pipes due to the significant dimensions of the head.

Известен способ оценки состояния лазерной сварки (Патент JP Н10 - 76383), в котором лазерный луч воздействует на одну сторону стальной полосы, и при этом отслеживают излучение плазмы на другой стороне. Но это излучение рассеивается по широкой области и с помощью этого способа трудно точно обнаружить любые сдвиги позиции лазерного луча относительно продольных кромок.A known method for assessing the state of laser welding (JP Patent H10 - 76383), in which a laser beam acts on one side of a steel strip, and the plasma radiation on the other side is monitored. But this radiation is scattered over a wide area and using this method it is difficult to accurately detect any shifts in the position of the laser beam relative to the longitudinal edges.

Развитием упомянутого способа является способ изготовления стальной трубы лазерной сваркой (Патент RU №2456107 С1, кл. В21С 37/08, В21С 37/30, В23К 26/20, В23К 26/42, В23К 101/06), по которому шов варят путем воздействия на внешнюю поверхность лазерным лучом и отслеживают со стороны внутренней поверхности открытой трубы точку воздействия лазерного луча, которым облучают продольные края и при обнаружении сквозного проплавления снаружи до внутренней поверхности условия сварки не изменяют, а если не обнаруживают сквозного проплавления, условия сварки лазерным лучом изменяют, обеспечивая сварку со сквозным проплавлением. Однако по этому способу при уходе луча в сторону от стыка сквозное проплавление может прекратиться, а при изменении условий сварки - мощности лазерного луча и возобновлении проплавления положение дел не изменится - стык по прежнему останется в стороне от центра луча.The development of the mentioned method is a method of manufacturing a steel pipe by laser welding (RU Patent No. 2456107 C1, class B21C 37/08, B21C 37/30, V23K 26/20, V23K 26/42, V23K 101/06), in which the seam is welded by exposure to the outer surface with a laser beam and track the point of exposure of the laser beam from the side of the inner surface of the open pipe, which irradiates the longitudinal edges and, when through penetration is detected from the outside to the inner surface, the welding conditions do not change, and if through penetration is not detected, the conditions for laser beam welding th change, allowing welding with keyhole. However, in this method, when the beam moves away from the junction, through penetration may cease, and when the welding conditions change - the laser beam power and the penetration resumes, the situation will not change - the joint will remain aside from the center of the beam.

Известен способ сварки труб большого диаметра лазерной сваркой (Патент RU №2523406), в котором наведение сварочной головки производится снаружи, а слежение за стыком изнутри. Недостатком этого способа является организация сложной системы датчиков, суммарная погрешность которой в условиях реального производства не обеспечит требуемой точности.A known method of welding large diameter pipes by laser welding (Patent RU No. 2523406), in which the welding head is guided from the outside, and the joint is monitored from the inside. The disadvantage of this method is the organization of a complex sensor system, the total error of which in real production will not provide the required accuracy.

Предлагаемый способ сварки труб большого диаметра гибридной лазерно-дуговой сваркой предполагает производство сварки снаружи по предварительно наложенному прихваточному шву. Трубную заготовку (фиг.1) собирают в клети сборочно-сварочного стана, в которой стык кромок 1 контролируют сканирующим датчиком 2. С помощью этого датчика корректируют положение сварочной горелки 3, накладывающей прихваточный шов 4, и лазерной головки или механического инструмента 5, которыми наносят риску на прихваточном шве точно над стыком кромок непосредственно после наложения этого шва.The proposed method for welding large-diameter pipes by hybrid laser-arc welding involves the production of welding from the outside along a previously applied tack weld. The tube stock (Fig. 1) is assembled in a stand of the assembly-welding mill, in which the joint of the edges 1 is controlled by a scanning sensor 2. Using this sensor, the position of the welding torch 3, which imposes the tack weld 4, and the laser head or machine tool 5 are applied risk on the tack seam exactly above the joint of the edges immediately after applying this seam.

После нанесения риски производят гибридную лазерно-дуговую сварку корневого шва сварочной головкой, положение которой корректируют относительно стыка путем наведения сканирующего датчика на полученную риску.After application of the risks, a hybrid laser-arc welding of the root seam is carried out with a welding head, the position of which is adjusted relative to the joint by pointing the scanning sensor at the resulting risk.

Техническим результатом предлагаемого способа является реализация возможности наведения оптической сварочной головки на стык, скрытый технологическим швом, с заданной точностью.The technical result of the proposed method is the implementation of the possibility of pointing the optical welding head to the joint, hidden by a technological seam, with a given accuracy.

Технический результат достигается тем, что наносимая риска расположена точно над стыком кромок, имеет глубину, не приводящую к разрушению технологического шва и раскрытию заготовки, а кромки риски обеспечивают ее распознавание триангуляционным датчиком, который обеспечивает наведение сварочной головки при наложении шва с наружной стороны гибридной лазерно-дуговой сваркой.The technical result is achieved by the fact that the applied risk is located exactly above the junction of the edges, has a depth that does not lead to the destruction of the technological seam and the opening of the workpiece, and the edges of the risks ensure its recognition by a triangulation sensor, which ensures that the welding head is guided when the seam is applied from the outside of the hybrid laser by arc welding.

Предлагаемый способ позволит избежать появления недопустимых дефектов в виде непроваров и несплавлений кромок в сварных швах при гибридной лазерно-дуговой сварке, которые могут возникать при отклонении лазерного луча от стыка кромок.The proposed method will avoid the occurrence of unacceptable defects in the form of lack of fusion and non-fusion of the edges in the welds in hybrid laser-arc welding, which can occur when the laser beam deviates from the edge joint.

Claims

A method of welding large-diameter pipes, including the tack weld and hybrid laser-arc welding of the joint, during which the joint is monitored, characterized in that the tack weld is performed with a welding torch while simultaneously monitoring the joint of the edges using a scanning sensor located in front of the welding torch, immediately after welding the tack weld, risks are applied to it by means of a laser beam or a mechanical tool, the position of which is adjusted by means of the aforementioned sensor, and after applying the risks, hybrid laser-arc welding of the root seam is carried out by a welding head, the position of which is adjusted relative to the joint by pointing the said sensor at the resulting risk.