×
02.05.2019
219.017.48ba

СПОСОБ ЗАЩИТЫ СТЕКЛА ЛАЗЕРНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ГОЛОВКИ ОТ БРЫЗГ В НАЧАЛЕ СВАРКИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к технологии лазерной сварки, в частности к способу защиты оптической лазерной головки в начале сварки. Техническим результатом является защита стекла лазерной оптической головки от брызг в начале лазерной сварки без использования дополнительного оборудования при увеличении производительности процесса сварки из-за уменьшения работ по замене защитного стекла. Воздействие лазером начинают на выводных технологических планках. Мощность лазерного луча увеличивают равномерно в течение 1-2 секунд от 0 кВт до мощности, необходимой для эффективного проплавления металла таким образом, чтобы к моменту выхода лазерного луча с технологических планок на свариваемую поверхность парогазовый канал был стабилен. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 фото.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к технологии лазерной сварки и может быть использовано для защиты оптической головки при сварке с использованием лазера.

В начале сварки, когда лазерное излучение попадает на металлическую поверхность, происходит испарение металла. Остаточное давление от испарений приводит к образованию парогазового канала, который является нестабильным. С началом образования парогазового канала над поверхностью появляется яркий светящийся факел паров металла. Разбрызгивание капель происходит из-за попадания струи испарений в парогазовый канал. Когда парогазовый канал стабилизируется, уровень разбрызгивания металла снижается и происходит стабильное формирование сварного шва. Разбрызгивание происходит при мощности излучения от 15 кВт. Загрязнение оптической системы брызгами показано на фиг. 1, где 1 - лазерная оптическая головка, 2 - брызги расплавленного металла, 3 - факел, 4 - свариваемая деталь.

При гибридной сварке с применением дуговой сварки объем брызг увеличивается ввиду действия сварочной дуги. В момент включения лазера объем брызг, направленных на лазерную головку, максимален (как на фиг. 1). При движении лазерной оптической головки из положения 5 в положение 6 (фиг. 2) брызги летят также перпендикулярно, но ввиду движения лазерной оптической головки в ходе сварки большая часть брызг пролетает мимо, как показано на фиг. 2.

В лазерной оптической головке расположена система линз, фокусирующая лазерное излучение в один пучок. Эту фокусирующую систему ограждает от агрессивной окружающей среды защитное стекло, которое, в свою очередь, постоянно, даже, когда сам лазер не работает, обдувается сжатым очищенным воздухом, а когда лазер работает, поток обдувающего воздуха значительно возрастает. Этот постоянный поток воздуха создает воздушную подушку, не пропускающую частицы пыли, взвеси или брызг расплавленного металла. Попадание брызг и пыли приведет к тому, что защитное стекло будет интенсивно нагреваться, что значительно снизит срок работы защитного стекла.

Известен способ предотвращения попадания брызг металла на защитное стекло лазерной сварочной головки, реализуемый с помощью устройства, изображенного на фото, с предусмотренной системой ввода/отвода (15) дистиллированной воды для оптической системы и системой обдува (16) очищенным сжатым воздухом под высоким давлением, создающим защитную воздушную подушку от брызг металла, а также пыли и взвеси (пример реализации - https://www.wsoptics.de/en/wsweld).

Недостатком является то, что напор сжатого воздуха рассчитан на предотвращение попадания брызг металла при стабильном парогазовом канале, который стабилен на протяжении всего процесса сварки, но не в момент его образования, когда разбрызгивание капель происходит гораздо интенсивнее. Процесс образования и стабилизации канала занимает миллисекунды. Попадание брызг на защитное стекло может привести к его повреждению и выходу из строя, что повлечет за собой экономические затраты ввиду остановки производства из-за ремонтных работ. Кроме того, увеличение подачи сжатого воздуха не приведет к значительному уплотнению воздушной подушки, и брызги все равно будут попадать на оптическую систему.

Известен из патентной заявки CN 106312311 способ, в котором осуществляют контроль мощности лазерной сварки, регулируя и контролируя постепенное увеличение и уменьшение ширины импульса широтно-импульсной модуляцией.

Известен также из патентной заявки CN 106238908 способ сварки, в котором робот, оснащенный лазерной сварочной головкой, выполняет двухступенчатый выход усиления мощности, позволяющий увеличить мощность в ходе работы лазерной головки.

Однако вышеуказанные способы требуют установки дополнительного оборудования.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ из патента JP 3943226, направленный на предотвращение попадания брызг на оптические элементы.

Однако данный способ реализуют посредством специализированной конструкции.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в защите стекла лазерной оптической головки от брызг в начале лазерной сварки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является защита стекла лазерной оптической головки от брызг в начале лазерной сварки без использования дополнительного оборудования при увеличении производительности процесса сварки из-за уменьшения работ по замене защитного стекла.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в способе защиты стекла лазерной оптической головки от брызг в начале сварки воздействие лазером начинают на выводных технологических планках, а мощность лазерного луча увеличивают равномерно в течение 1-2 секунд от 0 кВт до мощности, необходимой для эффективного проплавления металла таким образом, чтобы к моменту выхода лазерного луча с технологических планок на свариваемую поверхность парогазовый канал был стабилен.

Воздействие лазером могут осуществлять в рамках лазерной сварки или гибридной лазерно-дуговой сварки.

Мощность, необходимая для эффективного проплавления, - мощность, при которой процесс сварки стабилен, количество образующихся дефектов минимально и полученные форма и размеры сварного шва соответствуют требованиям. На данный показатель влияет много факторов: химический состав свариваемого материала, толщина, наличие и толщина технологического шва, скорость сварки, угол наклона луча, тип излучения (импульсный или непрерывный), подогрев, защитная среда и др. Если сварку ведут не только лазером, но еще и электрической дугой, то влияют еще: расположение дуги относительно лазера, т.е. при сварке дуга следует за лазером или наоборот, а также сварочный ток, напряжение, расстояние между дугой и лазером, химический состав и диаметр сварочной проволоки и др.

Заявляемый технический результат, заключающийся в предотвращении попадания брызг на оптические элементы лазерной сварочной головки в начале сварки, достигается благодаря тому, что при выполнении сварочных работ с использованием лазера методом лазерной или гибридной сварки мощность лазерного луча увеличивается равномерно до величины, необходимой для эффективного выполнения сварочных работ. Для предотвращения образования такого дефекта как неполное проплавление сварку начинают на выводных технологических планках. В этом случае, из-за меньшей действующей мощности в момент образования парогазового канала снижается скорость испарения металла и уменьшается объем расплавленного металла, который попадает в образующийся парогазовый канал, что в свою очередь, снижает количество брызг.

Отличительной особенностью является то, что мощность луча растет равномерно, а не мгновенно, что и обеспечивает указанный технический результат.

Заявляемый способ поясняется с помощью фиг. 1-6, на которых изображены:

Фиг. 1 - схема загрязнения оптической системы брызгами;

Фиг. 2 - схема движения лазерной головки;

Фиг. 3 - диаграмма изменения мощности лазерной оптической головки в соответствии с заявляемым способом;

Фиг. 4 - изометрический вид на выводные технологические планки;

Фиг. 5 - продольный вид на форму разделки кромок;

Фиг. 6 - поперечный вид на форму разделки кромок.

На фиг. 1-6 позициями 1-14 показаны:

1 - лазерная оптическая головка,

2 - брызги расплавленного металла,

3 - факел,

4 - свариваемая деталь;

5 - первое положение лазерной оптической головки;

6 - второе положение лазерной оптической головки;

7 - выводная технологическая планка;

8 - сварочная горелка,

9 - лазерный луч;

10 - сборочный шов;

11 - угол скоса кромки;

12 - толщина свариваемой детали;

13 - величина притупления;

14 - величина верхнего скоса кромки.

Способ осуществляют следующим образом.

При выполнении сварочных работ методом лазерной или гибридной сварки с применением сварочной горелки 8 и лазерной оптической головки 1 сварку начинают на выводных технологических планках 7, а мощность лазерного луча 9 увеличивают постепенно до величины, необходимой для эффективного выполнения сварочных работ.

Выводные технологические планки 7 соединяют со свариваемой деталью 4 сборочным швом 10.

Толщина и марка стали, из которых изготавливают технологические выводные планки 7, соответствуют толщине и марке стали свариваемой детали 4. Технологические выводные планки 7 должны быть приварены к свариваемой детали 4 без смещения кромок.

В момент начала движения свариваемой детали 4 или лазерной оптической головки 1 мощность лазерного луча 9 увеличивают равномерно от 0 кВт до мощности, необходимой для эффективного проплавления металла в течение 1-2 секунд таким образом, чтобы к моменту выхода лазерного луча 9 с выводных технологических планок 7 (пластин) на свариваемую поверхность парогазовый канал был стабилен.

Парогазовый канал считается стабильным, когда обеспечивается проникновение лазерного луча 9 вглубь свариваемого материала, а перенос расплавленного металла из парогазового канала в хвостовую часть сварочной ванны осуществляется без прямого взаимодействия с лазерным лучом 9.

Выбор движения свариваемой детали 4 или лазерной оптической головки 1 зависит от особенностей установки оборудования в цехе. Если свариваемая конструкция сложна в транспортировке и является крупногабаритной, например, как в судостроении, то проще оставить заготовку неподвижной и перемещать сварочную оптической головку 1. В противном случае рациональнее и эффективнее перемещать свариваемую деталь 4.

Выбор нижнего предела времени, равного одной секунде, обусловлен тем, что, если выбрать время менее одной секунды, то исчезнет эффект от равномерного увеличения мощности - увеличение мощности станет практически мгновенным. Использовать верхнюю границу диапазон более двух секунд нерационально, так как длина выводных технологических планок 7 может быть ограничена, при этом 1-2 секунд достаточно для осуществления защиты и стабилизации процесса сварки.

Регулировка и постепенное увеличения мощности осуществляют программно устройством управления лазерной оптической головки 1.

Ниже показан пример частного случая реализации заявляемого способа.

Для проведения гибридной лазерно-дуговой сварки были использованы образцы из стали класса прочности К60, при этом высота технологических пластин и форма разделки кромок соответствует высоте и форме разделки кромок свариваемых образцов (фиг. 4). Были использованы следующие параметры разделки: Х-образная несимметричная разделка с углом 11 скоса кромки 30° для толщины 12 свариваемой детали 21,7 мм, с величиной 13 притупления 16 мм и величиной 14 верхнего скоса кромки 4,7 мм. Сварное соединение было получено методом лазерно-дуговой сварки в среде защитных газов (Ar и CO2). Процесс сварки начался на технологических пластинах при следующий параметрах: сварочный ток 370-470 А, напряжение 21-29 В, диаметр сварочной проволоки 1,6 мм. Мощность лазерного излучения увеличивали в течения двух секунд от 0 до 21 кВт.

Проводились также эксперименты без плавного увеличения мощности, которые показали, что одного защитного оптического стекла хватает на 2-4 цикла сварки. При плавном увеличении мощности в соответствии с заявляемым способом проблема выхода из строя защитного стекла становится неактуальной.


СПОСОБ ЗАЩИТЫ СТЕКЛА ЛАЗЕРНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ГОЛОВКИ ОТ БРЫЗГ В НАЧАЛЕ СВАРКИ
СПОСОБ ЗАЩИТЫ СТЕКЛА ЛАЗЕРНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ГОЛОВКИ ОТ БРЫЗГ В НАЧАЛЕ СВАРКИ
СПОСОБ ЗАЩИТЫ СТЕКЛА ЛАЗЕРНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ГОЛОВКИ ОТ БРЫЗГ В НАЧАЛЕ СВАРКИ
СПОСОБ ЗАЩИТЫ СТЕКЛА ЛАЗЕРНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ГОЛОВКИ ОТ БРЫЗГ В НАЧАЛЕ СВАРКИ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 45.
29.12.2017
№217.015.f43a

Способ лазерной сварки труб

Изобретение относится к способу лазерной сварки труб большого диаметра, в частности к сварке продольных швов цилиндрической трубной заготовки. Осуществляют наложение технологического шва с наружной стороны трубы и последующее наложение рабочего шва посредством лазерной сварки. Предварительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637034
Дата охранного документа: 29.11.2017
29.12.2017
№217.015.f4c1

Способ изготовления труб сваркой

Изобретение может быть использовано для сварки толстостенных металлоконструкций, собранных между собой встык, в частности, при изготовлении стальных прямошовных труб для магистральных газо- и нефтепроводов с использованием лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки. Кромки трубной заготовки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637039
Дата охранного документа: 29.11.2017
29.12.2017
№217.015.f537

Способ сварки труб методом лазерной сварки

Изобретение относится к способу сварки труб методом лазерной сварки. Осуществляют наложение технологического шва и лазерную сварку стыка кромок, при этом при наложении технологического шва виртуально задают три точки, соответствующие точкам на кромках трубной заготовки и включающие точку на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637038
Дата охранного документа: 29.11.2017
29.12.2017
№217.015.f5f7

Способ гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва трубы

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки продольного шва толстостенных трубных заготовок. Технический результат: повышение качества сварного шва при сварке заготовки стыка кромок как с максимально допустимым зазором, так и излишним зазором. Для сварки используют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637035
Дата охранного документа: 29.11.2017
29.12.2017
№217.015.f6bb

Способ ремонта продольного шва трубы, нанесенного методом лазерной сварки

Изобретение относится способу ремонта трубы с продольном швом. Ремонт включает обнаружение дефекта, выборку дефекта и заплавление выборки. Оборудование для обнаружения, выборки дефекта и заплавления выборки устанавливают с возможностью работы через блок управления в единой системе координат....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639182
Дата охранного документа: 20.12.2017
29.12.2017
№217.015.fa9d

Способ подготовки стыка кромок трубной заготовки под лазерную сварку

Изобретение относится к сварочному производству и может быть применимо для производства труб с использованием технологии лазерной сварки. Способ подготовки стыка кромок трубной заготовки под лазерную сварку включает подготовку разделки кромок листа, сборку трубной заготовки, размещение между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640119
Дата охранного документа: 26.12.2017
29.12.2017
№217.015.fb40

Способ сварки продольных швов труб

Изобретение относится к способам сварки продольных швов труб большого диаметра, применяемых преимущественно для строительства магистральных нефтепроводов и газопроводов, а также водоканалов и тепловых сетей. После стыковки кромок трубной заготовки выполняют прихваточный шов дуговой сваркой....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640106
Дата охранного документа: 26.12.2017
29.12.2017
№217.015.fb42

Способ гибридной лазерно-дуговой сварки

Изобретение относится к способу гибридной лазерно-дуговой сварки. Формируют сварочную ванну одновременно электрической дугой и лазерным лучом путем расплавления металла присадочного материала в защитной среде, состоящей из инертного и активного компонентов. В качестве инертного компонента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640105
Дата охранного документа: 26.12.2017
20.01.2018
№218.016.16fa

Способ сварки стыковых соединений

Изобретение относится к способу лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки стыковых соединений толстостенных металлоконструкций, в частности к сварке продольных швов труб большого диаметра, кольцевых швов трубопроводов и трубопроводных изделий. Cварку стыковых соединений осуществляют с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635680
Дата охранного документа: 15.11.2017
20.01.2018
№218.016.1764

Стан для сборки и сварки прямошовных труб

Изобретение относится к трубосварочному производству. Стан содержит эстакаду с направляющими, на которых установлен с возможностью перемещения сварочный мост, несущий сварочное оборудование с первой сварочной головкой, предназначенной для нанесения сварного шва с наружной стороны трубной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635649
Дата охранного документа: 14.11.2017
Показаны записи 1-10 из 52.
10.07.2013
№216.012.5382

Способ изготовления сварных труб большого диаметра

Изобретение относится к производству сварных труб большого диаметра. Осуществляют пошаговую подгибку продольных кромок заготовки одновременно с двух сторон, формовку основной части профиля на прессе шаговой формовки, сборку заготовки и сварку ее кромок технологическим швом на сборочно-сварочном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486981
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.04.2014
№216.012.b1a4

Способ многослойной сварки труб

Изобретение относится к способу сварки труб большого диаметра, в частности к сварке сформованных цилиндрических заготовок для улучшения эксплуатационных характеристик труб и повышения производительности сварки. Техническим результатом изобретения является повышение процесса изготовления труб,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511191
Дата охранного документа: 10.04.2014
20.07.2014
№216.012.e114

Способ сварки труб большого диаметра лазерной сваркой

Изобретение относится к области производства труб большого диаметра, в частности, к лазерной или лазерно-дуговой сварке сформованной цилиндрической заготовки. Цель изобретения - повышение качества сварки за счет одинакового распределения мощности лазерного луча на обоих свариваемых кромках...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523406
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.11.2014
№216.013.07d2

Способ электрофизической обработки сварных соединений металлических конструкций

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в различных отраслях промышленности для повышения надежности сварных соединений стальных конструкций и увеличения срока их службы. Способ включает пропускание знакопеременных импульсов электрического тока через шов и зону...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533403
Дата охранного документа: 20.11.2014
10.12.2014
№216.013.0ea3

Способ изготовления прямошовных труб большого диаметра

Изобретение относится к трубному производству, в частности к способу производства прямошовных, электросварных труб большого диаметра. Способ включает подгибку кромок листа, формовку, сварку, экспандирование. Повышение эффективности операции экспандирования путем создания условий, при которых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535164
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.10.2015
№216.013.808b

Способ лазерной сварки труб большого диаметра

Изобретение относится к способу лазерной сварки труб большого диаметра. Перед сваркой продольного шва выполняют прихваточный шов, во время сварки которого с наружной стороны трубы, непосредственно перед зоной сварки упомянутым лазерным датчиком фиксируют через определенное расстояние по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564504
Дата охранного документа: 10.10.2015
25.08.2017
№217.015.996a

Способ сварки труб большого диаметра лазерной и гибридной лазерно-дуговой сваркой

Изобретение относится к способу сварки труб большого диаметра. Выполняют прихваточный шов сварочной горелкой с одновременным слежением за стыком кромок с помощью сканирующего датчика, расположенного перед сварочной горелкой. Непосредственно после сварки прихваточного шва осуществляют нанесение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002609609
Дата охранного документа: 02.02.2017
25.08.2017
№217.015.a27f

Способ сварки металлических изделий

Изобретение относится к способу сварки металлических изделий. Сварку осуществляют по меньшей мере двумя электродами с подачей импульсов тока ультразвуковой частоты. Импульсы тока от источников, питающих электроды, подают на разные электроды с разной полярностью и с одинаковой частотой и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002607296
Дата охранного документа: 10.01.2017
29.12.2017
№217.015.f43a

Способ лазерной сварки труб

Изобретение относится к способу лазерной сварки труб большого диаметра, в частности к сварке продольных швов цилиндрической трубной заготовки. Осуществляют наложение технологического шва с наружной стороны трубы и последующее наложение рабочего шва посредством лазерной сварки. Предварительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637034
Дата охранного документа: 29.11.2017
29.12.2017
№217.015.f4c1

Способ изготовления труб сваркой

Изобретение может быть использовано для сварки толстостенных металлоконструкций, собранных между собой встык, в частности, при изготовлении стальных прямошовных труб для магистральных газо- и нефтепроводов с использованием лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки. Кромки трубной заготовки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637039
Дата охранного документа: 29.11.2017
+ добавить свой РИД