Особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа

При использовании гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа особое значение приобретает понимание особенностей взаимодействия двух процессов — лазерной и дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа, которые существенно влияют на процесс гибридной...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2006
Hauptverfasser:	Томи, С., Зефельд, Т.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2006
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Производственный раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102659
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа / С. Томи, Т. Зефельд // Автоматическая сварка. — 2006. — № 6 (638). — С. 36-39. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-102659
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1026592016-06-13T03:04:08Z Особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа Томи, С. Зефельд, Т. Производственный раздел При использовании гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа особое значение приобретает понимание особенностей взаимодействия двух процессов — лазерной и дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа, которые существенно влияют на процесс гибридной сварки. Необходимым условием для эффективного и рационального применения в промышленности этого способа сварки является тщательный учет требований к изготовляемым изделиям в конкретных областях применения и промышленной среде. Рассмотрено использование гибридной сварки при изготовлении труб и алюминиевых прессованных профилей. When the hybrid laser-arc gas-shielded consumable-electrode welding is used, it becomes particularly important to understand the features of interaction of the two processes of laser welding and gas-shielded consumable-electrode arc welding, which essentially affect the hybrid welding process. A thorough analysis of the requirements to specific applications and industrial environment is a mandatory condition for an efficient and rational application of this welding process in industry. Application of hybrid welding in manufacture of pipes and extruded aluminium profiles is considered. 2006 Article Особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа / С. Томи, Т. Зефельд // Автоматическая сварка. — 2006. — № 6 (638). — С. 36-39. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102659 621.791.72 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Производственный раздел Производственный раздел
spellingShingle	Производственный раздел Производственный раздел Томи, С. Зефельд, Т. Особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа Автоматическая сварка
description	При использовании гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа особое значение приобретает понимание особенностей взаимодействия двух процессов — лазерной и дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа, которые существенно влияют на процесс гибридной сварки. Необходимым условием для эффективного и рационального применения в промышленности этого способа сварки является тщательный учет требований к изготовляемым изделиям в конкретных областях применения и промышленной среде. Рассмотрено использование гибридной сварки при изготовлении труб и алюминиевых прессованных профилей.
format	Article
author	Томи, С. Зефельд, Т.
author_facet	Томи, С. Зефельд, Т.
author_sort	Томи, С.
title	Особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа
title_short	Особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа
title_full	Особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа
title_fullStr	Особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа
title_full_unstemmed	Особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа
title_sort	особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2006
topic_facet	Производственный раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102659
citation_txt	Особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа / С. Томи, Т. Зефельд // Автоматическая сварка. — 2006. — № 6 (638). — С. 36-39. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT tomis osobennostiprimeneniâgibridnojlazernodugovojsvarkiplavâŝimsâélektrodomvsredezaŝitnogogaza AT zefelʹdt osobennostiprimeneniâgibridnojlazernodugovojsvarkiplavâŝimsâélektrodomvsredezaŝitnogogaza
first_indexed	2025-07-07T12:39:40Z
last_indexed	2025-07-07T12:39:40Z
_version_	1836991886242349056
fulltext	УДК 621.791.72 ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГИБРИДНОЙ ЛАЗЕРНО-ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ В СРЕДЕ ЗАЩИТНОГО ГАЗА* С. ТОМИ, Т. ЗЕФЕЛД (Бремен. ин-т прикладной лучевой технологии, Германия) При использовании гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа особое зна- чение приобретает понимание особенностей взаимодействия двух процессов — лазерной и дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа, которые существенно влияют на процесс гибридной сварки. Необходимым условием для эффективного и рационального применения в промышленности этого способа сварки является тща- тельный учет требований к изготовляемым изделиям в конкретных областях применения и промышленной среде. Рассмотрено использование гибридной сварки при изготовлении труб и алюминиевых прессованных профилей. К л ю ч е в ы е с л о в а : гибридная лазерно-дуговая сварка, плавящийся электрод, защитный газ, трубы из нержавею- щей стали, железнодорожные конструкции из алюминия, волоконный лазер Разработка и применение новейших способов сварки таких, как гибридный процесс (далее гиб- ридная сварка) вызваны необходимостью умень- шения капиталовложений и текущих расходов, сокращения продолжительности цикла сварки и повышения качества продукции. Указанный спо- соб сварки впервые был исследован в 1970-х го- дах. Он характеризируется сочетанием лазерной и дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа в одной общей рабочей зоне [1]. К преимуществам гибридной сварки можно от- нести существенную стабилизацию процесса свар- ки, обеспечение более высокой по сравнению с ду- говой сваркой скорости сварки и улучшение в некоторых случаях качества швов. Благодаря отме- ченному расширяются области применения этого способа сварки, в частности, при сварке материалов большой толщины [2–5]. До недавнего времени для выполнения таких задач в основном использовали CO2-лазеры мощностью свыше 8 кВт. Для сравнения, при сварке алюминиевых спла- вов с толщиной листа, приемлемой для автомо- бильной промышленности, достаточно мощности, которую обеспечивают современные Nd:YAG-ла- зеры (с учетом некоторых ограничений, касаю- щихся скорости сварки). Следовательно, благода- ря простоте подведения луча (оптическое волокно вместо систем зеркал, как в случае CO2-лазеров) и некоторой специфике производства в этой области промышленности чаще всего используют гибридную сварку с Nd:YAG-лазером [6]. Более того, при разработке серийных установок в нас- тоящее время ориентируются на применении гиб- ридной сварки c Nd:YAG-лазером. Однако ис- пользование такого процесса со сравнительно низ- кой мощностью лазера, как правило, имеет огра- ничения, связанные с толщиной свариваемого ма- териала. Поэтому этот способ сварки не рекомен- дуется при изготовлении алюминиевых прессо- ванных профилей для железнодорожных конс- трукций различной толщины. Возникает необхо- димость в использовании излучения большей мощности и с более простым подводом луча, что возможно в случае применения высокомощных волоконных лазеров. Взаимодействия между дугой и лазерным из- лучением при гибридной сварке. Для того чтобы использовать все преимущества, получаемые при комбинации процессов дуговой сварки плавящим- ся электродом в среде защитного газа и лазерной сварки, следует оптимизировать различные пара- метры сварочного процесса. Поскольку такие па- раметры, как мощность лазера и сварочное нап- ряжение, часто имеют значительное взаимное вли- яние, необходимо детально изучить механизм их взаимодействия. Наличие взаимодействия между лазерным и дуговым способами сварки плавящим- ся электродом в среде защитного газа становится очевидным благодаря скоростной видеосъемке. Зафиксировано, что при расположении оси дуги от лазера на расстоянии 9 мм никаких отклонений не происходило (рис. 1). На первый взгляд, кажется неоправданным ис- пользование гибридной сварки при указанных условиях. С одной стороны, предполагается, что для данного пространственного положения дуги преимущества процесса сводятся к влиянию тем- пературного поля, с другой — при расстоянии между дугой и лазером 3 мм, т. е. в условиях реального процесса гибридной сварки, ось дуги© С. Томи, Т. Зефелд, 2006 * По материалам Второй международной конференции «Laser Technologies in Welding and Materials Processing», 23– 27 мая 2005 г., пос. Кацивели, Крым, Украина. 36 6/2006 будет существенно отклоняться в сторону паро- газового канала, при этом образуется общая ра- бочая плазма. Таким же образом можно просле- дить зависимость между мощностью лазера и ду- ги. В качестве примера рассмотрим процесс гиб- ридной сварки CO2-лазером стали, демонстри- рующий взаимодействие между лазером и дуговой сваркой плавящимся электродом в среде защит- ного газа. В ходе экспериментов (мощность лазера Pл = 4…9 кВт, скорость сварки vсв = 1,8 м/мин, напряжение на дуге Uд = 19…30 В, скорость по- дачи проволоки vпр = 9 м/мин, защитный газ ар- гон или гелий) установлено, что увеличение мощ- ности дуги Pд так же, как и мощности лазера Pл, способствует снижению частоты короткого за- мыкания fк.з и значительно влияет на процесс пе- реноса металла (рис. 2). Применение гибридной сварки МИГ с CO2- лазером при производстве труб. В современной производственной установке для продольной неп- рерывной сварки труб трубопроводов из нержа- веющей стали используют CO2-лазер мощностью 8 кВт. В Бременском институте прикладной лу- чевой технологии разработали, сконструировали и протестировали сварочную головку (рис. 3), ко- торая может использоваться в обоих процессах сварки. При этом большое внимание уделено теп- ловым нагрузкам, возникающим под воздействи- ем непрерывных сварочных циклов продолжи- тельностью несколько часов. Эти нагрузки выз- ваны не только дугой, но и лазерной плазмой, а также обратным отражением лазерного луча от сварочной ванны. Рис. 1. Влияние лазерного луча на дугу при расстоянии между ними 5 (а) и 9 мм (б): 1 — присадочная проволока; 2 — лазерный луч; 3 — ось дуги; 4 — парогазовый канал Рис. 2. Влияние мощности лазера Pл и мощности дуги Pд на частоту короткого замыкания fк.з Рис. 3. Сварочная головка, используемая при гибридном процессе сварки CO2-лазером, в проектном (а) и промышленном (б) испол- нении: 1 — блок регулировки; 2 — противоударная система; 3 — пе- ресекающаяся струя; 4 — газовая горелка для дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа; 5 — фокусирующее зеркало 6/2006 37 В ходе производственных испытаний процесса изготовления трубопроводов (Ду 273 8 мм) из стали 12 % Cr–4,5 % Ni–1,5 % Mo сварку выпол- няли со скоростью 1,2 м/мин, мощность лазера составляла до 7 кВт, а мощность дуги — до 8 кВт. Такая скорость сварки по сравнению с обыч- ной электродуговой сваркой может увеличить общую производительность процесса производст- ва труб более чем на 300 %. Она обеспечивается не столько непосредственно сварочным процес- сом, сколько качеством формирования металла шва. Рентгеновская дефектоскопия показала 100%-е отсутствие в нем дефектов (трещин, пор и пр.). На рис. 4 представлено поперечное сечение сварного шва, выполненного гибридной сваркой в стенке трубы Ду 273 5 мм. На основе изложенного выше становится оче- видным, что, если процесс гибридной сварки осу- ществлять в производственных условиях с по- мощью оборудования, спроектированного для ду- говой сварки, то скорость сварки не будет реша- ющим фактором для уменьшения продолжитель- ности сварочного цикла. Возможно, появятся другие критические параметры технологических операций, осуществляемых до и после сварки. Для этого пот- ребуются дополнительные исследования. Применение гибридной сварки с использо- ванием твердотельного лазера для изготовле- ния железнодорожных конструкций. Гибридная сварка Nd:YAG-лезером широко используется для изготовления алюминиевых прессованных про- филей опытных панелей. Сегмент крыши поез- да-экспресса (рис. 5) изготавливают из шести алю- миниевых прессованных профилей длиной 2 м из сплава Al–Mg–0,7 % Si толщиной 3 мм с исполь- зованием присадочной проволоки Al–12 % Si. При этом специальные зажимные механизмы не при- меняются. При мощности лазера 4 кВт и мощ- ности дуги импульсно-дуговой сварки 3,65 кВт скорость сварки составляла 4 м/мин. Проведенные эксперименты показали целесо- образность использования гибридной сварки Nd:YAG-лазером, особенно при заполнении зазо- ра. В этом случае нет необходимости в специ- альной подготовке шва, использовании зажимных приспособлений или повышенной точности пере- мещения сварочной головки. Более того, по срав- нению с обычной дуговой сваркой плавящимся электродом в среде защитного газа гибридная сварка Nd:YAG-лазером позволяет увеличить ско- Рис. 4. Поперечное сечения сварного шва в стенке трубы (Ду 273 5 мм), полученного гибридной сваркой Рис. 5. Сегмент крыши поезда-экспресса (а) и поперечный разрез шва (б) Рис. 6. Макрошлифы ( 4) соединений сплава EN-AW 6008 толщиной 4 (а) и 8 мм (б), выполненных гибридной лазерно-дуговой сваркой плавящимся электродом в среде защитного газа с применением воло- конного лазера 38 6/2006 рость сварки, что в свою очередь способствует уменьшению объема металла шва и общей по- гонной энергии до 85 %, а значит, предотвращает деформацию [7]. Чтобы преодолеть ограничения по мощности лазера (не более 4 кВт), для гибридной сварки ис- пользовали волоконный лазер типа IPG мощ- ностью 10 кВт. На рис. 6 представлены образцы из сплава EN-AW 6008 с толщиной стенки 4 и 8 мм, полученные с использованием присадочной проволоки Al–5 % Si. Скорость сварки во всех случаях составляла 6 м/мин, мощность лазера — до 10,5 кВт. Процесс сварки характеризовался стабиль- ностью, качество полученных швов было прием- лемым. Дальнейшая оптимизация процесса гибрид- ной сварки может привести к увеличению скорости сварки, особенно при толщине стенки около 4 мм. В заключение следует отметить, что гибридная лазерно-дуговая сварка плавящимся электродом в среде защитного газа в разных вариантах (с уче- том типа лазера) применима в различных про- мышленных сферах. Однако для успешного использования этого способа сварки необходимо осуществить детальный анализ как процесса свар- ки, так и конструкций промышленного оборудо- вания. Особенно следует обратить внимание на имеющее место значительное повышение скорос- ти сварки. В последнее время области применения гиб- ридной сварки расширились благодаря использо- ванию волоконного лазера большой мощности. Он сочетает в себе простоту перемещения луча Nd:YAG-лазера и мощность CO2-лазера, а также имеет высокий КПД и малое пятно фокусировки излучения. Лазер такого типа можно использовать при выполнении таких задач, для решения кото- рых лазеры раньше не применяли. 1. Steen W. M., Eboo M. Arc augmented laser welding // Met. Constr. — 1979. — 7, № 11. — P. 332–333, 335. 2. Wieschеmann A. Entwicklung des Hybrid-und Hydraschwe- iβverfahrens am Beispiel des Schiffbaus. — Aachen: Shaker, 2001. 3. Industrial implementation of laser / C. Thomy, G. Sepold, T. Seefeld et al. // GMA welding and mechanical properties оf the welds: Supermartensitic stainless steels conf., Brussels, 2002. — P. 147–155. 4. Hybridschweiβen von Oeltanks — Ein innovativer Fuegep- rozeβ / S. Kaierle, M. Dahmen, K. Bongard et al. // Grobe Schweiβtechnische Tagung 2002, Nurnberg, 2002. — S. 207–209. 5. Miebach R., Lembeck H. Die neue Fertigung der Meyer. — Werft-Laserhybridschweiβen als Kerntechnologite // Grobe Schweiβtechnische Tagung. — 2003, Berlin, 2003. — S. 187–192. 6. Staufer H., Helten S. Laser-Hybridschweiβen fur neuartige Leichtbaukonzepte im Automobilbau // Ibid. — S. 175–180. 7. Harlfinger N. Laserstrahlgeschweiβte Leichtbaustrukturen im Schienenfahrzeugbau Verbundprojekt Innovativer Leicht- bau durch energiereduziertes Fuegen mit Lasersystemen neu- ester Generation (Leichter) // VDI-Technologiezentrum, 2003. — S. 61–68. When the hybrid laser-arc gas-shielded consumable-electrode welding is used, it becomes particularly important to understand the features of interaction of the two processes of laser welding and gas-shielded consumable-electrode arc welding, which essentially affect the hybrid welding process. A thorough analysis of the requirements to specific applications and industrial environment is a mandatory condition for an efficient and rational application of this welding process in industry. Application of hybrid welding in manufacture of pipes and extruded aluminium profiles is considered. Поступила в редакцию 26.06.2006 6/2006 39

Особенности применения гибридной лазерно-дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа

Institution

Ähnliche Einträge