Тридцать лет по пути лазерных термических технологий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тридцать лет по пути лазерных термических технологий

Грезев А.Н.

Введение

С первых дней появления лазерного излучения среди ученых в СССР и в ведущих западных странах появились утверждения, что при помощи лазеров возможно выполнять процессы сварки, резки, наплавки, сверления отверстий и т.д. Проверка этих возможностей началась сразу с появлением лабораторных импульсно периодических твердотельных лазеров, а с появлением СО2-лазеров технологическим работам было дано более высокое, приоритетное значение с поиском возможностей выхода на промышленные предприятия. В СССР одним из первых ученых, кто видел огромные возможности применения лазеров в промышленности, в те уже далекие годы, был академик Е. П. Велихов.

Под его руководством в 1975 - 1978 г. на промышленных флагманах Советской индустрии автозаводе ЗИЛ им. Лихачева, авиационных заводах "Знамя Труда" и "Салют" были созданы лаборатории с поставкой СО2- лазеров с мощностью излучения от 5 до 15 кВт. Были созданы творческие коллективы из числа ученых физиков, технологов. Привлечены специалисты из МГУ им. Ломоносова, МВТУ им. Баумана и других ВУЗов страны. Широким фронтом были начаты исследовательские работы по сварке, поверхностному термоупрочнению, а несколько позднее наплавке и резке металлов.

В 1978 году уже были отработаны технологии лазерной сварки шестерен коробки передач и карданного вала, поверхностное упрочнение гильзы цилиндра и газового стыка головки блока цилиндров автомобиля ЗИЛ. Были созданы совместно с конструкторами завода автоматизированные линии, которые отработали на заводе до 1991 года.

Организованные лаборатории и успешные работы по лазерным технологиям, проведенные совместно со специалистами заводов позволили всем убедится, что лазерные технологии обладают огромным потенциалом и в рамках заводских лабораторий обеспечить требуемое для страны развития лазерной техники и технологии невозможно. После проведения демонстрационных работ различного уровня государственным деятелям в июне

1979 г. было выпущено постановление Совмина СССР за № о создании Научно - исследовательского центра по технологическим лазерам АН СССР, где первым директором был назначен Г.А. Абильсиитов. Благодаря организаторским способностям первого директора в короткие сроки был выполнен строительный проект под руководством талантливого архитектора А.П. Панфиля и в 1985 году была сдана в эксплуатацию первая очередь института в г. Шатура в прекрасном месте берега озера Святого. С большей энергией коллектив института принялся за новые разработки и уже в 1988 г. был сдан в промышленный выпуск лазер Тл -1,5, а в 1988 - Тл-5М. С принятием в 1989 г. программы по использованию лазерных технологий в металлургической отрасли начались разработки лазеров мощностью 10, 15, 20 и 30 кВт.

Параллельно в эти же годы шла отработка технологий по лазерной сварки труб для нефтегазопроводов, нержавеющих труб. Работы велись совместно с отраслевыми институтами ВНИТИ г. Днепропетровск, ВНИИСТ, ВНИИГАЗ г. Москва и предприятиями металлургической отрасли: Новомосковский трубный завод (Днепропетровская область), Выксунский металлургический комбинат, Челябинский трубопрокатный завод.

1. Разработка технологии лазерной сварки нержавеющих труб и создание оборудования

Сварные трубы из нержавеющих сталей широко используются в химической, сахарной промышленности, в автомобилестроении, судостроении и строительстве. Основным способом получения неразъёмного сварного соединения является аргонодуговая сварка. Данный способ сварки имеет ряд существенных недостатков - это, прежде всего, низкая производительность (Vсв ~ 1 - 3 м/мин), большая зона термического влияния, которая приводит к ухудшению механических свойств и коррозионной стойкости труб. В дуговых сварных соединениях межкристаллитная коррозия в ряде случаев разрушает зону термического влияния [1].

В связи с этим производители труб стремились найти другой источник энергии, позволяющий получать сварное соединение без вышеперечисленных недостатков. Разработка технологии лазерной сварки труб велась на сталях аустенитного класса 08Х18Н10Т, 08Х18Н10 и ферритного класса 08Х18Т1.

Общая схема технологического поста лазерной сварки нержавеющих труб на Новомосковском трубном заводе разработана с учётом конструктивных и эксплуатационных особенностей лазерного оборудования и компоновки трубного стана (рис.1. 1).

Наиболее оптимальным для обеспечения перечисленных факторов и технических требований был выбран лазер Тл-5М мощностью 5 кВт (рис.1.2) и заводом предоставлен трубосварочный стан,,20-76".

Учитывая, что для формовки трубы из ленты толщиной 0,8 ? 2,5 мм и шириной 100 ? 140 мм, свернутой в бухту диаметром до 4 ? 5 м, использовался трубосварочный стан, предназначенный для аргонодуговой сварки возникла необходимость создания системы слежения за свариваемым стыком (рис.1.3) так как в процессе формирования трубы наблюдалось смещение положения стыка 1,5 ? 2,0 мм.

Была составлена технологическая карта на основании результатов проведённых технологических работ по подбору режимов сварки с обязательным испытанием образцов труб по заводским методикам (рис.1.4). Проведенные механические испытания сварных соединений показали, что они полностью удовлетворяют техническим условиям. На основе проведённых исследований были рекомендованы режимы сварки в широком диапазоне скоростей (3?20 м/мин), позволяющие получить свойства сварных соединений, удовлетворяющие ТУ. В соответствии с заказом потребителя была заварена опытно ? промышленная партия труб Ш 33 1,5 мм из стали 08Х18Н10. В производство поступило 11000 м полосы, из которой изготовлено и сдано ОТК 10800 п. м. годной трубы.

Механические свойства удовлетворяют требованиям технических условий. Металлографическими исследованиями установлено: ширина шва у наружной поверхности трубы - 1,2 мм, у внутренней поверхности - 0,7 мм.

Проведенные исследования по отработке технологии лазерной сварки нержавеющих сталей, создание экспериментального лазерного стана путем переоснащения дугового стана, сварка опытной партии нержавеющих труб позволило сдать данный стан в эксплуатацию, а также совместно с ВНИИМЕТМАШ разработать документацию на специализированный лазерный трубосварочный стан с производительностью сварки до 30 м/мин. Данный стан был изготовлен, испытан на скорости лазерной сварки 16 м/мин.

2. Разработка технологии лазерной сварки газонефтепроводных труб, газопроводов и создание оборудования

Для изготовления электросварных труб большого диаметра нашли два способа: сварка давлением токами высокой частоты (ВЧС) и дуговая сварка (ДС) плавящимся электродом

Сварка токами высокой частоты используется ограниченно при изготовлении труб диаметром до 630 мм с толщиной стенки не более 16 мм. В указанном диапазоне типоразмеров труб высокочастотная сварка, наряду с исключительно высокой производительностью, обеспечивает удовлетворительное качество сварных соединений, при условии применения достаточно чистой стали, автоматического регулирования параметрами сварочного процесса и термической обработки. Вместе с тем, существует ряд серьёзных технологических препятствий, ограничивающих возможность использования ВЧС для труб большего диаметра и большой толщины стенки, в том числе конечной длины.

Трубы диаметром более 630 мм, а также наиболее ответственные трубы диаметром 630 мм и менее в течение примерно 50 последних лет сваривают исключительно дуговой сваркой плавящимся электродом (рис.2.1). Швы выполняют двухсторонней сваркой снаружи и изнутри трубы. Применяют трех - или четырехдуговые (в отдельных случаях - пятидуговые) процессы сварки под флюсом или сочетание указанных процессов с дуговой (одно или двух- дуговой) сваркой в защитном газе. В последнем случае в защитном газе сваривают сборочный (технологический) шов, который в дальнейшем переваривается под флюсом.

На Выксунском металлургическом заводе при изготовлении толстостенных труб дополнительно предусмотрена возможность применения процессов сварки в защитном газе для выполнения промежуточных слоев продольного шва с целью улучшения механических свойств сварного соединения. Однако облицовочные швы снаружи и изнутри трубы по-прежнему сваривают под флюсом. Основным преимуществом многодуговой сварки плавящимся электродом под флюсом, определяющим столь длительное ее применение при производстве труб большого диаметра, является высокое качество сварных соединений, достигаемое без применения термической обработки (что особенно важно для современной термомеханически упрочненной трубной стали) при сравнительно большой скорости процесса.

Вместе с тем, необходимость применения специальных сварочных материалов (флюс, сварочная проволока), особенно в условиях сварки внутри трубы, предопределяет поиск других альтернативных способов сварки для изготовления труб большого диаметра.

Перспективность использования лазерного луча для сварки газонефтепроводных труб состоит в следующем:

1. Возможность сварки за один проход;

2. Получение качественного сварного соединения по свойствам, не уступающим основному металлу, о чём свидетельствуют выше представленные результаты исследований;

3. Применение лазерной сварки позволяет повысить производительность технологического процесса изготовления труб в заводских, а также полевых условиях при строительстве трубопроводов;

4. Применение лазерной сварки позволяет существенно улучшить экологическую ситуацию, так как исключаются из технологического цикла флюс, электроды;

5. Использование лазерного излучения создаёт необходимость автоматизации технологического процесса, что позволяет повысить качество сварных соединений, культуру производства, снизить себестоимость погонного метра сварного шва.

На сегодняшний день трубы для газонефтепроводов в основном изготавливаются из низколегированной стали марок 17ГС, 17ГС1СУ, 13ГС, 13ГСУ, 08ГБЮ, 12ГСБ, 10ГНБ, 13Г1СУ, 09ГНФБ, 06ГФБАА, 08Г1НФБ. Также допускается применение других марок сталей, отвечающих требованиям согласованных технических условий и стандартов.

Для сварки труб в основном используют следующие флюсы: АН-60, АН-67А, АН-348А и АН-20С к газонефтепроводам.

Для сварки используется проволока диаметром 4 мм марки Св-08ГА по ТУ 14-1-953 и марки Св-08ХМ по ТУ 14-198-83.

Все трубы после сварки внутренних швов и очистки внутренней поверхности от остатков флюса и шлаковой корки проходят технологический ультразвуковой контроль. После очистки внутренней поверхности трубы поступают на ремонтные площадки для контроля качества внешним осмотром и исправления дефектов основного металла и сварных швов.

После экспандирования трубы проходят 100% автоматизированный ультразвуковой контроль сплошности металла сварных швов. При отсутствии в сварных швах недопустимых дефектов, трубы направляются на торцовку и снятие фаски. При обнаружении недопустимых дефектов трубы возвращают на ремонтные площадки для исправления дефектов.

После торцовки и снятия фаски трубы проходят рентгентелевизионный контроль концов сварных швов.

Из партии заваренных труб вырезаются образцы на механические испытания. Испытание на растяжение производится при комнатной температуре. Испытание на ударную вязкость образцов основного металла по ГОСТ 9454 производится при температуре 0°С, минус 20°С, минус 40°С и минус 60°С, образцов сварного соединения по ГОСТ 6996 по линии сплавления внутреннего шва - при температуре минус 40°С и минус 60°С. Испытание образцов на долю вязкой составляющей производится при температуре 0°С, минус 20°С и минус 40°С.

Испытание образцов сварного соединения на загиб производится при комнатной температуре. Нормы механических свойств должны отвечать действующим техусловиям и стандартам.

Изготавливаемые трубы должны полностью соответствовать требованиям технических условий и стандартов на трубы.

При отработке технологии лазерной сварки газонефтепроводных труб большого диаметра основным критерием являлось повышение надежности эксплуатации магистральных газопроводов на основе разработки методов, критериев оценки качества и технических требований к сварным соединениям труб, изготовленных с применением новых технологических процессов сварки.

Актуальность выполнения настоящей работы подтверждается интенсивным расширением использования процессов лазерной сварки при производстве труб, в том числе больших диаметров с повышенной толщиной стенки [4,5,6]. Известно, что лазерная сварка обладает рядом характерных отличий, например, от традиционно применяемой для производства труб дуговой сварки, обусловленных, в первую очередь, высокой концентрацией энергии. В результате сварные соединения труб, выполненные лазерной сваркой, имеют принципиально отличное конструктивное исполнение и специфические физические характеристики.

Исследованы свойства сварных соединений ряда трубных сталей, в том числе класса прочности К52-К60. Показано, что при ограничении области применяемых режимов и использовании специальных технологических приемов сварные соединения, выполненные с применением лазерной сварки, обеспечивают работоспособность труб для магистральных газопроводов [5,6,7]. Лазерная сварка труб конечной длины или формуемых непрерывно из рулонной полосы может осуществляться традиционным способом (одно- и двухсторонняя сварка плавлением, включая использование присадочных материалов), а также в сочетании с другими известными способами подогрева (токами высокой частоты) или сварки (лазерно- дуговая сварка).

С целью обеспечения работоспособности труб при лазерной сварке разработаны критерии оценки качества сварных соединений, механических характеристик, структуры и твердости металла, допустимости дефектов и др.

Рассмотрены требования к сварным соединениям труб, включая требования к подготовке трубной заготовки перед сваркой, технологическому процессу сварки, послесварочной термообработке, а также объему и методам неразрушающего контроля.

Материалы исследований предлагается использовать при корректировке действующей и подготовке новой нормативно-технической документации по выбору труб для магистральных газопроводов. При выборе оборудования для лазерной сварки трубопроводов класса прочности К52- К66, диаметром от 620 до 1450 мм, с толщиной стенки от 7 до 12 мм рекомендовано на основании проведённых исследований сварку выполнять по следующей технологической схеме (рис.2. 2 и 2.3)

В процессе отработки технологии лазерной сварки труб были учтены результаты исследований представленных в предыдущих главах. В данном разделе основное внимание было уделено вопросам, связанным с подготовкой сварного стыка под сварку, выполнению лазерной сварки с присадочной проволокой, защите сварочной ванны от взаимодействия с воздухом, выбору фокусирующих систем, наведению лазерного излучения на свариваемый стык и удержание его с требуемой точностью на стыке - т.е. разрабатывались условия получения качественного формирования сварного шва.

В ходе исследований установлено: лазерная сварка стыковых соединений успешно выполняется с достаточно хорошим формированием сварного шва (см. рис.2.1) при соблюдении зазоров в стыке, не превышающих величины, указанные на (рис.2.4). Следует отметить, что двыхлучевая и трехлучевая лазерная сварка позволила обеспечит не только требуемые ТУ механические свойства, но и выполнять сварку по зазору в стыке до 1,5 мм. Экспериментальные данные по изучению влияния величины зазора на качество формирования сварного шва показывают, как правило, в основном два участка сварного шва, наиболее чувствительных к зазору в стыке - верхняя и корневая части сварного шва.

В верхней части шва наблюдаются подрезы и ослабление, а в нижней - несплавление одной, а иногда и обеих свариваемых кромок.

Для проверки работоспособности труб, сваренных лучом лазера, по методикам, принятых на трубопрокатных заводах проведены натурные испытания труб диаметром 630 мм, с толщиной стенки 8 мм, длиной фрагмента 2000 мм, сваренных от двух лазерных установок (Тл-5 и Тл-3) за один проход на суммарной мощности излучения 8 кВт. В качестве защиты сварочной ванны использовался Не или СО2, а корневой части шва ? Аr, СО2 или воздушная среда. Сварка выполнялась с присадочной проволокой диаметром 1,0 - 1,5 мм и без присадки ? на скорости 0,8 - 1,2 м/мин.

Сваренные образцы труб были подвергнуты контролю качества на ультразвуковом дефектоскопе и радиометрическим методом контроля. В ходе дефектоскопии были обнаружены поры размером 0,15 ? 0,25 мм, не превышающим критических значений, допустимых для данных конструкций. Трубы, подвергнутые испытанию на избыточное давление, выдержали давление 170 ? 210 кГс/см2, что превышает в 4 ? 5 раз рабочее давление. Разрушение труб происходило по основному металлу вдали от лазерного сварного шва (рис.2.5)

Результаты испытаний труб, заваренных лазерным лучом, показали высокие характеристики сварных соединений. Это позволило принять решение о проведении испытания фрагментов труб с заваренными кольцевыми стыками лазерным лучом. Партия таких труб в начале 90?х годов была установлена в газопровод и успешно эксплуатируется до настоящего времени.

Проведённые технологические исследования по использованию лазерного излучения для сварки газонефтепроводных труб показали боле высокие показатели прочности и надёжности лазерного сварного соединения в сопоставлении с дуговой сваркой под флюсом.

Проведенные Выксунским металлургическим заводом экономические расчёты определяют тенденцию более высокой экономичности лазерной сварки в сопоставлении с дуговой сваркой под флюсом. Согласно расчетов все затраты окупаются в течение одного года.

На основании проведённых исследований разработаны технические требования на разработку лазерного трубосварочного стана, экспериментальный образец которого был спроектирован конструкторским бюро завода “Электростальтяжмаш”.

В станах, используемых при дуговой сварке под флюсом, движется сварочная труба, что иногда приводит к образованию дефектов в сварном шве, вызванных колебаниями при движении стыка трубы. При сварке лазером была принята следующая схема: над неподвижной трубой и, соответственно, собранным под сварку стыком, движется сфокусированный лазерный луч, т.е. использовался, так называемый принцип летающей оптики. Это позволяет более точно контролировать стык и направлять лазерный луч с помощью следящей системы за стыком на свариваемые кромки.

В лазерном трубосварочном стане предусмотрена подача присадочной проволоки с помощью аппарата “Изаплан-104”, где подающий механизм выполнен в виде планетарной головки, обеспечивающей требуемую точность подачи присадочной проволоки, долговечность эксплуатации калибровочных и подводящих наконечников.

На этих внедрениях был завершен этап работ по программам с различными министерствами СССР. С 1992 г. наступила иная эпоха развития Российской Федерации, который в годовщину 30 летия "Института проблем лазерных информационных технологий РАН" (приемника НИЦТЛ АН СССР) можно назвать временем деградации научного потенциала страны, развалом промышленности и неарилизованных возможностей лазерных проектов. В столь трудное время институт возглавил В.Я Панченко и им было приложено много сил, чтобы сохранить институт, основной потенциал научных сотрудников и продолжить в новых экономических условиях выполнение тематик и проектов по термическим лазерным технологиям.

Одним из таких проектов является использование лазерного излучения для сварки в полевых условиях поперечных стыков труб при строительстве газо и нефтепроводов.

Старение систем магистральных газонефтепроводов выдвигает задачу обеспечения их безопасности и надежности в ряд важнейших научно-технических проблем. Анализ аварийности показывает, что после 10 лет эксплуатации интенсивность отказов трубопроводов начинает резко нарастать. После отказов из-за коррозии, дефектов и повреждений труб третьей по частоте группой являются отказы сварных соединений, которые в значительной мере определяются коррозией металла сварных швов.

Изготовление труб с классом прочности от Х80 до Х100 с использованием дуговой сварки под флюсом, характеризующейся большой шириной шва и зоны термического влияния (рис.2.1), приводит к нежелательным последствиям: снижению прочностных свойств, ударной вязкости, коррозионной стойкости, стойкости к сульфидному растрескиванию и к сероводородному охрупчиванию околошовной зоны, особенно при низких температурах (?-40оС).

Для лазерной сварке характерным является высокие скорости охлаждения при кристаллизации шва и минимальное время пребывания металла шва и околошовной (ОШЗ) зоны при высоких температурах. Эти условия обеспечивают мелкодисперсную структуру околошовной зоны, которая при ЛС более чем в четыре раза мельче, чем при аргонодуговой сварке (рис.2.6 и рис.2.7). Малая ширина зоны термического влияния практически исключает её водородонасыщение, обеспечивает высокую коррозионную и сероводородную стойкость, исключает охрупчивание в зоне термического влияния, в том числе при низких температурах.

Выполненные исследования показали высокую экономическую эффективность и экологичность лазерной сварки газонефтепроводных труб в сопоставлении с дуговой сваркой.

Это обусловлено следующими преимуществами лазерной сварки:

- эксплуатационная надежность лазерных сварных соединений близка к показателям основного металла, что особенно важно для газонефтепроводов, эксплуатируемых в северных регионах России при температурах ниже -40оС;

- лазерная сварка выполняется за один проход, без разделки кромок;

- производительность лазерной сварки в 5-10 раз выше в сопоставлении с дуговыми методами;

- расход присадочной проволоки в 30 раз ниже;

- исключаются затраты на разделку кромок;

- затраты на электроэнергию при лазерной сварке не превышают 7 - 8 кВт/час на один кольцевой стык трубы 1420;

- применение лазерной сварки позволяет существенно улучшить экологическую ситуацию, так как из технологического цикла исключается использование флюса и электродов.

- преимущества лазерной сварки перед дуговыми способами сварки особенно ощутимы при сварке сталей классов прочности Х80, Х100 и Х120, т.к. зона термического влияния при лазерной сварке меньше в несколько раз по сравнению с дуговыми методами сварки и ожидать разупрочнения в ОШЗ, которое наблюдается при дуговых методах сварки менее вероятно.

С целью отработки технолоии и проведения дадьнейших испытаний сварных соединений создан опытный стенд (рис.2.8) для лазерной сварки кольцевых стыков труб и продольного шва труб длиной до 2 м, диаметром 1 м, с толщиной стенки трубы до 12 мм.

Исследования показали (табл.2.1, 2.2), прочностные и пластические свойства лазерных сварных соединений, долговечность (рис.2.9), коррозионную стойкость, технологическую прочность и на сероводородное растрескивание показали преимущества лазерных сварных соединений перед дуговыми. Установлено, что эксплуатационная надежность лазерных сварных соединений близка к показателям основного металла. Это объясняется, прежде всего, тем, что лазерная сварка позволяет обеспечить мелкодисперсную структуру металла шва и зоны термического влияния (ЗТВ). По своим размерам ЗТВ лазерных сварных соединений не превышает

0,7-1,2 мм, тогда как при дуговой сварке ЗТВ достигает 7?10 мм, что является одной из причин разрушений трубопроводов во время их эксплуатации, особенно в северной части России, где температура может опускаться ниже -40оС. Однако после лазерной сварке твердость металла шва и ЗТВ находятся на недопустимо высоком уровне и достигала 370 - 410 НV.

Для обеспечения рекомендуемой нормативными документами твердости (не более 260 НV) металла шва и зоны термического влияния лазерных сварных соединений использовалась двулучевая лазерная сварка

Двулучевая лазерная сварка позволила, наряду с высокими механическими свойствами сварных соединений (табл.2.3), снизить твердость металла шва и зоны термического влияния до

240 НV (табл.2.4), что не превышает предельно допустимые значения 260 НV. Наличие двух лучей позволило на стали толщиной 8 - 10 мм увеличить свариваемый зазор (рис.2.11) с 0,3 мм (при однолучевой лазерной сварке) до 1 мм, на стали толщиной 16 мм - до 2 мм.

Опытные партии труб, заваренные методом двулучевой лазерной сваркой, успешно прошли полный цикл испытаний, в том числе и гидравлические.

Перед гидравлическими испытаниями лазерные сварные соединения прошли проверку на качество ультразвуком и рентгеном. Гидравлическими испытаниями установили, что разрушение произошло при давлении в трубе 20 МПа, что в три раза превышает рабочее давление.

Проведенные расчеты потребления электроэнергии показали, что при сварке трубы с толщиной стенки 30 мм на один погонный метр затрачивается 1,5 кВт/час энергии, т.е. на сварку стыка трубы потребление электроэнергии не превысят 6,75 кВт/час. При сварке 15 мм стенки трубы затраты электроэнергии будут в два раза меньше.

Лазерная сварка выполняется по стыку без разделке кромок. Расход присадочной проволоки снижается до 0,5 - 1,0 кГ на один кольцевой стык трубы 1420.

На основании проведенных исследований ОАО "ГАЗПРОМ" предложено на рассмотрение следующая концепция лазерной сварки поперечного стыка труб в полевых условиях при строительстве газопровод

Данное механическое устройство должно обеспечивать сборку стыка с точностью ±1 мм, соосность труб с точностью ±1 мм, наведение луча на свариваемый стык с точностью ±0,1 мм, движение с заданной скоростью фокусирующего объектива вокруг свариваемого стыка трубы, подачу присадочной проволоки и защитного газа.

Данное устройство является определяющим по применению лазеров в сварке стыков при строительстве газопроводов. Эксплуатация его может быть разнообразное: морское базирование, на берегу моря и т.д.

Для автоматизированной лазерной сварки в полевых условиях кольцевых швов была принята следующая схема: на базе трех тягачей "МЗКТ" (Рис.2.14) устанавливается три платформы. На первой платформе размещаются погрузочно-падающие машины, которые принимают трубу и подают её на вторую платформу для процесса сварки. На второй платформе размещается механизм центровки трубы, три оптоволоконных лазера общей мощностью 60 кВт, механизм позиционирования. Сварочная головка с механизмом центровки труб размещается на дополнительно движущемся технологическом посту в ритме со скоростью движения тягача, что позволяет во время сварки свариваемый стык удерживать не подвижным относительно сварочного устройства, которое в этом же ритме заваривает кольцевой стык трубы. Ритм - скорость движения тягача. При толщине стенки трубы 30мм скорость лазерной сварке 3 м/мин, скорость движения тягача также 3 м/мин.

Автоматизированный процесс строительства газопровода предусматривает непрерывный техноло- гический процесс подвозки труб на автотранспорте, подачи труб на сварочный тягач, Сварку стыка трубы, последующую изоляцию место сварки на третьем тягаче. Контроль качества сварного шва должен выполняется непосредственно после сварки, встроенными системами (щупами) на движущейся сварочной головке.

На третьем тягаче размещается оборудование изоляции сварного шва и прилегающей поверхности.

3. Лазерное оборудование и технологии по лазерной резке, наплавке

Одним из важнейших направлений в деятельности института на протяжение всех лет было создание оборудования и технологий по резке, наплавки и поверхностному упрочнению изделий из металлов.

Наибольшее распространение в обработке металлов получила к настоящему времени лазерная резка металлов и не металлов. Это связано с тем, что изделия вырезанные лучом лазера обладают достаточно высокой точностью (соответствием чертежу) не требуют последующей механической обработки и, как правило, сразу поступают на последующие технологические операции: гибка, сварка или покраска. Другим важным обстоятельством широкого применения лазерной резки является простая унификация оборудования, которое может работать, не зависимо от вида выпускаемой продукции. Наибольшее распространение из выпускаемого лазерного оборудования, получили станки с полем обработки (1,5 Ч2,5) м, (1,5Ч3) м с СО2 - лазерами мощностью от

1,5 до 3 кВт [8] с возможность резки листовой стали толщиной от 1 до 20 мм (рис.3.1).

Для резки по сложному контуру - штампованных изделий, обрезки облоя после литья и т.д. освоено производство пятикоординатных лазерных станков с СО2-лазером мощностью 2,2 кВт (рис.3.2) и лазерроботы с оптоволоконными лазерами мощностью от 1 до 3,5 к Вт (рис.3.3).

В некоторых производствах требуются комбинированные лазерные станки для резки и последующей сварки конструкций (рис.3.4). Данное оборудование является специализированным, и комплектуются в зависимости от требований заказчика дополнительными системами: оптическим электронным зрением с исполнительным механизмом наведения лазерного излучения на свариваемый стык, механизмом подачи присадочной проволоки, защитного газа.

Лазерная наплавка металлов спецсплавами позволяет придать поверхности изделия более высокие эксплуатационные свойства. Отличительной особенностью лазерной наплавки является локальность тепловложения. Это исключает глубокое расплавление основного металла (?0,05-0,15 мм), обеспечивает высокую износостойкость наплавленного металла, исключает остаточных деформации конструкции. Лазерная наплавка позволяет в 2-4 раза увеличивать срок эксплуатации изделия. Одним из примеров может служить восстановление коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания (рис.3. 5).

технология лазерный сварка газопровод

Перечень ссылок

1. Стеклов О.И. Прочность сварных конструкций в агрессивных средах. ? М.: Машиностроение, 1976. ? 200 С.

2. Сварка и свариваемые материалы. Справочник /Под ред. В.Н.Волченко, Т.2.- М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. ? 872 с.

3. Дуговая сварка стальных трубных конструкций / Шмелёва И.А., Шейкин М.З. и др. ? М.: Машиностроение, 1985. ? 221 с.

4. Стеклов О.И., Лошаков А.М., Кармазинов Н.П. Технология сварки трубопроводов с двухсторонним эмалевым покрытием // Сварочное производство. ? 1998. ? № 2. ? С. 15?19.

5. Minamita K. Development of High Laser Applications in Steel Industry/ Laser Advanced Materials Proctssing. LAMP 00. ? 2000. ? Р. 35?40.

6. Лурье Э.С. Разработка технологического процесса лазерной сварки стыков труб из высокопрочных сталей.: Дис. канд. техн. наук - М.: ВНИИСТ, 1988. ? 126 с.

7. Грезев А.Н., Романцов Н.А., Горицкий В.Н. Натурные испытания нефтегазопроводных труб диаметром 530 мм, сваренных лучом лазера. //Чёрная металлургия. ? 2004. ? №9. ? С.40-44.

8. Сайт ЗАО "Лазерные комплексы" www.lasercomp.ru.

Размещено на Allbest.ru