RU2843015C1 - Installation for laser-hybrid welding of large-diameter pipes and method for welding on said installation - Google Patents
Installation for laser-hybrid welding of large-diameter pipes and method for welding on said installation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2843015C1 RU2843015C1 RU2025101508A RU2025101508A RU2843015C1 RU 2843015 C1 RU2843015 C1 RU 2843015C1 RU 2025101508 A RU2025101508 A RU 2025101508A RU 2025101508 A RU2025101508 A RU 2025101508A RU 2843015 C1 RU2843015 C1 RU 2843015C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- pipe
- laser
- sheet
- installation
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к металлургии, в частности к области производства труб большого диаметра путем сварки продольного шва цилиндрической трубной заготовки на установке лазерно-дуговой сварки определенным способом осуществления данной сварки.The proposed invention relates to metallurgy, in particular to the field of producing large-diameter pipes by welding a longitudinal seam of a cylindrical pipe blank on a laser-arc welding unit using a specific method for performing this welding.
В настоящее время существуют различные установки и способы лазерно-дуговой сварки труб большого диаметра, но в данных установках точность наведения лазерного луча на стык кромок при сварке является очень низкой, ввиду чего появляются горячие трещины, и качество такой сварки невысокое.Currently, there are various installations and methods for laser arc welding of large diameter pipes, but in these installations, the accuracy of laser beam guidance to the joint of edges during welding is very low, due to which hot cracks appear, and the quality of such welding is low.
В таких установках отсутствует алгоритм определения угла поворота сварочной головки при сварке, что также приводит к низкому качеству сварки.Such installations do not have an algorithm for determining the angle of rotation of the welding head during welding, which also leads to low welding quality.
Так известен «Способ лазерной сварки труб» по патенту РФ №2637034.The “Method of laser welding of pipes” is known according to Russian patent No. 2637034.
В данном способе осуществляют наложение прихваточного шва с наружной стороны трубной заготовки с последующим наложением рабочего шва посредством лазерной сварки, при котором предварительно осуществляют разметку в виде линий, нанесенных с помощью лазерного маркера на наружную поверхность трубной заготовки вдоль притупления кромок на расстоянии 3-5 мм от линий до стыка кромок, которую сканируют посредством первого лазерного датчика по длине трубы с занесением в базу данных. Затем, после выполнения прихваточного шва, с помощью сканирующего поперек стыка второго лазерного датчика определяют расстояние между линиями разметки, и на основании полученных ранее данных вычисляют точное положение стыка кромок, на который наводят лазерный луч при нанесении рабочего шва.In this method, a tack weld is applied on the outside of a tubular blank, followed by a working weld using laser welding, in which marking is first made in the form of lines applied using a laser marker on the outer surface of the tubular blank along the blunting of the edges at a distance of 3-5 mm from the lines to the joint of the edges, which is scanned using the first laser sensor along the length of the pipe and entered into the database. Then, after the tack weld is made, the distance between the marking lines is determined using the second laser sensor scanning across the joint, and based on the previously obtained data, the exact position of the joint of the edges is calculated, to which the laser beam is directed when applying the working weld.
Данный способ является достаточно трудоемким, так как добавляется технически сложное оборудование для нанесения лазерных маркерных линий, требующее настройки, облуживания, обеспечения требований лазерной безопасности, при этом нанесение глубоких маркерных линий снижает прочность трубной заготовки, и полученной из нее трубы.This method is quite labor-intensive, since technically complex equipment is added for applying laser marker lines, which requires adjustment, maintenance, and ensuring laser safety requirements, while applying deep marker lines reduces the strength of the pipe blank and the pipe obtained from it.
Также данный способ не обеспечивает высокого качества сварного шва, так как при отклонении шва от положения «в зените», лазерный сварочный луч, направленный вертикально, может не проплавить одну из кромок трубной заготовки.Also, this method does not ensure high quality of the weld, since if the weld deviates from the “zenith” position, the laser welding beam, directed vertically, may not melt one of the edges of the pipe blank.
Также известен «Способ сварки труб большого диаметра лазерной сваркой» по патенту РФ на ИЗ №2523406, который выбран в качестве прототипа. Установка лазерной или гибридной лазерно-дуговой сварки по данному патенту содержит лазерную сварочную головку, установленную с наружной стороны трубы с возможностью ее перемещения вдоль прихваточного шва, сварочную каретку, установленную внутри трубы с возможностью ее перемещения вдоль трубы, а также сканирующий триангуляционный датчик, гироскоп и излучатель, установленные на сварочной каретке, а также телекамеру.Also known is the "Method of welding large diameter pipes by laser welding" according to the Russian Federation patent IZ No. 2523406, which was selected as a prototype. The laser or hybrid laser-arc welding installation according to this patent contains a laser welding head installed on the outside of the pipe with the ability to move it along the tack weld, a welding carriage installed inside the pipe with the ability to move it along the pipe, as well as a scanning triangulation sensor, a gyroscope and an emitter installed on the welding carriage, as well as a television camera.
Способ сварки по данному патенту заключается в том, что слежение за точкой воздействия лазерного луча осуществляют изнутри трубы посредством сканирующего триангуляционного датчика, с помощью луча которого сканируют стык кромок поперек шва и перед зоной сварки, а положение сканирующего триангуляционного датчика относительно сварочной головки по горизонтали определяют посредством гироскопа, установленного на сварочной каретке, или посредством закрепленного с сканирующим триангуляционным датчиком на сварочной каретке излучателя, луч которого направляют на закрепленную неподвижно телекамеру.The welding method according to this patent consists in that the point of impact of the laser beam is monitored from inside the pipe by means of a scanning triangulation sensor, with the help of whose beam the joint of edges is scanned across the seam and in front of the welding zone, and the position of the scanning triangulation sensor relative to the welding head horizontally is determined by means of a gyroscope installed on the welding carriage, or by means of an emitter fixed with the scanning triangulation sensor on the welding carriage, the beam of which is directed at a fixed television camera.
Данный способ позволяет повысить качество сварки за счет более точного направления луча на стык кромок, но качество и прочность сварного шва остается на достаточно низком уровне, так как в данном способе не предусмотрен механизм наклона сварочного луча в процессе сварки в зависимости от отклонения шва от положения «в зените».This method allows to improve the quality of welding due to more precise direction of the beam to the joint of the edges, but the quality and strength of the weld remains at a fairly low level, since this method does not provide a mechanism for tilting the welding beam during the welding process depending on the deviation of the weld from the “zenith” position.
Также из-за того, что каретка в данном способе двигается по неровной внутренней поверхности трубы, необходимое плавное движение каретки обеспечивается очень медленной скоростью подачи трубы, и соответственно приводит к существенному увеличению времени сварки и качества сварки.Also, due to the fact that the carriage in this method moves along the uneven inner surface of the pipe, the necessary smooth movement of the carriage is ensured by a very slow feed rate of the pipe, and accordingly leads to a significant increase in welding time and welding quality.
Также при отсутствии фасок на внутренней поверхности трубной заготовки и стыке их в одной плоскости лазерный триангуляционный датчик не всегда может обнаружить место стыка, тем самым точность направления луча существенно падает.Also, if there are no chamfers on the inner surface of the pipe blank and they are joined in one plane, the laser triangulation sensor cannot always detect the joint location, thereby significantly reducing the accuracy of the beam direction.
Задачей предложенного изобретения является создание такой установки и способа лазерно-гибридной сварки труб большого диаметра, которые обеспечат высокое качество сварки, за счет повышения точности наведения сварочного луча, и вследствие этого прочности сварного шва, а также за счёт обеспечения регулировки угла наклона сварной головки и лазерного сварочного луча в зависимости от отклонения шва от положения «в зените», для определения которого используют установленные над трубой видеокамеры для поиска точки наведения на внутритрубной разделке, а также установленные над трубой на верхней направляющей каретки с лазерной сварочной головкой и лазерным триангуляционным сканером.The objective of the proposed invention is to create such a device and method for laser-hybrid welding of large-diameter pipes that will ensure high quality welding by increasing the accuracy of the welding beam guidance, and as a result, the strength of the weld, as well as by ensuring the adjustment of the angle of inclination of the welding head and the laser welding beam depending on the deviation of the weld from the "zenith" position, for the determination of which video cameras installed above the pipe are used to search for the guidance point on the in-pipe cutting, as well as installed above the pipe on the upper guide of the carriage with a laser welding head and a laser triangulation scanner.
Техническим результатом изобретения является повышение качества и прочности сварного шва за счет повышения точности наведения сварочного лазерного луча головки, при одновременном повышении скорости сварки.The technical result of the invention is an increase in the quality and strength of the weld seam due to an increase in the accuracy of the welding laser beam of the head, while simultaneously increasing the welding speed.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в установке лазерно-гибридной сварки труб большого диаметра, содержащей перемещающуюся над свариваемой трубой верхнюю сварочную каретку с установленной на ней сварочной головкой, где свариваемая труба неподвижно закреплена в установке лазерно-гибридной сварки, которая также содержит портал, установленный над свариваемой трубой, зону обслуживания портала, в которой установлены два триангуляционных сканера, расположенных напротив друг друга у соответствующей левой и правой кромок листа заготовки для трубы, выполненные с возможностью измерения геометрических размеров фасок кромок листа с привязкой их к смещению относительно начала листа, и возможностью передачи данной полученной информации о геометрических размерах фасок разделки листа в компьютер установки лазерно-гибридной сварки, при этом внизу портала установлены упоры, в которых закреплена труба с прихваточным швом, а над порталом установлена балка с видеокамерами, при этом на внутренней поверхности портала размещена верхняя сварочная каретка, содержащая триангуляционный сканер, выполненный с возможностью сканирования профиля фасок с притуплением прихваточного шва верхней поверхности трубы и передачи полученных данных в компьютер установки, при этом верхняя сварочная каретка выполнена с возможностью перемещения её по внутренней поверхности портала над наружной поверхностью трубы в месте расположения прихваточного шва, а видеокамеры выполнены с возможностью определения горизонтального положения прихваточного шва во время установки трубы на упорах, при этом сварочная головка, триангуляционный сканер, видеокамеры, а также верхняя сварочная каретка соединены с компьютером электронно-вычислительного комплекса установки лазерно-гибридной сварки с возможностью передачи в него полученных данных для обработки и получения данных о точке наведения лазерного луча и угла наклона сварочной головки, при этом компьютер соединен с системой автоматики и программируемым контроллером установки лазерно-гибридной сварки с возможностью управления вышеперечисленными устройствами установки лазерно-гибридной сварки.The technical result achieved is due to the fact that in a laser-hybrid welding installation for large-diameter pipes, comprising an upper welding carriage moving above the pipe being welded with a welding head mounted thereon, where the pipe being welded is fixedly secured in the laser-hybrid welding installation, which also comprises a portal mounted above the pipe being welded, a portal service area in which two triangulation scanners are mounted, located opposite each other at the corresponding left and right edges of the sheet of the pipe blank, made with the possibility of measuring the geometric dimensions of the sheet edge chamfers with their reference to the offset relative to the beginning of the sheet, and the possibility of transmitting this obtained information about the geometric dimensions of the sheet cutting chamfers to the computer of the laser-hybrid welding installation, wherein stops are mounted at the bottom of the portal, in which a pipe with a tack weld is fixed, and a beam with video cameras is mounted above the portal, wherein an upper welding carriage is placed on the inner surface of the portal, containing a triangulation scanner a scanner configured to scan the profile of the chamfers with the blunting of the tack weld of the upper surface of the pipe and to transmit the obtained data to the computer of the installation, wherein the upper welding carriage is configured to move it along the inner surface of the portal above the outer surface of the pipe at the location of the tack weld, and the video cameras are configured to determine the horizontal position of the tack weld during the installation of the pipe on the stops, wherein the welding head, the triangulation scanner, the video cameras, and also the upper welding carriage are connected to the computer of the electronic computing complex of the laser-hybrid welding installation with the ability to transmit the obtained data to it for processing and obtaining data on the point of guidance of the laser beam and the angle of inclination of the welding head, wherein the computer is connected to the automation system and the programmable controller of the laser-hybrid welding installation with the ability to control the above-mentioned devices of the laser-hybrid welding installation.
Предпочтительно, чтобы установка содержала внутри портала ролики с автоматизированным приводом, на которых размещается труба с возможностью её вращения вокруг оси для установки прихваточного шва в горизонтальное положение, и дальнейшего закрепления трубы в пневматических упорах.It is preferable that the installation contains rollers with an automated drive inside the portal, on which the pipe is placed with the possibility of its rotation around the axis to set the tack weld in a horizontal position, and further fixing the pipe in pneumatic stops.
Целесообразно, чтобы установка содержала в зоне обслуживания данной установки два пневматических средства для прижатия кромок листа заготовки трубы с левой и правой его стороны, и также датчики перемещения листа, связанные с триангуляционными сканерами.It is advisable for the installation to contain in the service area of this installation two pneumatic means for pressing the edges of the sheet of the pipe blank on its left and right sides, and also sheet movement sensors connected to triangulation scanners.
Предпочтительно, чтобы установка содержала в зоне обслуживания данной установки калибровочный стол с калибровочными, имитирующими форму фаски, и юстировочными Т-образными образцами с подготовленными поверхностями, выполненный с возможностью юстировки/калибровки лазерных триангуляционных сканеров.It is preferable that the installation contain in the service area of this installation a calibration table with calibration samples simulating the shape of a chamfer and adjustment T-shaped samples with prepared surfaces, designed with the possibility of adjusting/calibrating laser triangulation scanners.
Целесообразно, чтобы в установке подготовленные поверхности были расположены под прямым углом с допустимым отклонением поверхности не более 10 микрон и отклонением угла не более 0,1 градуса.It is advisable that the prepared surfaces in the installation be located at a right angle with an acceptable surface deviation of no more than 10 microns and an angle deviation of no more than 0.1 degrees.
Поставленный технический результат достигается также за счет того, что в способе лазерно-гибридной сварки труб большого диаметра, включающим формирование трубы из стального листа трубной заготовки с последующим соединением кромок данной трубы прихваточным сварным продольным швом при помощи лазерной или лазерно-дуговой сварной головки, установленной с наружной стороны трубы, при котором перед началом сварки осуществляют первый проход верхней сварочной каретки с целью слежения за точкой воздействия лазерного луча на стык кромок, после чего осуществляют второй проход верхней сварочной каретки со сварочной головкой в режиме сварки, до начала сварки осуществляют измерение геометрических размеров фасок боковых кромок листа трубной заготовки в зоне обслуживания портала, где при помощи двух триангуляционных сканеров, расположенных напротив друг друга у соответствующей левой и правой кромок листа, пневматических средств для прижатия кромок листа, и датчика перемещения листа производят измерение геометрических размеров фасок кромок листа с привязкой к смещению их относительно начала листа, и затем осуществляют передачу данной полученной информации о геометрических размерах фасок листа заготовки в компьютер установки лазерно-гибридной сварки, где данной геометрической модели кромок листа разделки присваивают уникальный номер и сохраняют в базе данных о геометрической форме фасок кромок листа, после чего данный лист изгибается, и из него формируют трубу, а затем соединяют кромки данной трубы прихваточным сварным продольным швом, после чего размещают полученную трубу на вращающиеся ролики с автоматизированным приводом под порталом установки лазерно-гибридной сварки для установки в горизонтальное положение прихваточного шва, который определяют с помощью видеокамер алгоритмом машинного зрения, и передают данную информацию в компьютер установки лазерно-гибридной сварки, после чего определяют виртуальную среднюю линию прихваточного шва, затем трубу фиксируют в упорах и осуществляют первый проход верхней сварочной каретки с триангуляционным сканером вдоль виртуальной средней линии прихваточного шва, при котором, через определенные промежутки (шаги), с привязкой к смещению относительно начала листа, фиксируют триангуляционным сканером верхней каретки геометрические размеры верхних фасок разделки, и передают данную информацию в компьютер установки лазерно-гибридной сварки, по которым компьютер с учетом полученной ранее информации о геометрических размерах фасок листа заготовки данной трубы определяет точки наведения лазерного луча сварочной головки и необходимый угол поворота сварочной головки в данной точке, после чего, с выбранным шагом, производят передачу этих данных в контроллер автоматики установки, который осуществляет управление лазерной головкой при втором проходе верхней сварочной каретки со сварочной головкой в режиме сварки с наведением лазерного луча по полученной траектории и с заданным углом наклона лазерной головки.The technical result is also achieved due to the fact that in the method of laser-hybrid welding of large-diameter pipes, including the formation of a pipe from a steel sheet of a pipe blank with the subsequent joining of the edges of this pipe with a tack weld longitudinal seam using a laser or laser-arc welding head installed on the outside of the pipe, in which, before the start of welding, the first pass of the upper welding carriage is carried out in order to track the point of action of the laser beam on the joint of the edges, after which the second pass of the upper welding carriage with the welding head is carried out in the welding mode, before the start of welding, the geometric dimensions of the chamfers of the side edges of the sheet of the pipe blank are measured in the service area of the portal, where, using two triangulation scanners located opposite each other at the corresponding left and right edges of the sheet, pneumatic means for pressing the edges of the sheet, and a sheet displacement sensor, the geometric dimensions of the chamfers of the edges of the sheet are measured with reference to their displacement relative to the beginning sheet, and then transmit this obtained information about the geometric dimensions of the workpiece sheet chamfers to the computer of the laser-hybrid welding unit, where this geometric model of the edges of the cutting sheet is assigned a unique number and saved in the database of the geometric shape of the sheet edge chamfers, after which this sheet is bent and a pipe is formed from it, and then the edges of this pipe are connected with a tack welded longitudinal seam, after which the resulting pipe is placed on rotating rollers with an automated drive under the portal of the laser-hybrid welding unit for installation in a horizontal position of the tack weld, which is determined using video cameras by a machine vision algorithm, and transmit this information to the computer of the laser-hybrid welding unit, after which the virtual center line of the tack weld is determined, then the pipe is fixed in the stops and the first pass of the upper welding carriage with a triangulation scanner is carried out along the virtual center line of the tack weld, during which, at certain intervals (steps), with reference to the offset relative to the beginning of the sheet, the geometric dimensions of the upper chamfers of the cutting are recorded by the triangulation scanner of the upper carriage, and this information is transmitted to the computer of the laser-hybrid welding installation, according to which the computer, taking into account the previously obtained information about the geometric dimensions of the chamfers of the sheet of the blank of this pipe, determines the guidance points of the laser beam of the welding head and the required angle of rotation of the welding head at this point, after which, with the selected step, this data is transmitted to the controller of the automation of the installation, which controls the laser head during the second pass of the upper welding carriage with the welding head in the welding mode with the guidance of the laser beam along the obtained trajectory and with a given angle of inclination of the laser head.
Для более подробного раскрытия данного изобретения далее приводится описание конкретных возможных вариантов его выполнения, которые поясняются соответствующими чертежами.For a more detailed disclosure of this invention, a description of specific possible embodiments of its implementation is provided below, which are explained by the corresponding drawings.
Фиг. 1 - схематичное изображение установки лазерно-гибридной сварки труб большого диаметра.Fig. 1 - schematic representation of a laser-hybrid welding installation for large diameter pipes.
Фиг. 2 - схематичное изображение зоны обслуживания портала с установленной заготовкой трубы в виде листа с двумя триангуляционными сканерами, расположенными напротив друг друга у правой и левой сторон листа. Fig. 2 - schematic representation of the portal service area with an installed pipe blank in the form of a sheet with two triangulation scanners located opposite each other at the right and left sides of the sheet.
Фиг. 3 - фрагмент поперечного разреза трубной заготовки с прихваточным швом и верхними фасками.Fig. 3 - fragment of a cross-section of a tubular blank with a tack weld and upper chamfers.
Фиг. 4 - вид сверху прихваточного шва с верхними фасками на трубе.Fig. 4 - top view of a tack weld with upper chamfers on a pipe.
В предпочтительном варианте выполнения установка лазерно-гибридной сварки труб большого диаметра содержит портал 1 установленный над свариваемой трубой 2, а также балку 3 с видеокамерами 4, установленную над порталом 1 (Фиг. 1). При этом на внутренней поверхности портала 1 размещена верхняя сварочная каретка 5 с возможностью перемещения её над наружной поверхностью трубы 2 в месте расположения прихваточного шва 6 (Фиг. 1,3). Верхняя сварочная каретка 5 содержит триангуляционный сканер 7 сварочной каретки 5 и сварочную головку 8 (Фиг. 1). При этом видеокамеры 4 выполнены с возможностью поиска и установки прихваточного шва 6 в горизонтальное положение на трубе 2, установленной в пневматических упорах 9 портала 1. Триангуляционный сканер 7 каретки выполнен с возможностью сканирования профиля фасок 10 с притуплением прихваточного шва 6 верхней поверхности трубы 2 (Фиг. 3), и передачи полученных данных в компьютер установки. Сварочная головка 8, триангуляционный сканер 7 каретки, видеокамеры 4, а также верхняя сварочная каретка 5 соединены с компьютером (на чертежах не показано) электронно-вычислительного комплекса установки лазерно-гибридной сварки с возможностью передачи данных в компьютер для получения точки наведения лазерного луча и угла наклона сварочной головки 8. А компьютер соединен системой автоматики с программируемым контроллером (на чертежах не показано) установки лазерно-гибридной сварки с возможностью управления вышеперечисленными устройствами установки лазерно-гибридной сварки.In a preferred embodiment, the laser-hybrid welding installation for large-diameter pipes comprises a portal 1 installed above the pipe 2 being welded, and a beam 3 with video cameras 4 installed above the portal 1 (Fig. 1). In this case, an upper welding carriage 5 is placed on the inner surface of the portal 1 with the possibility of moving it above the outer surface of the pipe 2 at the location of the tack weld 6 (Fig. 1, 3). The upper welding carriage 5 comprises a triangulation scanner 7 of the welding carriage 5 and a welding head 8 (Fig. 1). In this case, the video cameras 4 are configured to search for and set the tack weld 6 in a horizontal position on the pipe 2 installed in the pneumatic stops 9 of the portal 1. The triangulation scanner 7 of the carriage is configured to scan the profile of the chamfers 10 with the blunting of the tack weld 6 of the upper surface of the pipe 2 (Fig. 3), and to transmit the obtained data to the computer of the installation. The welding head 8, the triangulation scanner 7 of the carriage, the video cameras 4, and also the upper welding carriage 5 are connected to a computer (not shown in the drawings) of the electronic computing complex of the laser-hybrid welding unit with the ability to transmit data to the computer to obtain the laser beam guidance point and the angle of inclination of the welding head 8. And the computer is connected by an automation system to a programmable controller (not shown in the drawings) of the laser-hybrid welding unit with the ability to control the above-mentioned devices of the laser-hybrid welding unit.
Установка содержит внутри портала 1 ролики (на чертежах не показаны), на которых размещается труба 2 с возможностью её вращения вокруг оси для установки прихваточного шва 6 в горизонтальное положение, и дальнейшего закрепления трубы в пневматических упорах 9.The installation contains rollers inside the portal 1 (not shown in the drawings), on which the pipe 2 is placed with the possibility of its rotation around the axis to set the tack weld 6 in a horizontal position, and further fixing the pipe in the pneumatic stops 9.
Установка также содержит в зоне обслуживания данной установки два триангуляционных сканера 11, расположенных напротив друг друга у соответствующей левой 12 и правой 13 кромок листа заготовки 14 для трубы 2, два пневматических средства (на чертеже не показаны) для прижатия кромок 12 и 13 листа заготовки 14 с левой и правой его стороны, и также датчики (на чертеже не показаны), перемещения листа заготовки 14, связанные с триангуляционными сканерами 11, подключенными к компьютеру (на чертежах не показано) электронно-вычислительного комплекса установки лазерно-гибридной сварки с возможностью передачи данных в компьютер о геометрических размерах фасок 10 кромок 12 и 13 листа заготовки 14 с привязкой их к смещению относительно начала листа (Фиг. 2-4).The installation also contains in the service area of this installation two triangulation scanners 11, located opposite each other at the corresponding left 12 and right 13 edges of the sheet of the blank 14 for the pipe 2, two pneumatic means (not shown in the drawing) for pressing the edges 12 and 13 of the sheet of the blank 14 from its left and right sides, and also sensors (not shown in the drawing) for moving the sheet of the blank 14, connected to the triangulation scanners 11, connected to the computer (not shown in the drawings) of the electronic computing complex of the laser-hybrid welding installation with the ability to transmit data to the computer about the geometric dimensions of the chamfers 10 of the edges 12 and 13 of the sheet of the blank 14 with their reference to the displacement relative to the beginning of the sheet (Fig. 2-4).
Установка может содержать в зоне обслуживания данной установки калибровочный стол с калибровочными, имитирующими форму фаски 10, и юстировочными Т-образными образцами с подготовленными поверхностями (на чертежах не показано), выполненный с возможностью юстировки/калибровки лазерных триангуляционных сканеров 11, при этом подготовленные поверхности расположены под прямым углом с допустимым отклонением поверхности не более 10 микрон и отклонением угла не более 0,1 градуса.The installation may contain in the service area of this installation a calibration table with calibration samples simulating the shape of a chamfer 10 and adjustment T-shaped samples with prepared surfaces (not shown in the drawings), made with the possibility of adjusting/calibrating laser triangulation scanners 11, wherein the prepared surfaces are located at a right angle with an acceptable surface deviation of no more than 10 microns and an angle deviation of no more than 0.1 degrees.
Способ лазерно-гибридной сварки труб большого диаметра, который осуществляется на выше описанной установке лазерно-гибридной сварки труб большого диаметра включает формирование трубы 2 из стального листа трубной заготовки 14 с последующим соединением кромок 12 и 13 данной трубы прихваточным сварным продольным швом 6 при помощи лазерной или лазерно-дуговой сварной головки 8, установленной с наружной стороны трубы 2 на верхней сварочной каретке 5, при котором перед началом сварки осуществляют первый проход верхней сварочной каретки 5 с целью слежения за точкой воздействия лазерного луча на стык кромок 12 и 13 со стороны внешней поверхности трубы 2, после чего осуществляют второй проход верхней сварочной каретки 5 со сварочной головкой в режиме сварки.The method of laser-hybrid welding of large-diameter pipes, which is carried out on the above-described laser-hybrid welding installation for large-diameter pipes, includes forming a pipe 2 from a steel sheet of a pipe blank 14, followed by joining edges 12 and 13 of this pipe with a tack weld longitudinal seam 6 using a laser or laser-arc welding head 8 installed on the outside of the pipe 2 on the upper welding carriage 5, in which, before the start of welding, the first pass of the upper welding carriage 5 is carried out in order to track the point of action of the laser beam on the joint of edges 12 and 13 from the side of the outer surface of the pipe 2, after which the second pass of the upper welding carriage 5 with the welding head is carried out in welding mode.
При этом до начала сварки осуществляют измерение геометрических размеров фасок 10 боковых кромок 12 и 13 листа трубной заготовки 14 в зоне обслуживания портала 1, где при помощи двух триангуляционных сканеров 11, расположенных напротив друг друга у соответствующей левой 12 и правой 13 кромок листа заготовки 14, пневматических средств для прижатия кромок листа, и датчика перемещения листа заготовки 14 производят измерение геометрических размеров кромок 12 и 13 листа заготовки 14 с привязкой к смещению относительно начала листа заготовки 14, а затем осуществляют передачу данной полученной информации о геометрических размерах фасок 10 листа заготовки (разделки) 14 в компьютер установки лазерно-гибридной сварки, где данной геометрической модели кромок 12 и 13 листа разделки 14 присваивают уникальный номер и сохраняют в базе данных о геометрической форме фасок 10 кромок 12 и 13.In this case, before the start of welding, the geometric dimensions of the chamfers 10 of the side edges 12 and 13 of the sheet of the tubular blank 14 are measured in the service area of the portal 1, where, using two triangulation scanners 11 located opposite each other at the corresponding left 12 and right 13 edges of the sheet of the blank 14, pneumatic means for pressing the edges of the sheet, and a sensor for moving the sheet of the blank 14, the geometric dimensions of the edges 12 and 13 of the sheet of the blank 14 are measured with reference to the displacement relative to the beginning of the sheet of the blank 14, and then the received information about the geometric dimensions of the chamfers 10 of the sheet of the blank (cut) 14 is transmitted to the computer of the laser-hybrid welding installation, where this geometric model of the edges 12 and 13 of the sheet of the cut 14 is assigned a unique number and saved in the database of the geometric shape of the chamfers 10 edges 12 and 13.
После чего данный лист заготовки 14 изгибается, и из него формируют трубу 2, а затем соединяют кромки 12 и 13 данной трубы 2 прихваточным сварным продольным швом 6, после чего размещают полученную трубу 2 на вращающиеся ролики с автоматизированным приводом внизу портала 1 установки лазерно-гибридной сварки для установки трубы 2 в горизонтальное положение прихваточного шва 6, который определяют с помощью видеокамер 4 алгоритмом машинного зрения, и передают данную информацию в компьютер установки лазерно-гибридной сварки. Затем определяют виртуальную среднюю линию прихваточного шва 6, после чего трубу 2 фиксируют в упорах 9 и осуществляют первый проход верхней сварочной каретки 5 с триангуляционным сканером 7 верхней камеры и сварочной головкой 8 вдоль виртуальной средней линии прихваточного шва 6, при котором, через определенные промежутки, с привязкой к смещению относительно начала листа, фиксируют триангуляционным сканером 7 верхней каретки 5 геометрические размеры верхних фасок 10 разделки, и передают данную информацию в компьютер установки лазерно-гибридной сварки, где полученная разделка накладывается на ранее полученную разделку о геометрических размерах фасок 13 листа заготовки для трубы, и по которым компьютер установки определяет точку наведения лазерного луча сварочной головки и необходимый угол поворота сварочной головки, после чего, с выбранным шагом, производят передачу этих данных в контроллер автоматики установки, который осуществляет управление лазерной головкой 8 при втором проходе верхней сварочной каретки со сварочной головкой 8 в режиме сварки с наведением лазерного луча по полученной траектории и с заданным углом наклона лазерной головки 8.After which this sheet of workpiece 14 is bent, and a pipe 2 is formed from it, and then edges 12 and 13 of this pipe 2 are connected by a tack weld longitudinal seam 6, after which the obtained pipe 2 is placed on rotating rollers with an automated drive at the bottom of the portal 1 of the laser-hybrid welding installation for setting the pipe 2 in the horizontal position of the tack weld 6, which is determined with the help of video cameras 4 by a machine vision algorithm, and this information is transmitted to the computer of the laser-hybrid welding installation. Then, the virtual center line of the tack weld 6 is determined, after which the pipe 2 is fixed in the stops 9 and the first pass of the upper welding carriage 5 with the triangulation scanner 7 of the upper chamber and the welding head 8 is carried out along the virtual center line of the tack weld 6, during which, at certain intervals, with reference to the offset relative to the beginning of the sheet, the geometric dimensions of the upper chamfers 10 of the groove are recorded by the triangulation scanner 7 of the upper carriage 5, and this information is transmitted to the computer of the laser-hybrid welding installation, where the obtained groove is superimposed on the previously obtained groove on the geometric dimensions of the chamfers 13 of the sheet of the blank for the pipe, and according to which the computer of the installation determines the point of aiming of the laser beam of the welding head and the required angle of rotation of the welding head, after which, with the selected step, this data is transmitted to the automation controller of the installation, which controls the laser head 8 during the second pass of the upper welding carriage with the welding head 8 in the mode welding with laser beam guidance along the obtained trajectory and with a given angle of inclination of the laser head 8.
Таким образом, использование представленной выше установки и способа лазерно-гибридной сварки труб большого диаметра позволяют обеспечить высокое качество сварки, и высокую прочность сварного шва, а также увеличить точность наведения сварного луча головки 8 за счёт обеспечения регулировки угла наклона сварной головки 8 и лазерного сварочного луча в зависимости от отклонения шва от положения «в зените».Thus, the use of the above-described installation and method of laser-hybrid welding of large-diameter pipes allows for high-quality welding and high strength of the weld, as well as for increasing the accuracy of the guidance of the welding beam of the head 8 by ensuring the adjustment of the angle of inclination of the welding head 8 and the laser welding beam depending on the deviation of the weld from the “zenith” position.
Также использование представленной выше установки и способа позволяет обеспечить повышение скорости сварки, за счёт того, что верхняя сварочная каретка 5 установлена на внутренней поверхности портала 1, что обеспечивает ей быстрое и плавное перемещение без искажения сканируемых данных.Also, the use of the above-presented installation and method allows for an increase in welding speed, due to the fact that the upper welding carriage 5 is installed on the inner surface of the portal 1, which ensures its fast and smooth movement without distortion of the scanned data.
Как очевидно специалистам в данной области техники, данное изобретение легко разработать в других конкретных формах, не выходя при этом за рамки сущности данного изобретения.As will be apparent to those skilled in the art, the present invention may easily be developed into other specific forms without departing from the spirit of the present invention.
При этом настоящие варианты осуществления необходимо считать просто иллюстративными, а не ограничивающими, причем объем изобретения представлен его формулой, и предполагается, что в нее включены все возможные изменения и область эквивалентности пунктам формулы данного изобретения.In this case, the present embodiments should be considered merely illustrative and not limiting, and the scope of the invention is represented by its claims, and it is assumed that all possible changes and the area of equivalence to the claims of the present invention are included therein.
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2843015C1 true RU2843015C1 (en) | 2025-07-07 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2143649B (en) * | 1983-06-29 | 1986-09-03 | Fairey Eng | Optical apparatus for laser welding pipes |
| RU2070494C1 (en) * | 1994-08-10 | 1996-12-20 | Акционерное общество закрытого типа "Технолазер" | Pipeline laser welding installation |
| RU2523406C1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-07-20 | Открытое акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" | Welding of large-diameter pipes by laser beam |
| 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 |
| RU2674588C2 (en) * | 2017-04-25 | 2018-12-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Научный логистический центр" | Method for additive welding and melting manufacture of three-dimensional products and installation for its implementation |
| RU2688350C1 (en) * | 2018-04-28 | 2019-05-21 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Method of hybrid laser-arc welding with steel clad pipes deposition |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2143649B (en) * | 1983-06-29 | 1986-09-03 | Fairey Eng | Optical apparatus for laser welding pipes |
| RU2070494C1 (en) * | 1994-08-10 | 1996-12-20 | Акционерное общество закрытого типа "Технолазер" | Pipeline laser welding installation |
| RU2523406C1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-07-20 | Открытое акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" | Welding of large-diameter pipes by laser beam |
| 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 |
| RU2674588C2 (en) * | 2017-04-25 | 2018-12-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Научный логистический центр" | Method for additive welding and melting manufacture of three-dimensional products and installation for its implementation |
| RU2688350C1 (en) * | 2018-04-28 | 2019-05-21 | Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") | Method of hybrid laser-arc welding with steel clad pipes deposition |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5877960A (en) | Method and apparatus for monitoring and positioning a beam or jet for operating on a workpiece | |
| US5347101A (en) | Automatic tracking system for pipeline welding | |
| CN111496370B (en) | Automatic sensing and control method of friction stir welding trajectory suitable for fillet joint | |
| US11559853B2 (en) | Method for scanning the surface of metal workpieces and method for carrying out a welding process | |
| JPH1094874A (en) | Automatic welding method for tube joint | |
| RU2843015C1 (en) | Installation for laser-hybrid welding of large-diameter pipes and method for welding on said installation | |
| JP2018528079A (en) | How to guide the machining head along the track to be machined | |
| CN109822194A (en) | A welding seam tracking device and welding method | |
| KR102361020B1 (en) | Apparatus for automatic welding process that can track the welding target line | |
| RU2843018C1 (en) | Installation for laser-hybrid welding of large-diameter pipes and method for welding on said installation | |
| RU2843016C1 (en) | Installation for laser-hybrid welding of large-diameter pipes and method for welding on said installation | |
| CN113894404A (en) | A photogrammetry-based friction stir welding method | |
| JP4341172B2 (en) | Control method of torch position in multi-layer welding | |
| JP3323028B2 (en) | Automatic welding equipment and welding method | |
| KR101470736B1 (en) | Automatic Welding Device of Steel Pipe Used Inclined Plane Angle of Welding Area | |
| KR102124307B1 (en) | Method for auto tracking weld line and apparatus thereof | |
| JPS649116B2 (en) | ||
| JP2751780B2 (en) | Laser beam processing equipment | |
| KR20010095577A (en) | Apparatus for weld of corrugated member and method thereof | |
| CN118595603B (en) | Welding method, device, medium and equipment for improving welding quality | |
| KR102591186B1 (en) | Welding robot that can perform precise welding by correcting distance from welding line according to difference in gradient of joint of pair of steel pipes by performing weaving operation at appropriate hertz to prevent thermal deformation while forming correct welding bead | |
| JP2003181644A (en) | Multi-pass welding method for X groove joint | |
| JPH048144B2 (en) | ||
| JPH10216941A (en) | Position tracking control method of welding torch | |
| Nakamura et al. | Automatic control technology of welding machine MAG-II for onshore pipelines |