glonucsecГлобальная ядерная безопасностьGlobal Nuclear Safety2305-414X2499-9733National Research Nuclear University "MEPhI"10.26583/GNS-2018-01-05USAWMAglonucsec-462Research ArticleИЗЫСКАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯRESEARCH, DESIGN, CONSTRUCTION AND INSTALLATION OF NUCLEAR FACILITIES MANUFACTURING EQUIPMENTОРБИТАЛЬНАЯ ГИБРИДНАЯ ЛАЗЕРНО-ДУГОВАЯ СВАРКА ТРУБОПРОВОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЫСОКОМОЩНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯOrbital Hybrid Laser-arc Welding Using a High-power Fibre Laser for Pipeline Constructionhttps://orcid.org/0000-0002-4350-3850ГоокС. Э.GookS. E.ГуменюкА. В.GumenyukA. V.https://orcid.org/0000-0001-8123-6696РетмайерМ.RethmeierM.Общество Фраунгофера, Институт производственных систем и технологий конструирования ИПКГерманияFraunhofer Institute for Production Systems and Design TechnologyGermanyОбщество Фраунгофера, Институт производственных систем и технологий конструирования ИПК; Федеральное ведомство по исследованию и испытаниям материалов БАМГерманияFraunhofer Institute for Production Systems and Design Technology; Federal Institute for Materials Research and Testing;GermanyОбщество Фраунгофера, Институт производственных систем и технологий конструирования ИПК; Федеральное ведомство по исследованию и испытаниям материалов БАМ; Берлинский технический университетГерманияFraunhofer Institute for Production Systems and Design Technology; Federal Institute for Materials Research and Testing; Technische Universität BerlinGermany201812032026114757Copyright © Гоок С.Э., Гуменюк А.В., Ретмайер М., 20262026Гоок С.Э., Гуменюк А.В., Ретмайер М.Gook S.E., Gumenyuk A.V., Rethmeier M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://glonucsec.elpub.ru/jour/article/view/462

Целью настоящей работы являлось исследование орбитального гибридного лазерно-дугового процесса для оценки его применимости для сварки кольцевых неповоротных стыков толстостенных труб большого диаметра. На трубах диаметром 36" с толщиной стенки 16 мм успешно продемонстрирована сварка кольцевого стыка в два полуорбитальных прохода на спуск со средней скоростью процесса 2 м/мин и мощностью лазера 19 кВт. Потолочное положение сварки (участок от 150° до 180°) является наиболее сложным с точки зрения обеспечения качественного формирования корня. Адаптация скорости подачи сварочной проволоки, скорости сварки, а так же применение формирующего газа заметно улучшают качество корня в потолочном положении сварки. Сканирующая оптика зарекомендовала себя как эффективный инструмент позволяющий расширить допуски на зазоры в стыке, а так же компенсировать небольшие ошибки позиционирования сварочной головки относительно стыка. Установленная для сваривемой толщины 16 мм величина зазора, при котором еще возможен стабильный процесс без дефектов сплавления, составляет 0,7 мм. При сварке обычной оптикой без сканирующего модуля величина максимально допустимого зазора кромок составляет 0,3 мм. С применением предварительного подогрева достигнуто увеличение времени охлаждения t8/5 с одной секунды до 16 секунд, что способствовало значительному снижению микротвердости в зоне термического влияния. Настоящие исследования проведены в рамках проекта MNPQ FK19/07 при финансовой поддержке Федерального Министерства образования и исследований Германии. Авторы выражают благодарность партнерам со стороны производства, фирмам Vietz GmbH и HIGHYAG, за плодотворное сотрудничество и предоставление оборудования для проведения экспериментов.

Recently developed fibre lasers provide multi-kilowatt beam power with high quality at impressive energy efficiency. Combined with gas metal arc welding (GMAW) equipment these lasers can be used in a hybrid process to weld thick-walled constructions single-pass, that are currently welded using multi-pass techniques. The main benefits are a reduction of heat induced distortions, due to the low heat input, as well as savings in filler material and process time. Probable applications can be found in power generation, ship building and pipeline constructions. An orbital (girth) laser-hybrid process using a 20 kW fibre laser and a GMAW torch is currently examined at the BAM, Berlin. The aim of this research is to obtain a stable and crack free girth welding process and to demonstrate its application in pipeline construction. The experiments are carried out on 16 mm thick plates as well pipe rings with 36" (914 mm) pipe diameter of X65. Particular welding parameters, such as welding speed, GMAW power, arc length are varied and their influence on the appearance of the weld in the different welding positions is analyzed. Even though issues remain that demand further research it could already be shown that the rings can be welded using a girth hybrid process that is divided into two half girth processes in downward direction.

сваркагибридная лазерно-дуговая сваркаорбитальная сваркатрубопроводы высокого давленияоптоволоконные лазерыhigh-power fibre laserpipelinelaser-hybrid weldingthick platesReferencesNakamura S., Ikuno Y., Maeda T., Furukawa Y., Kodama S.: Automatic control technology of welding machine MAG-II for onshore pipelines. Nippon Steel Technical Report (2005) H. 92, S. 51-55. (in English)Nakamura S., Ikuno Y., Maeda T., Furukawa Y., Kodama S.: Automatic control technology of welding machine MAG-II for onshore pipelines. Nippon Steel Technical Report (2005) H. 92, S. 51-55. (in English)Yapp D., Blackman-S.A.: Recent developments in high productivity pipeline welding JOM 11, 11th International Conference on the Joining of Materials, Helsingör, DK, May 25-28, 2003. (in English)Yapp D., Blackman-S.A.: Recent developments in high productivity pipeline welding JOM 11, 11th International Conference on the Joining of Materials, Helsingör, DK, May 25-28, 2003. (in English)Koga S. et. al.: Study on all position electron beam welding of large diameter pipeline joints (Report1,2) Welding International 15 (2001) pp. 28-33, 92-99. (in English)Koga S. et. al.: Study on all position electron beam welding of large diameter pipeline joints (Report1,2) Welding International 15 (2001) pp. 28-33, 92-99. (in English)Gainand Y. et al.: Laser orbital welding applied to offshore pipe line construction. Pipeline technology Vol. II Elsevier Science 2000 pp. 327-343. (in English)Gainand Y. et al.: Laser orbital welding applied to offshore pipe line construction. Pipeline technology Vol. II Elsevier Science 2000 pp. 327-343. (in English)Moore P.L. et al.: Development of Nd: YAG laser and laser / MAG hybrid welding for land pipeline applications. Welding and Cutting, Vol. 3, No. 3 (2004), pp. 38–43. (in English)Moore P.L. et al.: Development of Nd: YAG laser and laser / MAG hybrid welding for land pipeline applications. Welding and Cutting, Vol. 3, No. 3 (2004), pp. 38–43. (in English)Wahba, M., M. Mizutani, and S. Katayama.: Single pass hybrid laser-arc welding of 25 mm thick square groove butt joints. Materials & Design 97 (2016): 1-6. (in English)Wahba, M., M. Mizutani, and S. Katayama.: Single pass hybrid laser-arc welding of 25 mm thick square groove butt joints. Materials & Design 97 (2016): 1-6. (in English)Russel J.D.: Laser weldability of C-Mn steels. Assessment of Power Beam Welds, European Symposium, Geesthacht/Germany, February 1999. (in English)Russel J.D.: Laser weldability of C-Mn steels. Assessment of Power Beam Welds, European Symposium, Geesthacht/Germany, February 1999. (in English)N.N.: Guidelines for Approval of CO2-Laser Welding in Ship Hull Construction. Classification Societies unified, 1996. (in English)N.N.: Guidelines for Approval of CO2-Laser Welding in Ship Hull Construction. Classification Societies unified, 1996. (in English)Gook S., Gumenyuk A., Stelling K., Lammers M., Rethmeier M.: Schweißen im Dickblechbereich mit einem 20 kW-Faserlaser. DVS-Berichte Bd. 250, DVS-Verlag, Düsseldorf, 2008, pp. 264-270. (in German)Gook S., Gumenyuk A., Stelling K., Lammers M., Rethmeier M.: Schweißen im Dickblechbereich mit einem 20 kW-Faserlaser. DVS-Berichte Bd. 250, DVS-Verlag, Düsseldorf, 2008, pp. 264-270. (in German)Rethmeier M., Gook S., Lammers M., and Gumenyuk A.: Laser-Hybrid Welding of Thick Plates up to 32 mm Using a 20 kW Fibre Laser. Proceedings of the 8th International Welding Symposium - Innovations in Welding and Joining for a New Era in Manufacturing. Japan Welding Society. LW-11, 2008, p. 43. (in English)Rethmeier M., Gook S., Lammers M., and Gumenyuk A.: Laser-Hybrid Welding of Thick Plates up to 32 mm Using a 20 kW Fibre Laser. Proceedings of the 8th International Welding Symposium - Innovations in Welding and Joining for a New Era in Manufacturing. Japan Welding Society. LW-11, 2008, p. 43. (in English)Gumenyuk, A., Rethmeier, M.: Developments in hybrid laser-arc welding technology. In Handbook of Laser Welding Technologies, pp. 505-521, 2013. (in English)Gumenyuk, A., Rethmeier, M.: Developments in hybrid laser-arc welding technology. In Handbook of Laser Welding Technologies, pp. 505-521, 2013. (in English)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.