УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОПРОХОДНОЙ СВАРКИ НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБ Российский патент 1995 года по МПК B23K31/02 

Изобретение относится к сварке, в частности к многопроходной сварке неповоротных стыков труб с раскладкой проходов шва, и может найти применение в судостроении, машиностроении, нефтяной и химической промышленности.

Наиболее эффективно предлагаемое устройство может быть использовано при монтаже и ремонте энергетических установок, где элементы конструкции создают условия затесненности в любых пространственных положениях.

В настоящее время при сварке неповоротных стыков труб широко используют технологию, предусматривающую выполнение многопроходной сварки с раскладной проходов. При этом каждый проход формируется двумя полукольцевыми валиками "на спуск" или "на подъем".

Как правило при сварке "на спуск" используют плавящийся электрод и полукольцевые валики каждого прохода выполняют встык, а при сварке "на подъем" используют неплавящийся электрод и полукольцевые валики выполняют с перекрытием.

При этом точная стыковка согласно заданной технологии полукольцевых валиков каждого прохода и раскладка стыков всех смежных проходов относительно друг друга вдоль сварного шва предопределяют качество сварного шва.

Известно устройство для сварки неповоротных стыков труб [1] содержащее корпус, планшайбу со сварочной горелкой, привод вращения планшайбы, узел крепления устройства на трубе, приводной механизм колебаний сварочной горелки, механизм поперечного перемещения и механизм настройки на стык.

В устройстве корпус шарнирно крепится к подвижной направляющей, а узел выдерживания дугового зазора выполнен в виде системы автоматической регулировки напряжения на дуге.

Конструктивные особенности устройства позволяют расширить его функциональные и технологические возможности. Устройство можно использовать для сварки неповоротных стыков, имеющих различную по состоянию поверхность, разделку и толщину сварного стыка, расположение под различным углом.

Однако рассматриваемое устройство не может обеспечить сварку при любых условиях затесненности. Например, его нельзя использовать при затесненности, которую характеризует близость наружных стенок свариваемых труб к полу и другим элементам свариваемой конструкции в направлении оси труб, т.е. технологические возможности известного устройства ограничены и в этом состоит его существенный недостаток.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является автомат сварочный АСП-600Н, содержащий основание, планшайбу с зубчатым венцом и сварочной горелкой и привод вращения планшайбы.

Автомат обеспечивает многопроходную сварку неповоротных стыков труб в стесненных условиях. Каждый проход формируется двумя полукольцевыми валиками "на спуск".

Окончание сварки каждого валика и стыковка валиков прохода, а также раскладка стыков проходов вдоль разделки осуществляется вручную при визуальном наблюдении за процессом сварки.

При этом, когда горелка находится в потолочном положении и визуальное наблюдение за стыковкой валиков прохода невозможно, используют зеркала и перископы.

Автомат позволяет повысить качество сварки путем обеспечения корректировки положения сварочной горелки в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, как при установке ее на стык, так и в процессе сварки.

Однако автомат имеет существенные недостатки.

Его конструкция не обеспечивает автоматизации операции по стыковке валиков прохода и раскладки стыков смежных проходов.

Очевидно, что при ручном отключении процесса сварки добиться точной стыковки валиков прохода без зазора или перехлеста, а также технологически заданной раскладки стыков валиков всех проходов вдоль сварного шва невозможно.

Следовательно, невозможно получить высокое качество сварного шва.

В условиях повышенной затесненности, когда стенки свариваемых труб находятся в непосредственной близости от пола или соседних деталей свариваемой конструкции, автомат использовать вообще не возможно.

Цель изобретения расширение технологических возможностей путем обеспечения сварки в стесненных условиях и повышения качества сварки.

Это достигается тем, что устройство снабжено узлом раскладки стыков проходов, выполненным в виде редуктора, включающего корпус, приводную шестерню, ведомый вал с двумя кулачками и конечные выключатели, при этом ведомый вал оснащен поводковой втулкой с червячным венцом, а также диском, снабженным червяком и установленным на поводковой втулке с возможностью взаимодействия червяка с червячным венцом, при этом кулачки жестко установлены один на поводковой втулке, другой на диске, поводковая втулка снабжена приводом и сочленена с ведомым валом посредством фрикционной связи, редуктор установлен на упомянутом основании с возможностью взаимодействия приводной шестерни с зубчатым венцом планшайбы, конечные выключатели установлены на корпусе редуктора с возможностью взаимодействия каждого с соответствующим кулачком и электрически связаны с реверсивным приводом вращения планшайбы, а последний электрически связан с системой управления.

Кроме того, упомянутая фрикционная связь выполнена в виде набора подпружиненных дисков, одни из которых кинематически связаны с ведомым валом, другие с поводковой втулкой.

Существенными отличительными признаками, т.е. новыми свойствами заявляемой совокупности признаков, не совпадающими с известными в науке и технике решений, являются следующие.

Выполнение узла раскладки стыков проходов в виде редуктора, включающего приводную шестерню и ведомый вал, установка редуктора на неподвижном основании устройства с возможностью взаимодействия его приводной шестерни с зубчатым венцом планшайбы позволяют обеспечить заданную передачу, при которой один оборот планшайбы соответствует одному обороту ведомого вала редуктора.

Оснащение редуктора конечными выключателями, а ведомого вала двумя кулачками, установка конечных выключателей на корпусе редуктора с возможностью взаимодействия каждого с соответствующим кулачком, а также электрическая связь конечных выключателей с реверсивным приводом вращения планшайбы позволяют обеспечить поочередное отключение право- и левостороннего вращения планшайбы в автоматическом режиме.

Но, как известно, конечные выключатели имеют допуск на срабатывание. При работе конечных выключателей это может привести к тому, что полукольцевые валики прохода могут не достичь стыковки или образовывать нахлест.

Снабжение ведомого вала поводковой втулкой с червячным венцом, а также диском, снабженным червяком и установленным на поводковой втулке с возможностью взаимодействия червяка с червячным венцом, а также жесткая установка кулачков одного на поводковой втулке, другого на диске, позволяют с помощью привода червяка обеспечить разворот диска относительно поводковой втулки и тем самым осуществить орбитальный разворот кулачков относительно друг друга.

Такое конструктивное решение позволяет на стадии монтажа устройства осуществить настройку кулачков относительно друг друга и соответственно установку их относительно конечных выключателей и тем самым обеспечить автоматическое отключение лево и правостороннего перемещения горелки с беззазорной точкой стыковкой полукольцевых валиков всех проходов сварного шва.

Снабжение поводковой втулки приводом и сочленение ее с ведомым валом посредством фрикционной связи, выполнение последней в виде набора подпружиненных дисков, одни из которых кинематически связаны с ведомым валом, другие с поводковой втулкой, позволяют принудительно, синхронно разворачивать оба кулачка в ту или другую сторону.

Это дает возможность по окончании формирования каждого прохода согласно технологической карты раскладки стыков проходов смещать стык очередного прохода в ту или другую сторону относительно смежных стыков.

Таким образом предлагаемое устройство обеспечивает выполнение каждого прохода сварного шва с автоматическим отключением сварки после выполнения каждого полукольцевого валика и с точной беззазорной их стыковкой, а также раскладку стыков всех проходов вдоль разделки по заданному технологическому процессу.

Это предопределяет высокое качество сварки и расширение технологических возможностей, так как обеспечивает сварку при любой затесненности неповоротных стыков труб.

Перечисленные преимущества предлагаемого устройства позволяют считать его технологически необходимым сварочным оборудованием в стесненных условиях, например при монтаже и ремонте труб реактора типа РБМК-1000.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники, признаки, отличающие изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг.1 показано устройство, общий вид (горелка находится в потолочном положении сварного стыка); на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 сечение А-А на фиг.2 (показаны установка одного из кулачков узла раскладки на диске и взаимодействие червяка с червячным венцом поводковой втулки); на фиг.4 схема варианта возможной затесненности условий сварки, направления движения горелки при сварке полукольцевыми валиками "на спуск" и условные границы пространственных положений сварного стыка труб; на фиг.5 вид по стрелке Б на фиг.4 (раскладка стыков полукольцевых валиков проходов вдоль сварного шва).

Предлагаемое устройство включает основание 1, планшайбу 2 с зубчатым венцом 3 и сварочной горелкой 4, реверсивный привод 5 вращения планшайбы с выходной шестерней 6, узел 7 раскладки стыков проходов и систему управления (не показана).

Реверсивный привод 5 установлен на неподвижном основании 1.

Узел 7 раскладки стыков проходов, выполнен в виде редуктора и включает корпус 10, приводную шестерню 11, ведомый вал 12 с кулачками 13 и 14 и конечные выключатели 15 и 16. Передаточное число зацепления зубчатого венца 3 планшайбы 2 с приводной шестерней 11 редуктора 7 выбрано таким образом, что один оборот планшайбы соответствует одному обороту ведомого вала 12 редуктора. Ведомый вал 12 (см. фиг.2) оснащен поводковой втулкой 20 с червячным венцом 21, а также диском 22, снабженным червяком 23. Диск 22 установлен на поводковой втулке 20 с возможностью взаимодействия червяка 23 с червячным венцом 21 (см. фиг.3). Кулачки 13 и 14 жестко установлены соответственно на поводковой втулке 20 и на диске 22.

Поводковая втулка 20 снабжена приводом 25 и сочленена с ведомым валом 12 посредством фрикционной связи 26.

Фрикционная связь 26 выполнена в виде набора подпружиненных пружиной 27 дисков 28, одни из которых кинематически связаны с ведомым валом 12, другие с поводковой втулкой 20. Узел 7 раскладки стыков проходов установлен на основании 1 устройства с возможностью взаимодействия приводной шестерни 11 с зубчатым венцом 3 планшайбы 2. На его корпусе 10 установлена шкала 29, а на ручном приводе 25 поводковой втулки 20 указатель 30.

Конечные выключатели 15 и 16 установлены на корпусе 10 редуктора с возможностью взаимодействия с кулачками 13 и 14 соответственно. Конечные выключатели 15 и 16 связаны с электрическими цепями управления реверсивного привода 5 соответственно право- и левостороннего вращения планшайбы.

На стадии монтажа устройства на стенде производится настройка, которая обеспечивает в процессе сварки точную, технологически заданную стыковку полукольцевых валиков прохода "в стык" или "внахлестку".

Настройка устройства для сварки по технологии "в стык" производится следующим образом.

Право- и левостороннее вращение планшайбы при выполнении полукольцевых валиков ограничивается кинематическим замыканием соответственно кулачка 13 с конечным выключателем 15 и кулачка 14 с конечным выключателем 16.

До установки приводной шестерни 11 редуктора 7 в зацепление с зубчатым венцом 3 планшайбы 2 горелка 4 при правостороннем вращении планшайбы устанавливается в потолочном положении трубы на диаметральной ее оси (см. фиг.1 и 4). Это положение горелки фиксируется кинематическим замыканием кулачка 13 с конечным выключателем 15. Для этого вращением вручную приводной шестерни 11 ведомый вал 12 вместе с поводковой втулкой 20 и кулачком 13 разворачивают до упомянутого контакта кулачка с конечным выключателем. Затем производят кинематическое зацепление приводной шестерни 11 с зубчатым венцом 3 планшайбы 2. Таким образом производят настройку ограничения правостороннего вращения планшайбы со сварочной горелкой для выполнения полукольцевого правостороннего валика прохода. Далее производят настройку положения второго кулачка 14 для ограничения вращения планшайбы при выполнении левостороннего полукольцевого валика прохода. Для этого горелка 4 при левостороннем вращении планшайбы разворачивается на 360^о против часовой стрелки и устанавливается опять на диаметральной оси трубы в потолочном положении. Затем с помощью поворота червяка 23 диск 22 с кулачком 14 разворачивают относительно поводковой втулки 20 с кулачком 13 до тех пор, пока не будет достигнуто кинематическое замыкание кулачка 14 с конечным выключателем 16.

Установка кулачков относительно конечных выключателей на стадии монтажа устройства обеспечивает стабильную точность стыковки полукольцевых валиков всех проходов в процессе сварки.

По завершению настройки кулачков указатель 30 устанавливается на отметку "0" шкалы 29.

Такая настройка кулачков позволяет осуществлять выбор исходного положения горелки для наплавки первого валика в любом пространственном положении сварного стыка, находящемся вне зоны затесненности.

Аналогично производится настройка устройства для сварки по технологии с перекрытием полукольцевых валиков прохода.

Отличие этой настройки состоит лишь в том, что горелка при ограничении левостороннего вращения планшайбы устанавливается не на диаметральной оси трубы, а смещается от нее соответственно вправо на угол, определяющий линейную величину технологически заданного перекрытия.

Далее приводится описание работы предлагаемого устройства при сварке с выполнением полукольцевых валиков прохода "в стык" как наиболее распространенной технологии плавящимся электродом.

Описание работы устройства предполагает сварку стыка с V-образной разделкой толстостенных труб, продольная ось которых расположена горизонтально.

Перед запуском устройства на режим сварки выполняются следующие операции.

Горелка устанавливается на середину разделки и вдоль стыка переводится в заданную точку начала сварки, например в нижнее положение стыка.

Задается амплитуда колебания горелки для выполнения одиночного валика.

Таким образом, горелка устанавливается на сварной стык в исходное положение для выполнения начального полукольцевого валика прохода сварного шва.

Для запуска устройства в режим сварки включается реверсивный привод вращения планшайбы, возбуждается дуга и включаются исполнительные механизмы.

Выходная шестерня 6 реверсивного привода 5 через зубчатый венец 3 вращает планшайбу 2 с горелкой 4 по часовой стрелке. Одновременно приводная шестерня 11 редуктора 7 разворачивает ведомый вал 12, а с ним через фрикционные диски 28 поводковую втулку 20 с кулачком 13 до момента кинематического замыкания последнего с конечным выключателем 15. При срабатывании конечного выключателя 15 сварка прекращается. Правосторонний полукольцевой валик первого прохода сварного шва выполнен.

Затем срабатывает реверс привода 5 вращения планшайбы. Горелка на холостом ходу возвращается в исходное нижнее положение, откуда должна начаться сварка, т.е. выполнение левостороннего полукольцевого валика прохода.

Одновременно в процессе сварки против часовой стрелки разворачивается и ведомый вал редуктора вместе с кулачком 14. Этот разворот осуществляется до момента кинематического замыкания кулачка 14 с конечным выключателем 16. Этот момент совпадает со стыковкой полукольцевых валиков прохода. Сварка прекращается. Один проход сварного шва выполнен.

Горелка на холостом ходу и маршевой скорости возвращается в исходное нижнее положение.

С помощью ручки привода 25 указатель 30 разворачивают вправо или влево и по шкале 29 фиксируют его положение согласно заданной технологии раскладки стыков проходов.

При этом посредством фрикционных дисков 28 принудительно разворачивается поводковая втулка 20 вместе с кулачками 13 и 14 относительно ведомого вала 12 на заданный угол для смещения стыка полукольцевых валиков последующего прохода.

Наплавка последующих проходов сварного шва выполняется аналогично описанному процессу.

Сварка осуществляется до полного заполнения разделки.

В предлагаемом устройстве привод 25 поводковой втулки 20 для упрощения условно показан в виде ручки. Предполагается его исполнение в виде электропривода, а управление от общей управляющей схемы, обеспечивающей раскладку как проходов, так и стыков проходов вдоль разделки.

Изобретение позволяет повысить качество сварки и расширить технологические возможности известного оборудования, обеспечив в автоматическом режиме стыковку полукольцевых валиков проходов вдоль сварного стыка. Устройство обеспечивает качественную сварку в особо стесненных условиях, например при изготовлении и ремонте монтажных стыков труб в реакторах атомных станций.

Ожидаемый экономический, социальный, так и экологический эффект, заключается в надежности свариваемых стыков труб упомянутых объектов, которую гарантирует высокое качество сварки, обеспечиваемое предлагаемым устройством.

Использование: для многопроходной сварки стыков толстостенных труб при любых условиях затесненности. Сущность: устройство снабжено узлом управления стыковкой и раскладкой стыков проходов, новизна конструкции которого и взаимосвязь с другими исполнительными узлами позволяют автоматизировать выполнение стыковки полукольцевых валков каждого прохода и раскладку стыков проходов вдоль разделки по технологически заданной программе. Это обеспечивает расширение технологических возможностей устройства и высокое качество сварки. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОПРОХОДНОЙ СВАРКИ НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБ с формированием двух полукольцевых валиков в каждом проходе, содержащее основание, планшайбу с зубчатым венцом и сварочной горелкой, реверсивный привод вращения планшайбы, а также систему управления, отличающееся тем, что система управления снабжена узлом управления стыковкой валиков прохода и раскладкой стыков проходов, выполненным в виде редуктора, включающего корпус, установленный на основании, приводную шестерню, установленную в корпусе с возможностью взаимодействия с зубчатым венцом планшайбы, ведомый вал, установленный с возможностью взаимодействия с приводной шестерней, приводную поводковую втулку с червячным венцом, связанную с ведомым валом посредством фрикционной передачи, диск, установленный на поводковой втулке с возможностью поворота, червяк, установленный с возможностью взаимодействия с червячным венцом поводковой втулки и с диском, два кулачка, жестко установленных один на поводковой втулке, другой на диске, и конечные выключатели, установленные на корпусе редуктора с возможностью взаимодействия с соответствующим кулачком и электрически связанные с реверсивным приводом вращения планшайбы. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фрикционная передача выполнена в виде набора подпружиненных дисков, одни из которых кинематически связаны с ведомым валом, другие с поводковой втулкой.