СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ ПОЛОС В НЕПРЕРЫВНЫХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ АГРЕГАТАХ Российский патент 2010 года по МПК B23K11/04 B23K101/16 

Изобретение относится к сварочному производству, а точнее к способам и устройствам для контактной стыковой сварки полос, выполняемой на специализированных стыкосварочных машинах, которые устанавливаются в высокопроизводительных металлургических агрегатах (трубосварочных и профилегибочных станах, травильных линиях и пр.).

Периодическая сварка задаваемых в такие агрегаты рулонированных полос обеспечивает непрерывность их работы. В этом случае стыковка рулонов не должна допускать простоев или замедления темпа работы агрегата. Высокая производительность сварочных машин в этих условиях достигается за счет автоматизации сварочного процесса и механизации вспомогательных операций, важнейшей из которых является установка полос в сварочной машине. Качество сварных швов во многом зависит от правильности установки полос, важнейшим фактором для дальнейшей переработки полос, например их формовки в трубы и профили, является точность установки полос по ширине перед сваркой. Смещение полос в стыке, даже на 1…2 мм, вызывает в месте схождения краев стыка нарушение режима сварки продольного сварного шва и приводит к отбраковке этих участков труб или профилей.

Известен способ сварки с механизированной установкой полос в машинах /авт. свид. СССР №208152, H05B 29/10, 03.09.1966/, имеющих в своем составе, наряду со сварочным устройством, встроенные гильотинные ножницы, центрователи и перемещающие устройства, которые автоматически передают зажатые в них полосы с предварительно обрезанными концами из позиции резки в позицию сварки. Встроенные ножницы обеспечивают строгую параллельность торцов обоих обрезаемых концов полос относительно сварочных электродов, а параллельность их установки обеспечивают передающие устройства.

Недостатки такого варианта установки полос связаны с необходимостью создания некоторого запаса полосы, в виде петель, перед и за сварочной машиной для обеспечения работы транспортных кареток машины при установке полос. Указанные петли создаются петлеобразующими механизмами, которые устанавливаются также по обеим сторонам сварочной машины. Жесткость полос при изгибе с увеличением толщины возрастает, и создание петель требует больших усилий и пространства в линии. Передающие и петлеобразующие устройства увеличивают габариты и массу сварочных машин и, в некоторых случаях, например при реконструкции металлургических агрегатов из-за недостатка места по длине, делает невозможным применение таких машин. Кроме этого, увеличение массы сварочной машины приводит к повышению стоимости ее изготовления. С учетом этого обстоятельства описанный способ установки полос в губках машины находит применение в агрегатах, в которых толщина задаваемых полос не превышает 4…6 мм.

Известен также способ сварки с установкой полос по калибровочному ножу, которым дополнительно комплектуются сварочные машины, устанавливаемые в металлургических агрегатах (см. Н.С.Кабанов, Э.С.Слепак "Технология стыковой контактной сварки". - М.: Машиностроение, 1970 г., с.120-121). После окончания очередного рулона и прохождения его конца оси сварки калибровочный нож опускают в сварочную зону между губками неподвижной и подвижной станин, а концы обеих полос подают механизмами линии до упора в него и зажимают в губках. Затем калибровочный нож поднимают в верхнее исходное положение и производят сварку полос.

Недостатки известного способа установки полос связаны с существенным усложнением конструкции сварочной машины при оснащении ее калибровочным ножом и повышением металлоемкости оборудования. При задаче полос в машину нож должен выдерживать большие ударные нагрузки и при этом должен сохранять постоянным свое расположение относительно оси сварки. Подъем ножа после установки полос нередко сопровождается его заклиниванием, а клиновая обработка для предупреждения этого явления снижает точность установки полос. Другим недостатком приведенного способа является необходимость дополнительного отвода подвижной станины сварочной машины на толщину калибровочного ножа. Увеличенный ход подвижной станины в этом случае увеличивает длительность сварочного цикла и объем цилиндров, перемещающих подвижную станину.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ контактной стыковой сварки преимущественно широких и толстых полос, раскрытый в RU 2277463 С2, B23K 11/04, 101/06 27.10.2005, на стыкосварочных машинах, установленных в непрерывных металлургических агрегатах и содержащих подвижную и неподвижную станины с зажимами, имеющими нижние и верхние зажимные губки, подающие ролики перед и за машиной, привод перемещения подвижной станины, а также датчик, регистрирующий фактическое положение подвижной станины и воздействующий на систему управления сварочной машиной, при котором система управления после завершения очередной сварки и поднятия зажимов производит отведение подвижной станины по показаниям датчика положения на половину исходного расстояния между губками машины, что соответствует вылету заднего конца полосы, и после прохода через металлургическую линию ранее приваренного рулона формирует команду на проведение операций установки концов полос в определенной последовательности.

Однако в предлагаемых способе и устройстве не решен вопрос центровки устанавливаемых полос, хотя известно, что полосы имеют серповидность и обрезанные в линии концы полос точно установить по ширине без предварительной их центровки весьма затруднительно. Передача полос роликами очень часто приводит к боковому смещению концов полос из-за неравномерного прижатия полос подающими роликами по ширине. Опыт работы машин такого типа показывает, что легче предупредить смещение полос при передаче к зажимам, чем выравнивать концы толстых полос перед их зажатием.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является оптимизация технологических приемов при настройке установочных параметров режима сварки, совершенствование машины контактной стыковой сварки с уменьшением ее металлоемкости и повышением точности настройки оптимальных параметров режима, с обеспечением сварки более широкого сортамента полос по толщине и заключается в повышении качества сварного шва, в упрощении конструкции машины, в увеличении производительности работы металлургического агрегата, в обеспечении простоты его обслуживания с высокой точностью установки полос перед сваркой по ширине.

Технический результат достигается тем, что для контактной стыковой сварки полос на установленных в непрерывных металлургических агрегатах стыкосварочных машинах, содержащих подвижную и неподвижную станины с зажимами, имеющими нижние и верхние зажимные губки, привод перемещения подвижной станины, а также датчик, регистрирующий фактическое положение подвижной станины и воздействующий на систему управления сварочной машиной, предложен способ, при котором системой управления машиной после завершения очередной сварки и поднятия зажимов производят установку подвижной станины в положение начала сварки, после подхода переднего конца полосы к встроенным ножницам и центрователю опускают верхний суппорт ножниц в промежуточное положение и сводят центрователь, прижимают полосу, разводят центрователь и обрезают полосу, поднимают верхний суппорт в исходное положение, перемещают передний конец к зажиму и зажимают его в губках неподвижной станины, после подачи к ножницам и центрователю следующей полосы опускают верхний суппорт ножниц в промежуточное положение, сводят центрователь, прижимают полосу, разводят центрователь, обрезают задний конец полосы и передают его к зажиму неподвижной станины при обеспечении отсутствия бокового смещения относительно переднего сведенным центрователем, для этого после обрезки заднего конца полосы перед передачей его к зажиму поднимают верхний суппорт ножниц в промежуточное положение, сводят центрователь и перемещают полосу к зажиму, после зажима заднего конца полосы в губках неподвижной станины разводят центрователь, поднимают прижимы и верхний суппорт ножниц в исходное положение, затем производят сварку полос, а устройство, реализующее предлагаемый способ, представляет собой машину для контактной стыковой сварки полос в непрерывных металлургических агрегатах, содержащую подвижную и неподвижную станины с зажимами, снабженными зажимными губками, привод перемещения подвижной станины в виде гидроцилиндра, связанный со станинами датчик линейных перемещений, встроенные ножницы с верхним и нижним суппортами, центрователь с двумя лапками, установленными с возможностью синхронного сведения к линии оси полосы, при этом зажимные подающие ролики оснащены датчиками перемещения полос, а на лапках центрователя размещены ролики, установленные с возможностью вращения при контакте с полосой, при этом машина оснащена высокоточным датчиком, регистрирующим фактическое положение подвижной станины при ее движении, и иметь систему управления, позволяющую останавливать станину в заданных позициях по показаниям упомянутого датчика, а зажимные подающие ролики снабжаются счетчиками перемещения полос. Система управления машиной может быть реализована на основе программируемого контроллера и должна обеспечивать заложенный в программу алгоритм работы механизмов машины в период установки полос под сварку и в процессе сварки, и в памяти системы управления машины должен храниться весь пакет программ технологических режимов сварки, с выбором оптимальных значений вылетов полос (L_выл) и исходных расстояний между губками (Δ_исх) для всего сортамента полос, перерабатываемых в данном металлургическом агрегате.

Заявляемый способ контактной стыковой сварки полос и устройство для его осуществления приведены на фиг.1, 2, 3, где:

- на фиг.1 схематично показана заявляемая стыкосварочная машина (разрез по оси) с проходящей через нее полосой.

- на фиг.2 представлен вид по стрелке А на фиг.1 на центрователь и верхний суппорт встроенных ножниц машины в исходном положении;

- на фиг.3 изображен вид по стрелке А на фиг.1 на центрователь машины в положении передачи к зажиму переднего конца полосы.

Машина контактной стыковой сварки содержит неподвижную 1 и подвижную 2 станины с зажимами 3 и 4, снабженными зажимными губками 5 и 6, привод перемещения подвижной станины 7 в виде гидроцилиндра, встроенные гильотинные ножницы с верхним 8 и нижним 9 суппортами, встроенный центрователь 10, связанный со станинами датчик линейных перемещений 11, передающий информацию в систему программного управления сварочной машиной, две пары подающих роликов на входе 12 и выходе 13 машины, сварочный трансформатор 14 и контроллер для обеспечения заданного алгоритма работы машины, а также машина дополнительно снабжена роликами 15, расположенными на лапках встроенного центрователя 10, а подающие ролики 12 и 13 оснащены счетчиками 16 и 17 длины перемещения полос 18.

Концы полос 18, поступающих из разматывателя агрегата в сварочную машину, центрируют перед обрезкой встроенным центрователем 10.

Полосы центрируют по оси агрегата и зажимают в подающих роликах 12 - передний конец, а в роликах 13 - задний конец. Перед обрезкой концов полос внутренний встроенный центрователь 10 разводят, а полосы удерживают от смещения ролики 12 и 13, обеспечивая тем самым совмещение концов полос по ширине при установке. Подающие ролики 12 и 13 также осуществляют подачу концов полос и установку их в машине в позицию «сварка». Датчик перемещения 11 посылает в систему управления машиной сигналы об исходном положении подвижной станины перед сваркой и расстоянии между губками машины при оплавлении и осадке в процессе сварки. Счетчики 16 и 17 длины перемещения полос, которыми оснащены подающие ролики 12 и 13, позволяют установить вылеты концов полос под зажимные губки с высокой точностью. Выбор вылета концов полос L_в и исходного расстояния Δ_исх производится системой управления сварочной машиной автоматически из заложенного в нее пакета оптимальных технологических программ в зависимости от толщины и ширины полос, а также марки стали полос, поступающих на переработку в металлургический агрегат.

Заявляемый способ контактной стыковой сварки и заявляемое устройство осуществляется следующим образом:

- после окончании переработки рулона, его задний конец (передний по положению его задачи в агрегат) останавливают в сварочной машине вблизи встроенных ножниц, опускают в промежуточное положение верхний суппорт 8 и полосу центрируют центрователем 10 в узкой щели между ножами верхнего 8 и нижнего 9 суппортов ножниц, зажимают подающими роликами 12, при этом счетчик длины 17 соприкасается с полосой и готов к отсчету, после разведения центрователя 10 обрезают ножницами передний конец полосы, верхний суппорт 8 поднимают в исходное положение, а передний конец полосы перемещают роликами 12 к зажимным губкам 6 в положение сварки, при этом счетчик длины 17 перемещения полос дает команду на остановку роликов 12 после отсчета заданной величины (от кромки ножей встроенных ножниц до губок 6 подвижной станины 2);

- опускают зажим 4 подвижной станины 2 и поднимают ролики 12, при этом счетчик длины 17 обнуляют;

- при подходе переднего конца следующего рулона (задний по его положению в агрегате) его останавливают в сварочной машине вблизи встроенных ножниц, опускают верхний суппорт 8 ножниц, сводят лапки центрователя 10, опускают ролики 13 и зажимают задний конец полосы, при этом счетчик длины 16 соприкасается с полосой и готов к отсчету, после разведения лапок центрователя 10 задний конец полосы обрезают встроенными ножницами, после этого верхний суппорт 8 ножниц поднимают в промежуточное положение и снова сводят лапки центрователя 10;

- подающие ролики 13 перемещают задний конец полосы к зажимным губкам 5 неподвижной станины 1, при этом счетчик длины 16 перемещения полосы дает команду на остановку роликов 13 после отсчета заданной величины (от кромки ножей встроенных ножниц до губок 5 неподвижной станины 1), а ролики 15, которыми оснащены лапки центрователя 10, удерживают полосу от бокового смещения и позволяют установить задний конец полосы напротив зажатого в губках 6 переднего конца полосы с высокой точностью;

- задний конец полосы зажимают в зажиме 3 губками 5 неподвижной станины и поднимают в исходное положение верхний суппорт 8 ножниц и прижимные ролики 13, при этом счетчик длины 16 обнуляют;

- включают сварочный трансформатор 14 и привод 7 на оплавление полос 18 и осадку стыка;

- затем поднимают зажимы 3 и 4 неподвижной 1 и подвижной 2 станин, дают разрешение на транспортировку полос 18 в агрегат, а подвижную станину 2 перемещают в исходное положение для проведения следующей сварки.

Система управления сварочной машиной реализована на базе программируемого контроллера, который хранит в памяти программы технологических режимов сварки с выбором оптимальных значений вылетов концов и исходных расстояний между губками для всего сортамента полос, перерабатываемых в металлургическом агрегате, в котором установлена данная сварочная машина. Контроллер обеспечивает также автоматическую перестройку параметров режима при изменении размеров полосы или марки стали, задаваемой в агрегат. Информацию о необходимости перестройки вводит оператор сварочной машины или она поступает из АСУ ТП цеха.

Применение предложенного способа контактной стыковой сварки полос в непрерывных металлургических агрегатах, включающего перемещение полос при поднятых губках подвижной и неподвижной станин сварочной машины, установку подвижной станины в заданное положение и подготовку концов полос к сварке, выполняемой в виде следующих последовательных технологических операций, после завершения очередной сварки и поднятия зажимов, производят установку подвижной станины в положение начала сварки, после подхода переднего конца полосы к встроенным ножницам и центрователю опускают верхний суппорт ножниц в промежуточное положение и сводят центрователь, прижимают полосу, разводят центрователь и обрезают полосу, поднимают верхний суппорт в исходное положение, перемещают передний конец к зажиму и зажимают его в губках неподвижной станины, после подачи к ножницам и центрователю следующей полосы опускают верхний суппорт ножниц в промежуточное положение, сводят центрователь, прижимают полосу, разводят центрователь, обрезают задний конец полосы и передают его к зажиму неподвижной станины при обеспечении отсутствия бокового смещения сведенным центрователем, для чего после реза поднимают верхний суппорт ножниц в промежуточное положение, сводят центрователь и перемещают полосу к зажиму, после зажима заднего конца полосы в губках неподвижной станины разводят центрователь, поднимают прижимы и верхний суппорт ножниц в исходное положение, производят сварку полос, не только повышает качество сварных соединений полос и их пригодность к дальнейшей переработке в металлургических агрегатах, но и облегчает работу обслуживающего персонала и ограничивает влияние субъективного фактора при настройке сварочных машин. Наиболее эффективно его использование на стыкосварочных машинах, которые установлены в универсальных трубосварочных агрегатах, изготавливающих трубы широкого ассортимента с различной толщиной стенки.

Предложенное устройство для осуществления указанного выше способа выполнено в виде машины для контактной стыковой сварки полос в непрерывных металлургических агрегатах, содержащей подвижную и неподвижную станины с зажимами, снабженными зажимными губками, привод перемещения подвижной станины в виде гидроцилиндра, связанный со станинами датчик линейных перемещений, встроенные ножницы с верхним и нижним суппортами, зажимные подающие ролики, размещенные на входе и выходе машины, а также управляющий контроллер и центрователь с двумя лапками, которые оснащены роликами, установленными с возможностью вращения при контакте с полосой, что позволяет:

- обеспечить точность вылетов концов полос из губок для сварки;

- сцентрировать полосы при установке их перед сваркой;

- избежать подгаров губок при оплавлении полос;

- обеспечить бездефектное формование трубы в месте стыков.

Изобретение может быть использовано для контактной стыковой сварки полос на специализированных стыкосварочных машинах, установленных в высокопроизводительных металлургических агрегатах, например, трубосварочных и профилегибочных станах, травильных линиях и т.п. Встроенные ножницы устройства имеют верхний и нижний суппорты. Центрователь выполнен с двумя лапками, на которых размещены ролики с возможностью синхронного сведения к линии оси полосы, установленные с возможностью вращения при контакте с полосой. Подвижная станина оснащена датчиком ее положения, связанным с управляющим контроллером. Размещенные на входе и выходе устройства зажимные подающие ролики оснащены счетчиками перемещения полос, связанными с контроллером. Изобретения оптимизируют технологические приемы при настройке установочных параметров режима сварки, обеспечивают точное совмещение концов полос при их установке в губки машины, при этом позволяют сваривать более широкий сортамент полос по толщине. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ контактной стыковой сварки полос в непрерывных металлургических агрегатах, при котором производят установку подвижной станины в соответствии с датчиком ее положения, после подхода заднего конца предыдущей полосы к встроенным ножницам с центрователем опускают верхний суппорт ножниц в промежуточное положение и центрируют полосу между ножами верхнего и нижнего суппортов встроенных ножниц, зажимают полосу подающими роликами с соприкосновением с ней счетчика длины ее перемещения, после разведения лапок центрователя обрезают задний конец полосы, поднимают верхний суппорт ножниц в исходное положение и перемещают задний конец полосы к зажимным губкам подвижной станины в положение сварки до остановки роликов по команде контроллера, связанного с упомянутым счетчиком, и зажимают его в губках подвижной станины, после чего перемещают передний конец следующей полосы до остановки вблизи встроенных ножниц с центрователем, опускают верхний суппорт ножниц, центрируют полосу и зажимают передний конец полосы в подающих роликах с соприкосновением с ней счетчика длины ее перемещения, после разведения лапок центрователя обрезают передний конец полосы, поднимают верхний суппорт ножниц в промежуточное положение и снова сводят лапки центрователя, затем перемещают подающими роликами передний конец полосы к зажимным губкам неподвижной станины до остановки роликов по команде контроллера, связанного со счетчиком перемещения, устанавливают передний конец полосы напротив зажатого заднего конца полосы и зажимают его в губках неподвижной станины, разводят центрователь и подающие ролики, поднимают верхний суппорт ножниц в исходное положение и производят сварку полос.

2. Устройство для контактной стыковой сварки полос в непрерывных металлургических агрегатах, содержащее сварочный трансформатор, подвижную и неподвижную станины с зажимами, снабженными зажимными губками, привод перемещения подвижной станины, датчик ее положения, связанный с управляющим контроллером, встроенные ножницы с верхним и нижним суппортами, центрователь с двумя лапками, на которых размещены ролики с возможностью синхронного сведения к линии оси полосы и установленные с возможностью вращения при контакте с полосой, а также размещенные на входе и выходе устройства зажимные подающие ролики, оснащенные счетчиками перемещения полос.