БЕЗДЕФОРМАЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ ВАФЕЛЬНЫХ ПАНЕЛЕЙ Российский патент 2010 года по МПК B23K28/00 B23K31/02 B23K101/02 

Изобретение относится к технологии изготовления сварных конструкций и может быть использовано в судостроении, авиационной, космической и других областях промышленности.

Аналоги изобретения заявителем не выявлены.

На практике изготовление сварных вафельных панелей с взаимно пересекающимися ребрами с применением автоматической сварки сквозным проплавом неплавящимся электродом осуществляется следующим образом.

Листовую обшивку перед сваркой закрепляют по контуру в жесткой раме. Поочередно устанавливают на ребро, зажимают между двумя подкладными опорами, смонтированными на основании, и сваривают с обшивкой ребра поперечного, а затем продольного набора ребер. Подкладные опоры представляют собой две массивные плоские балки, установленные на ребро и соединенные между собой зажимными винтами. При поочередной сборке обшивки с ребрами поперечного набора ребер, после установки очередного ребра в нужное положение и зажима его в подкладных опорах, на основание подкладных опор над ребром устанавливают раму с обшивкой. Собранная таким образом конструкция подводится к сварочной установке и устанавливается в заданное траекторией сварки положение. Обшивку по месту расположения будущего сварного шва прижимают к ребру и подкладным опорам сверху клавишами пневмоприжимов и сваривают их сквозным проплавом. После сварки с обшивкой всех ребер поперечного набора в них, перпендикулярно их осям, прорезают пазы для последующей установки в эти пазы ребер продольного набора. Ширина пазов выполняется соизмеримой с толщиной продольных ребер. Ребра продольного набора ребер также поочередно жестко фиксируют в подкладных опорах. Затем устанавливают над ними обшивку с ребрами поперечного набора с прорезанными в них пазами, расположенными по прямой линии, совмещают с очередным продольным ребром предназначенные для него пазы и устанавливают его в них. Собранную конструкцию сваривают так же, как при сварке обшивки с ребрами поперечного набора. После приварки всех ребер к обшивке вафельную панель вынимают из рамы и направляют на отжиг для снятия сварочных напряжений и термической правки полученных деформаций. В результате деформаций от продольной и поперечной усадки сварных соединений, получаемых при формировании сварного шва, продольные ребра изменяют свое положение относительно продольной оси панели, и происходит коробление обшивки панели. Контрольные измерения фиксируют вогнутость продольных ребер к центру, к продольной оси панели, и максимальную утяжку обшивки панели в районе ее поперечной оси. При этом наибольшей величины (3-4 мм) деформация достигает на крайних продольных ребрах в районе поперечной оси вафельной панели. Это является значительным отклонением от требований конструкторской документации (допуск 2^-0,5 мм), снижающим прочностные характеристики сварной конструкции и эксплуатационные качества объекта техники, например, летательного аппарата, в котором применяются данные панели.

Задачей данного изобретения является сохранение в процессе сварки и после нее заданных прочностных характеристик и эксплуатационных качеств сварных вафельных панелей, а также их геометрической целостности и размерной стабильности в соответствии с требованиями конструкторской документации, без применения сложного и дорогостоящего оборудования, силового и/или нагревательного.

Технический результат, который обеспечивает данное изобретение, заключается в устранении или сведении к минимуму проявлений остаточных сварочных деформаций при соединении ребер вафельной панели с обшивкой с помощью автоматической сварки сквозным проплавом.

Указанный технический результат в предлагаемом способе достигается посредством нагружения свариваемой конструкции, состоящей из обшивки и привариваемых к ней поперечных и продольных ребер, приложением к ним внешних сил, направленных противоположно возникающим при сварке внутренним сварочным напряжениям. Для этого пазы в уже приваренных поперечных ребрах прорезают не по геометрическим осям продольных ребер перпендикулярно поперечным ребрам, а с отступами от оси каждого продольного ребра в наружную от продольной оси панели сторону. Причем величина отступа постепенно увеличивается на каждом последующем поперечном ребре в направлении от первого поперечного ребра к поперечной оси панели, а затем так же постепенно уменьшается от поперечной оси панели к последнему поперечному ребру. То есть пазы располагаются по выпуклым в обе стороны от продольной оси панели кривым так, что если изгибая заправлять в них продольные ребра, находящиеся в свободном состоянии, то каждая пара продольных ребер, симметрично расположенная относительно продольной оси панели, в плане образует выпуклую «бочкообразную» фигуру. После подготовки таким образом поперечных ребер панели в подкладные опоры поочередно устанавливают ребра продольного набора ребер, не зажимая их до конца. На основание опор над очередным ребром устанавливают раму с обшивкой и поперечными ребрами с готовыми пазами. Ребро, изгибая, заправляют в предназначенные для него пазы и зажимают в подкладных опорах окончательно. При зажиме ребро в опорах выпрямляется вдоль своей продольной оси, то есть устанавливается в положение, необходимое для сварки прямолинейного шва на сварочном автомате. Но так как оно установлено в пазах, расположенных по кривой линии, то при выпрямлении в самом продольном ребре, в поперечных ребрах и, соответственно, в обшивке создаются предварительные напряжения, направленные противоположно напряжениям, возникающим при усадке сварного шва, образующегося при сварке продольного ребра с обшивкой. То есть ко всем деталям конструкции панели при сборке ее с очередным продольным ребром оказывается приложена внешняя сила, которая противодействует внутренним силам, возникающим в обшивке и ребрах в процессе формирования сварных швов при сварке поперечных ребер и последующей сварке продольного ребра с обшивкой. Собранную таким образом конструкцию подводят к сварочной установке, обшивку прижимают к ребру клавишами пневмоприжимов и производят автоматическую сварку сквозным проплавом.

Существенными признаками предлагаемого способа изготовления сварных вафельных панелей, обеспечивающими достижение указанного технического результата, являются прорезание пазов в ребрах поперечного набора ребер по выпуклым в обе стороны от продольной оси панели кривым, заправка с изгибом ребер продольного набора ребер в криволинейно расположенные пазы поперечного набора ребер, создание перед сваркой нагрузки на каждое отдельное продольное ребро и всю свариваемую конструкцию за счет выпрямления этого продольного ребра, предварительно установленного в пазы, расположенные по кривой линии, и установки его параллельно продольной оси обшивки. Расположение прорезей определяет новый порядок действий при осуществлении данного способа, что также является существенным признаком способа. Данный порядок действий включает первоначально приваривание к листу обшивки ребер поперечного набора ребер и прорезание в них по выпуклой относительно продольной оси панели кривой пазов под установку в них ребер продольного набора ребер, последующую поочередную установку каждого продольного ребра в подкладные опоры, установку рамы с листовой обшивкой на основание подкладных опор с совмещением концов очередного продольного ребра с предназначенными для него прорезями в первом и последнем поперечных ребрах, заправку продольного ребра в предназначенные для него остальные пазы в ребрах поперечного набора ребер, расположенные по выпуклой кривой, и последующий зажим этого ребра в подкладных опорах до его выпрямления, подведение собранной таким образом конструкции к сварочной установке, прижатие обшивки к ребру клавишами пневмоприжимов и проведение сварки сквозным проплавом.

Способ осуществляется следующим образом. Листовую обшивку перед сваркой закрепляют по контуру в жесткой раме. Поочередно устанавливают в подкладные опоры, смонтированные на основании, и зажимают между ними ребра поперечного набора ребер. Собирают поочередно каждое ребро с обшивкой, устанавливая раму с ней на основание подкладных опор над ребром. Собранную конструкцию перемещают в стенд с клавишными прижимами, которыми прижимают обшивку к ребру, и сваривают их между собой автоматической сваркой сквозным проплавом. Затем в уже приваренных поперечных ребрах прорезают пазы для установки в них ребер продольного набора ребер. Пазы прорезают не по геометрическим осям продольных ребер, а с отступлениями от оси каждого продольного ребра в наружную от продольной оси панели сторону. Причем величина отступа постепенно увеличивается на каждом последующем поперечном ребре в направлении от первого поперечного ребра к поперечной оси панели, а затем так же постепенно уменьшается от поперечной оси панели к последнему поперечному ребру. То есть пазы располагаются по выпуклым в обе стороны от продольной оси панели кривым так, что каждая пара продольных ребер, симметрично расположенная относительно продольной оси панели, при свободной их установке в пазы, в плане образует выпуклую «бочкообразную» фигуру. Затем ребра продольного набора поочередно устанавливают на ребро и фиксируют в подкладных опорах, не зажимая их до конца. На основание опор над очередным ребром устанавливают раму с обшивкой и поперечными ребрами с прорезанными в них пазами, совмещая концы продольного ребра с пазами в крайних поперечных ребрах. Ребро заправляют в предназначенные для него остальные пазы и зажимают в подкладных опорах окончательно. При зажиме ребро в опорах выпрямляется вдоль своей оси и продольной оси панели, то есть устанавливается в прямолинейное положение, заданное для сварки на сварочном автомате. Но так как оно перед сваркой выпрямляется с приложением сжимающих усилий, то в нем возникают напряжения, одновременно воздействующие на поперечные ребра и соответственно на обшивку, где создаются напряжения, направление которых противоположно напряжениям, возникающим при формировании сварного шва при сварке продольного ребра с обшивкой. Собранную таким образом конструкцию подводят к сварочной установке, обшивку прижимают к ребру клавишами пневмоприжимов и производят автоматическую сварку сквозным проплавом.

Примером практического использования данного бездеформационного способа изготовления сварных вафельных панелей служит его реализация в производственных условиях Иркутского авиационного завода - филиала ОАО «Научно-производственная корпорация «Иркут» при изготовлении ребристой панели вафельного типа защитного устройства воздухозаборника изделия СУ-30МКИ. Максимальное отклонение крайних продольных ребер от геометрической оси (вогнутость к оси панели) составило 1 мм, что допускается конструкторской документацией (допуск 2^-0,5 мм).

Изобретение может быть использовано для изготовления сварных конструкций в судостроении, авиакосмической и других областях промышленности для соединения листов обшивки с продольными и поперечными взаимно пересекающимися ребрами. Листовую обшивку закрепляют по периметру в жесткой раме. Поочередно устанавливают между двумя подкладными опорами и зажимают между ними ребра поперечного набора. Собирают их с обшивкой и сваривают ребристую панель. В приваренных ребрах по выпуклым в обе стороны от продольной оси панели кривым прорезают пазы для установки в них ребер продольного набора ребер. Ребра продольного набора поочередно устанавливают между подкладными опорами, изгибают и заправляют их в пазы поперечных ребер. Затем зажимают в подкладных опорах до их выпрямления для создания предварительных напряжений во всей конструкции панели и сваривают с обшивкой. Применение данного способа обеспечивает геометрическую целостность и размерную стабильность свариваемых конструкций в соответствии с требованиями конструкторской документации без применения сложного и дорогостоящего силового и/или нагревательного оборудования.

Способ бездеформационного изготовления сварных вафельных панелей с взаимно пересекающимися ребрами сквозным проплавом, включающий закрепление листовой обшивки по периметру в жесткой раме, поочередную установку между двумя подкладными опорами, смонтированными на основании, и зажим между ними ребер поперечного набора ребер, поочередную сборку их с обшивкой путем установки рамы с обшивкой над очередным ребром в подкладных опорах на основание этих опор и сварку ребристой панели, последующее прорезание в приваренных ребрах поперечного набора ребер пазов для установки в них ребер продольного набора ребер, поочередную сборку ребер продольного набора ребер с обшивкой, установку продольных ребер в предназначенные для них пазы и сварку вафельной панели, причем пазы в поперечных ребрах прорезают по выпуклым в обе стороны от продольной оси панели кривым, а продольные ребра при сборке с обшивкой поочередно устанавливают между подкладными опорами, изгибают и заправляют их в пазы поперечных ребер, затем зажимают в подкладных опорах до их выпрямления и после этого сваривают с обшивкой.