Внутренний центратор для сборки и сварки кольцевых швов с формированием обратной стороны шва Российский патент 2021 года по МПК B23K37/53 

Изобретение относится к области сборки и сварки кольцевых швов, в частности к устройствам формирования шва при дуговой сварке плавлением, и может быть использовано при сварке кольцевых швов тел вращения, например обечаек.

Известно устройство для сборки под сварку кольцевых швов [патент СССР на изобретение № SU 1472202 А1, МПК В23K 31/06, опубликовано 15.04.1989 г], включающее в себя центральную штангу с закрепленными на ней двумя фланцами, разрезную коническую втулку, механизм формирования шва, включающий в себя подкладное кольцо с формообразующей сварочной канавкой и размещенный на штанге элемент подпружинивания в виде втулки с обратным конусом. Устройство имеет механизм поджатия, выполненный в виде звездообразного элемента с эффектом памяти формы.

Общими признаками аналога и заявленной конструкции являются:

- конструкция устройства имеет центральную штангу, на которой закреплены элементы подпружинивания и формирования обратной стороны шва - подкладного кольца с формообразующей канавкой;

- элемент формирования обратной стороны шва выполнен в виде кольца с формообразующей канавкой.

Недостатками аналога являются:

- конструкция устройства функционирует от нагрева и токоподвода, что не безопасно при эксплуатации;

- высокая сложность конструкции, применение множества сложных механизмов (нагревательный элемент, разрезная втулка с обратным конусом, силовой элемент с эффектом памяти формы и т.д.) приводит к снижению надежности в работе устройства и повышению трудоемкости изготовления устройства;

- ограниченный диапазон по диаметру свариваемых кольцевых швов из-за того, что фланцы выполнены с постоянным диаметром;

- в элементе формирования обратной стороны шва, выполненного в виде подкладного кольца, не предусмотрены выходы защитного газа, что отрицательно влияет на качество сварных швов.

Известен внутренний центратор для сборки под сварку кольцевых швов [патент СССР на изобретение №SU 408743 А1, МПК В23K 37/04, опубликовано 06.06.1974 г], состоящий из отдельных элементов поджатия и формирования шва, включающих в себя упругие ленты, имеющие облицовку. Упругие ленты смонтированы на тягах, связанных шарнирно со штангами, расположенными по оси центратора и поворачивающимися одна относительно другой. При этом тяги, смонтированные на штанге, выполняют функцию поджатия. Тяги выполнены телескопическими с компенсационными амортизаторами.

Общими признаками прототипа и заявленной конструкции являются:

- конструкция внутреннего центратора имеет штангу, на которой закреплены элементы поджатия и формирования обратной стороны шва, имеющие облицовку;

- элементы поджатия и формирования обратной стороны шва связаны с механизмом поджатия.

Недостатками прототипа являются:

- высокая сложность конструкции, применение множества механизмов (гибкая лента с облицовкой, тяги, телескопические штанги) приводят к снижению надежности и повышению трудоемкости изготовления устройства;

- применение гибких элементов в конструкции внутреннего центратора и отсутствия формообразующей канавки не позволяют обеспечить качественное формирование обратной стороны шва, т.к. за счет использования упругих элементов происходит «залипание» проплава сварного шва к облицовке, а также образование дефектов (непровары, не обеспечиваются геометрические параметры шва с обратной стороны, трещины);

- конструкцией устройства не предусмотрена подача защитного газа в зону обратной стороны шва, нет защиты от окисления, что отрицательно влияет на качество сварных швов;

- в связи с тем, что усилия поджима элементов формирования обратной стороны шва, выполненных виде упругих лент одинаковое, не обеспечивается равномерность усилия прилегания облицовки к внутренней поверхности стыкуемых деталей в связи с овальностью изделия и протяженностью указанных элементов, что отрицательно влияет на качество сварного шва.

Все это в совокупности приводит к снижению качества сварки.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в разработке устройства с минимальными экономическими и трудовыми затратами, имеющего упрощенную конструкцию, обеспечивающего надежность работы и качество сварного шва.

При решении поставленной задачи достигаются следующие технические результаты:

- повышение качества сварного шва с формированием обратной стороны шва путем выполнения канавки в облицовке и подачи защитного газа в зону обратной стороны шва;

- повышение надежности в работе за счет упрощения конструкции и сокращения используемых сборочных единиц в конструкции внутреннего центратора;

- обеспечение пружинящего точечного взаимодействия элемента формирования шва - ролика с облицовкой и внутренней поверхности стыкуемых деталей, в результате чего обеспечивается равномерность прилегания облицовки с учетом овальности внутренней поверхности свариваемого изделия.

Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что во внутреннем центраторе для сборки и сварки кольцевых швов с формированием обратной стороны шва, содержащем элемент формирования обратной стороны шва, имеющий облицовку, связанный с механизмом поджатия, соединенным со штангой, расположенной по оси центратора, согласно изобретению элемент формирования обратной стороны шва выполнен в виде ролика, имеющего паз по периметру, посередине ширины паза по всей его длине выполнены равноудаленые друг от друга сквозные отверстия, а облицовка выполнена в виде кольца, закрепленного на ролике с полным перекрытием паза по ширине и частичным по глубине для образования кольцевого зазора, при этом облицовка на наружной поверхности в центре имеет канавку, посередине ширины которой по всей ее длине выполнены равноудаленые друг от друга сквозные отверстия, кроме того центратор имеет по меньшей мере один прижимной центрирующий ролик с самостоятельным механизмом поджатия, при этом упомянутые ролики вращающиеся и расположены в вертикальной плоскости вдоль свариваемого стыка.

На рис. 1 представлен общий вид внутреннего центратора, на рис. 2 - схема расположения роликов.

Заявленный в качестве изобретения внутренний центратор для сборки и сварки обечаек с формированием обратной стороны шва состоит как минимум из 2 вращающихся роликов, расположенных в вертикальной плоскости. В качестве примера на рис. 2 показаны 3 ролика, один из которых является формирующим роликом 1, а другие - центрирующими роликами 2. На внешней поверхности формирующего ролика 1 по периметру выполнен кольцевой паз 3. На формирующем ролике 1 смонтирована облицовка, выполненная в виде кольца 4 и закрепленная на ролике 1 с полным перекрытием паза 3 по ширине и частичным по глубине для образования кольцевого зазора, при этом облицовка - кольцо 4 по периметру с внешней стороны в средней части имеет кольцевую канавку 5, по длине которой на одинаковом расстоянии друг от друга выполнены сквозные отверстия 6. Посередине ширины паза 3 по всей его длине выполнены на одинаковом расстоянии друг от друга сквозные отверстия 7. Паз 3 и сквозные отверстия 6, 7 предназначены для подачи защитного газа в зону обратной стороны шва. Кроме того внутренний центратор содержит втулку 8, сообщенную с отверстиями 7 формирующего ролика 1 для подачи защитного газа через сквозные отверстия 7 в паз 3, а затем через отверстия 6 в облицовке- кольце 4 в зону обратной стороны шва. Формирующий ролик 1 и центрирующие ролики 2 смонтированы на механизмах поджатия, состоящих из вилки 9, которая в свою очередь соединена с пружиной 10, обеспечивающей пружинящее точечное взаимодействие элемента формирования шва - формирующего ролика 1 с облицовкой - кольцом 4 к внутренней поверхности стыкуемых деталей. В результате чего обеспечивается равномерность и плотность прилегания облицовки 4 к свариваемым кромкам с учетом овальности внутренней поверхности свариваемого изделия, а совместно с роликами 2 обеспечивается центрирование изделия в целом. Механизмы поджатия, состоящие из вилки 9 и пружины 10, соединены со штангой 11 посредством разъемного резьбового зажима 12, расположенной по оси центратора.

Работа с внутренним центратором осуществляется следующим образом:

Механизмы поджатия внутреннего центратора, состоящие из вилки 9 и пружины 10, совмещенные с разъемным резьбовым зажимом 12, перемещают в продольном направлении на необходимое расстояние вдоль жестко зафиксированной 11, после чего закрепляют на ней с помощью разъемного резьбового зажима 12. После этого к формирующему ролику 1, расположенному в вертикальной плоскости и установленному на подпружиненной тяге, состоящей из вилки 9 и пружины 10, через втулку 8 подводят защитный газ, который через отверстия 7 и паз 3, имеющиеся в формирующем ролике 1, и отверстия 6, имеющиеся в облицовке - кольце 4, закрепленном на ролике 1 с полным перекрытием паза 3 по ширине и частичным по глубине для образования кольцевого зазора, поступает в зону обратной стороны шва. За счет подачи газа через отверстия 7 и 6, паз 3 выполняется равномерная подача защитного газа в зону обратной стороны шва, что обеспечивает защиту обратной стороны шва от окисления и благоприятно влияет на качество сварного шва. После этого штангу 11 с жестко закрепленным на ней внутренним центратором перемещают внутрь свариваемого изделия, ориентируя формирующий ролик 1 по центру стыка свариваемых кромок. Далее осуществляют процесс сварки. При этом происходит вращение цилиндрической обечайки вокруг своей оси, которое приводит во вращательное движение формирующего шов ролика 1 и прижимных центрирующих роликов 2 - относительно плоскости сварного шва. При этом конструкция внутреннего центратора за исключением роликов 1 и 2 не совершает вращения - неподвижна, т.к. она жестко зафиксирована на штанге 11. Равномерность прилегания внешней поверхности облицовки-кольца 4, смонтированной на ролике 1, к внутренней поверхности свариваемых кромок изделия, с учетом овальности, обеспечивается за счет пружинящего точечного взаимодействия элемента формирования шва - ролика 1 с облицовкой и внутренней поверхности стыкуемых деталей.

Внутренний центратор для сборки и сварки кольцевых швов с формированием обратной стороны шва по сравнению с прототипом обеспечивает повышение качества сварного шва с формированием обратной стороны шва, путем выполнения канавки в облицовке и подачи защитного газа в зону обратной стороны шва; повышение надежности в работе за счет сокращения количества сборочных единиц в конструкции внутреннего центратора; обеспечение пружинящего точечного взаимодействия элемента формирования шва - ролика с облицовкой и внутренней поверхности стыкуемых деталей, в результате чего обеспечивается равномерность прилегания облицовки с учетом овальности внутренней поверхности свариваемого изделия.

Изобретение относится к внутреннему центратору для сборки и сварки кольцевых швов с формированием обратной стороны шва при дуговой сварке плавлением. Центратор состоит как минимум из двух вращающихся роликов, расположенных в вертикальной плоскости, один из которых является формирующим, а другой - центрирующим. На внешней поверхности формирующего ролика по периметру выполнен кольцевой паз, посередине ширины которого по всей его длине выполнены на одинаковом расстоянии друг от друга сквозные отверстия. На формирующем ролике смонтировано кольцо с полным перекрытием паза по ширине и частичным по глубине. Кольцо по периметру с внешней стороны в средней части имеет кольцевую канавку, по длине которой на одинаковом расстоянии друг от друга выполнены сквозные отверстия. Паз и сквозные отверстия предназначены для подачи защитного газа в зону обратной стороны шва. Формирующий и центрирующий ролики смонтированы на механизмах поджатия, состоящих из вилки и пружины. Механизмы поджатия соединены со штангой посредством разъемного резьбового зажима. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности работы внутреннего центратора и повышении качества сварного шва с формированием обратной стороны шва. 2 ил.

Внутренний центратор для сборки под сварку кольцевого шва с формированием обратной стороны шва, содержащий элемент с облицовкой формирования обратной стороны шва, связанный с механизмом поджатия, соединенным со штангой, расположенной по оси центратора, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одним прижимным центрирующим роликом с механизмом его поджатия, а элемент формирования обратной стороны шва выполнен в виде формирующего ролика, имеющего паз по периметру, посередине ширины которого по всей его длине выполнены равноудаленные друг от друга сквозные отверстия, при этом облицовка выполнена в виде кольца, закрепленного на формирующем ролике с полным перекрытием паза формирующего ролика по ширине и частичным перекрытием по глубине с образованием кольцевого зазора, при этом на наружной поверхности облицовки по центру выполнена канавка, посередине ширины которой по всей ее длине выполнены равноудаленные друг от друга сквозные отверстия, причем упомянутые прижимной центрирующий ролик и формирующий ролик выполнены вращающимися.