Сварочная камера Российский патент 2023 года по МПК B23K26/12 B23K26/70 

Изобретение относится к сварке лазером, в частности к устройствам для защиты сварных швов при сварке деталей и узлов тепловыделяющих сборок ядерных реакторов, а также других деталей из различных материалов, и может быть использовано во всех отраслях промышленности.

Обязательным условием получения качественного сварного соединения является его надежная защита от газов атмосферы. Насыщение металла шва кислородом, азотом и водородом резко снижает пластичность и прочность сварных конструкций, поэтому сварку производят в среде защитных газов высокой чистоты или в вакууме, а также применяют специальные защитные средства, которые обеспечивают защиту зоны сварки.

Известна вакуумная камера для лазерной сварки (патент CN 208467502, В23К 26/12, опубл. 05.02.2019 г.), содержащая основание и верхнюю крышку, шарнирное соединение. Камера создания вакуума между основанием и верхней крышкой снабжена уплотнительной шайбой и уплотнениями. Верхняя крышка снабжена световой ловушкой, которая обеспечивает прохождение лазера, и оснащена стеклом с высокой проницаемостью. Угловые цилиндры расположены вокруг верхней крышки на основании, чтобы плотно прижимать верхнюю крышку. Основание соединено с вакуумной трубкой, один конец которой соединен с вакуумной полостью, а другой конец соединен с вакуумным насосом. Основание соединено с вакуумметром.

Устройство недостаточно эффективно удаляет среду из камеры, а также не позволяет охлаждать камеру.

Известен способ и устройство для изготовления дистанционной решетки реактора методом импульсной лазерной сварки (патент US 4636606, В26К 26/00, опубл. 13.01.1987 г.), содержащее лазерный источник, расположенный снаружи кожуха, излучающий импульсный лазерный луч с заданной длиной волны, корпус с контролируемой атмосферой и имеющий по меньшей мере одну прозрачную стенку для указанной длины волны, рамы, расположенной внутри кожуха и в которой закреплена деталь во время сварочных операций, средства для направления лазерного луча таким образом, чтобы он пересекал прозрачную стенку под прямым углом перед столкновением с деталью и средство для перемещения кожуха относительно лазерного луча. Средство для перемещения кожуха относительно лазерного луча содержит: стол, имеющий верхнюю плоскую горизонтальную поверхность, при этом стол может перемещаться в вертикальном и горизонтальном направлении, опору, размещенную на столе и имеющую по крайней мере, одну наклоненную на 45^o относительно горизонтальной плоскости поверхность, причем оболочка опирается на наклонную поверхность, а прозрачная стенка является горизонтальной, когда оболочка опирается на наклонную поверхность, и средства для смещения оболочки вдоль наклонной поверхности в направлении, перпендикулярном указанному горизонтальному направлению.

Это устройство является недостаточно эффективным, т.к. в камере отсутствует возможность подачи и отвода газов.

Известна подвижная рабочая камера с поворотным приспособлением для заготовки (патент US 4501949, В23К 27/00, опубл. 26.02.1985 г.), выбранная в качестве прототипа, и содержащая камеру для обрабатываемой детали и средства для перемещения обрабатываемой детали по ее осям X, Y и Z относительно лазерного луча, сохраняя при этом чистоту среды обработки. Камера устанавливается на средство для приведения в движение по осям X и Y. Защитная атмосфера поддерживается в камере, а уплотнительное средство принимает форму пластины, имеющей плоскую поверхность, которая расположена на одинаковом расстоянии от периферийного края камеры для обработки, так что камера для обработки может приводиться в движение без сопротивления движущимися средствами. Заготовка перемещается по оси Z с помощью средств, содержащих монтажную пластину, расположенную с возможностью вращения в рабочей камере и приспособленную для соединения с приводными средствами, в результате чего монтажная пластина и закрепленная на ней заготовка могут быть расположены с возможностью вращения относительно лазерного луча.

Это устройство является недостаточно эффективным при сварке, т.к. отсутствует механизм защиты стекла от сварочных аэрозолей и невозможно создать вакуум в камере.

Задачей настоящего изобретения является создание сварочной камеры с целью повышения эффективности и качества сварных соединений, за счет использования системы подачи газов и вакуумной системы.

Поставленная задача решается тем, что сварочная камера, содержит крышку, состоящую из корпуса крышки, стекла, прижимной планки, уплотнений и прижимных цилиндров, шарнирный механизм, корпус, платформу для установки деталей, поворотный пневмопривод, отверстия для подачи и отвода газов. Поворотный пневмопривод имеет не менее трех фиксированных положений с возможностью регулировки и контроля положения, к отверстиям для подачи отвода подключены распределители, к распределителям подключена система подачи газов с возможностью контроля и регулировки давления и расхода, вакуумная система с возможностью контроля и регулировки давления и скорости откачки, в камере установлен коллектор для подачи газов на стекло для его охлаждения и удаления сварочных аэрозолей, между корпусом и крышкой установлен замок с управляемым пневмоцилиндром. На корпусе крышки установлен штуцер с коллектором, пневмоцилиндры, корпус камеры и корпус крышки связанны шарнирами, на поворотном пневмоприводе установлены регулируемые по положению упоры с демпферами, при этом на поворотном пневмоприводе установлен дополнительный пневмоцилиндр для обеспечения промежуточного положения, стол оснащен противовесом.

На фиг. 1 представлен главный вид сварочной камеры.

На фиг. 2 представлен вид сверху сварочной камеры.

На фиг. 3 представлен вид справа сварочной камеры.

На фиг. 4 представлен вид слева сварочной камеры.

На фиг. 5 представлен разрез А-А сварочной камеры.

На фиг. 6 представлен разрез Б-Б сварочной камеры.

На фиг. 7 представлен разрез В-В сварочной камеры, элементы внутри сварочной камеры не показаны.

На фиг. 8 представлена схема для управления работой, подачи и сброса газа сварочной камеры.

Сварочная камера содержит корпус крышки 1, на котором закреплено стекло 2 через уплотнения 3 и 4 с помощью прижимной планки 5 и болтов 6. На корпусе крышки 1 установлен штуцер с коллектором 7. В нижней части корпуса крышки 1 установлены пневмоцилиндры 8 с помощью болтов 9. К корпусу крышки прикручена ручка 10 с помощью болтов 11. Корпус крышки 1 установлен на корпусе камеры 12 через уплотнения 13 и связан с ней шарнирами 14. Шарниры 14 прикручены болтами 15 к корпусу крышки 1 и болтами 16 к корпусу камеры 12. На корпусе камеры 12 приварено два штуцера 17 и 18, связанных со схемой подачи и сброса сварочного газа. На правой и левой стороне корпуса камеры 12 с помощью болтов 19 и 20 через уплотнения 21 и 22 установлены стаканы 23 и 24. Внутри стакана 24 установлен подшипник 25, на котором с помощью стопорной шайбы 26 зафиксирован вал 27. Между стаканом 24 и валом 27 установлены уплотнения 28 и 29. Уплотнения 29 прижаты гайкой 30. На стакане 24 с помощью болтов 31 прикручена крышка 32.

Внутри стакана 23 установлен подшипник 33, на котором с помощью стопорной шайбы 34 зафиксирован вал 35. Между стаканом 23 и валом 35 установлены уплотнения 36 и 37. Уплотнения 37 прижаты гайкой 38. На стакане 23 с помощью болтов 39 прикручена крышка 40.

Корпус камеры 12 и стакан 23 связаны со стаканом 41. На стакане 41 с помощью болтов 42 установлен поворотный пневмопривод 43. Поворотный пневмопривод 43 соединен с валом 35 через муфту 44. На поворотном пневмоприводе 43 установлены регулируемые упоры 45 с демпферами 46. К поворотному пневмоприводу 43 с помощью болтов 47 прикручена планка 48 с пневмоцилиндром 49.

К валу 27 и 35 с помощью болтов 50 и 51 прикручены стенки 52 и 53. Между стенок 52 и 53 с помощью болтов 54 установлен стол 55. Между стенок 52 и 53 с помощью болтов 56 установлен противовес 57.

На верхнем поясе корпуса камеры 12 с помощью болтов 58 установлены направляющие 59 и основная направляющая 60. В направляющих 59 установлены планки 61, которые связаны с поворотными блоками 62 через рычаги 63. Рычаги 63 крепятся на верхнем поясе камеры 12 с помощью осей 64. На основной направляющей 60 установлен пневмоцилиндр 65, который связан с одной из планок 61.

Линия подачи воздуха соединена с блоком подготовки воздуха БПВ, состоящего из пневмораспределителя 66, фильтра-влагоотделителя 67 и регулятора давления 68. Блок подготовки воздуха БПВ связан с регуляторами давления 69, 70, 71, 72, 73, манометром (датчиком давления) 74 и ресивером 75.

Регулятор давления 70 подключен к пневмораспределителю 76, который подключен к пневмоцилиндрам 8. Регулятор давления 71 подключен к пневмораспределителю 77, который подключен к пневмоцилиндру 65. Регулятор давления 72 подключен к пневмораспределителю 78, который подключен к пневмоцилиндру 49. Регулятор давления 73 подключен к пневмораспределителю 79, который подключен к поворотному пневмоцилиндру 43 через дросселя с обратными клапанами 80 и 81.

Регулятор давления 69 связан с пилотными пневмораспределителями 82, 83, 84.

Вакуумный насос 85 соединен с датчиком вакуума 86 и распределителем 87. Распределитель 87 подключен к сварочной камере через штуцер 17 и пилотному распределителю 82.

Распределитель 88 подключен к сварочной камере через штуцер 18 и пилотному распределителю 83.

Датчик влажности 89 соединен с фильтром 90. Фильтр 90 соединен с датчиком давления 91 и регулятором расхода 92. Регулятор расхода 92 соединен с расходомером 93, который подключен к распределителю 94. Распределитель 94 подключен к сварочной камере через штуцер с коллектором 7 и пилотному распределителю 84.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы за ручку 10 корпус крышки 1 открывается, поворачиваясь на шарнирах 14. Внутрь сварочной камеры на стол 55 между стенками 52 и 53 устанавливаются и фиксируются детали и/или узлы тепловыделяющих сборок ядерных реакторов. При необходимости происходит настройка крайних положений поворотного пневмопривода 43 с помощью расфиксации, выставления и фиксации в пазах поворотного пневмопривода 43 регулируемых упоров 45. Максимальный угол поворота между крайними положениями стола 55 составляет 290 градусов. Корпус крышки 1 с помощью ручки 10 закрывается.

Включается пневмораспределитель 66, воздух подается в линию подачи воздуха через фильтр-влагоотделитель 67 и регулятор давления 68, который предварительно настроен. Ресивер 75 наполняется воздухом до требуемого давления настроенного на регуляторе давления 68, контроль осуществляется с помощью манометра (датчика давления) 74.

Воздух поступает на регуляторы давления 69, 70, 71, 72, 73, которые соединены с пневмораспределителями 76, 77, 78, 79. Пневмораспределители 76, 77, 78, 79 соединены с пневмоцилиндрами 8, 65, 49 и поворотным пневмоприводом 43. Настройка усилия пневмоцилиндров 8, 65, 49 и крутящего момента поворотного пневмопривода 43 осуществляется с помощью регуляторов давления 69, 70, 71, 72, 73.

Включается пневмораспределитель 77, пневмоцилиндр 65 перемещается, меняя положение планок 61 с помощью рычагов 63 и поворотных блоков 62, которые поворачиваются относительно осей 64. Включается пневмораспределитель 76, пневмоцилиндры 8 перемещаются. Выключается пневмораспределитель 77, пневмоцилиндр 65 перемещается, меняя положение планок 61 с помощью рычагов 63 и поворотных блоков 62, которые поворачиваются относительно осей 64. Тем самым происходит фиксация корпуса крышки 1 относительно корпуса камеры 12. Расфиксация корпуса крышки 1 относительно корпуса камеры 12 для ее открытия происходит в обратной последовательности.

Включается пилотный пневмораспределитель 82, который открывает пневмораспределитель 87, который соединяет сварочную камеру и вакуумный насос 85. Включается вакуумный насос 85, который откачивает воздух из сварочной камеры, уровень вакуума контролируется с помощью датчика вакуума 86. По достижении в сварочной камере требуемого уровня вакуума пилотный пневмораспределитель 82 выключается, вакуумный насос 85 выключается.

Включается пилотный пневмораспределитель 84, который открывает пневмораспределитель 94, который соединяет сварочную камеру с линией подачи защитного газа. Через датчик влажности 89, фильтр 90, регулятор расхода 92, расходомер 93 и распределитель 94 подается защитный газ в сварочную камеру через коллектор 7, при этом защитный газ обдувает стекло 2 удаляя сварочные аэрозоли и охлаждая его. Изменение расхода защитного газа происходит с помощью регулятора расхода 92, контроль расхода – с помощью расходомера 93. Измерение давления защитного газа происходит с помощью датчика давления 91.

Включается пилотный пневмораспределитель 83, который открывает пневмораспределитель 88, соединяя сварочную камеру с линией сброса. Происходит прохождение защитного газа через сварочную камеру.

С помощью лазерного луча через стекло 2 происходит сварка деталей и/или узлов тепловыделяющих сборок ядерных реакторов, установленных на стол 55, при прохождении защитного газа через сварочную камеру.

При необходимости изменения положения деталей и/или узлов тепловыделяющих сборок ядерных реакторов, установленных на стол 55, включается пневмораспределитель 78, пневмоцилиндр 49 перемещается. Включается пневмораспределитель 79, поворотный пневмопривод 43 поворачивается по часовой стрелке, поворачивая стол 55, при выключении пневмоспределителя 79 поворотный пневмопривод 43 поворачивается против часовой стрелки, поворачивая стол 55. Регулировка скорости поворота поворотного пневмопривода 43 осуществляется с помощью дросселей с обратными клапанами 80 и 81. Включение/выключение пневмораспределителя 78 позволяет получить промежуточное положение стола 55.

По окончании сварки пилотные пневмораспределители 84 и 83 выключаются. Стол 55 с помощью пневмораспределителей 78 и 79 возвращается в промежуточное положение. Происходит расфиксация корпуса крышки 1 относительно корпуса камеры 12. За ручку 10 корпус крышки 1 открывается, поворачиваясь на шарнирах 14. На столе 55 расфиксируются детали и/или узлы тепловыделяющих сборок ядерных реакторов для извлечения или установки следующих для сварки.

Изобретение относится к сварке лазером, в частности к сварочной камере, и может найти применение для сварки деталей и узлов тепловыделяющих сборок ядерных реакторов. Сварочная камера содержит крышку, состоящую из корпуса крышки, стекла, прижимной планки, уплотнений и прижимных цилиндров, шарнирный механизм, корпус, платформу для установки деталей, поворотного пневмопривода и отверстия для подачи и отвода газов. Поворотный пневмопривод имеет не менее трех фиксированных положений с возможностью регулировки и контроля положения. К отверстиям для подачи отвода подключены отсечные клапаны, к отсечным клапанам подключена система подачи газов с возможностью контроля и регулировки давления и расхода, вакуумная система с возможностью контроля и регулировки давления и скорости откачки. В камере установлен коллектор для подачи газов на стекло для его охлаждения и удаления сварочных аэрозолей. Между корпусом и крышкой установлен замок, управляемый пневмоцилиндром. Технический результат состоит в повышении эффективности сварки и качества сварных соединений. 8 ил.

Сварочная камера, содержащая корпус камеры, корпус крышки, на котором закреплено стекло, прижимную планку, уплотнения, прижимные цилиндры, шарнирный механизм, платформу для установки деталей, поворотный пневмопривод, отверстия для подачи и отвода газов, отличающаяся тем, что в камере на корпусе крышки установлен штуцер с коллектором для подачи газов на стекло для его охлаждения и удаления сварочных аэрозолей, при этом корпус камеры и корпус крышки связанны шарнирами и между ними установлен замок с управляемым пневмоцилиндром, состоящий из соединенных между собой болтов, направляющих, планок, рычагов, осей и пневмоцилиндра, при этом поворотный пневмопривод имеет не менее трех фиксированных положений с возможностью регулировки и контроля положения и на нем установлены регулируемые по положению упоры с демпферами и дополнительный пневмоцилиндр для обеспечения промежуточного положения, причем к отверстиям для подачи и отвода газов подключены отсечные клапаны, а к отсечным клапанам подключена система подачи газов с возможностью контроля и регулировки давления и расхода и вакуумная система с возможностью контроля и регулировки давления и скорости откачки.