Устройство для дуговой сварки Советский патент 1992 года по МПК B23K9/30 B23K37/02 

Изобретение относится к сварке, в частности к сварке неповоротных стыков труб с раскладкой проходов шва, колебанием электрода и слежением за длиной дуги и может быть использовано в судостроении, нефтяной, химической, энергетической промышленности и других отраслях машиностроения для сварки трубопроводов.

Устройство может быть использовано для сварки неповоротных стыков труб, продольная ось которых находится в любом пространственном положении и в стесненных условиях, например, в энергетической отрасли при изготовлении и ремонте монтажных стыков труб, перепускающих отработанный пар с турбин НД в реактор/ РБМК-1000.

Известно устройство для сварки неповоротных стыков труб, содержащее механизм поперечных колебаний, закрепленный на основании, и смонтированную на механизме поперечных колебаний планшайбу со сварочной горелкой.

Устройство снабжена корпусом, упором и копиром, корпус неподвижно закреплен на основании, упор установлен на корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси планшайбы и кинематически связан с механизмом поперечных колебаний, горелка смонтирована на планшайбе с возможностью радиального перемещения, а копир кинематически связан с горелкой и упором.

Устройство обеспечивает синхронное колебание сварочной горелки и упора, что позволяет производить многопроходную сварку неповоротных стыков трубопроводов с автоматическим подъемом электрода при завершении каждого прохода. Это позволяет повысить производительность процесса и качество сварных швов.

Недостатком данного устройства является отсутствие технических средств, реализующих маятниковые поперечные колебания при выполнении валиков многопроходного шва, разворот горелки на необходимый угол поперек разделки и в направлении сварки (углом вперед).

Из-за отсутствия указанных средств данное устройство не обеспечивает требуемого качества швов с раскладкой валиков и имеет узкие технологические возможности, так как не обеспечивает сварку толстостенных труб, продольная ось которых лежит в пространственных положениях, отличных от горизонтального.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для дуговой

сварки, предназначенное для сварки неповоротных стыков труб.

Оно содержит корпус с установленными нз нем механизмами слежения за длиной

дуги и поперечных колебаний и держатель со сварочной горелкой, смонтированный с возможностью взаимодействия с указанными механизмами, и снабжено направляющей и приводом ее поворота, при этом

направляющая смонтирована на корпусе с возможностью вращения относительно своей продольной оси, привод поворота связан с механизмом слежения за длиной дуги, а держатель со сварочной горелкой

установлен на направляющей с возможностью перемещения вдоль ее оси.

Привод поворота устройства выполнен в виде рычага и шатуна, шарнирно связанных между собой, при этом свободный конец рычага жестко соединен с направляющей, а свободный конец шатуна с механизмом слежения за длиной дуги. Механизм сложения за длиной дуги выполнен в виде пары винт-гайка, при этом гайка шарнирно связана с концом шатуна.

Эти усовершенствования позволяют увеличить амплитуду линейного поперечного колебания горелки при послойном наложении валиков в разделке и тем самым

расширить технологические возможности известного оборудования.

Однако при такой технологии устройство позволяет получать качественные неповоротные сварные стыки только

тонкостенных труб.

Вызвано это тем, что при наложении валиков шириной более 14-15 мм при подходе электрода к кромке разделки происходит остывание противоположной кромки

при каждом полупериоде колебания, в результате чего наплавленный металл по краям кромок повторно переплавляется.

Повторное переплавление приводит к образованию грубой кристаллический

структуры металла с низкими механическими свойствами, то есть к снижению качества соединения.

Наиболее сложной технологией при сварке неповоротных стыков является сварка толстостенных труб, продольная ось которых находится в горизонтальном положении.

При больших толщинах труб необходима, как правило, V-образная разделка. При

заварке такой разделки данным устройством неизбежны: увеличение от слоя к слою линейной амплитуды поперечного колебания горелки и упомянутый двойной переплав металла и кромок разделки.

Ввиду того, что в процессе колебания электрод всегда находится параллельно биссектрисе угла, то при подходе к кромке сварочная дуга магнитным дутьем отклоняется и принимает положение параллельное кромке, в результате чего на кромках образуются подрезы. При наложении последующего слоя валиков в предыдущем, в зоне подрезов возникнут непровары, то есть брак.

Кроме того, формирование Сварочного шва толстостенных труб с V-образной разделкой производится с чередованием наплавки полукольцевых одиночных валиков на подъем, то с правой, то с левой стороны от 0 до 180° и от 360 до 180° (см фиг 5)

При этом, в процессе сварки известным устройством, электрод во всех пространственных положениях будет находиться перпендикулярно к касательной образующей свариваемых поверхностей В зонах от 45 до 135° и от 315 до 225° , когда упомянутая касательная образующей находится в вертикальном и близком к нему положении сварочная дуга будет давить на жидкую ванну металла и вытеснять его из разделки Происходит стекание металла, что явится следствием низкого качества сварного шва. При этом снижение тока и скорости, в целях предотвращения вытекания металла из разделки, повлечет снижение производительности.

Кроме того, известное устройство не обеспечивает наклон горелки поперек разделки, а следовательно, не обеспечивает раскладку одиночных валиков и сварку труб, продольная ось которых находится в поло- жении,отличном от горизонтального.

Таким образом устройство имеет узкие технологические возможности Оно обеспечивает сварку тонкостенных труб, продольная ось которых находится в горизонтальном положении и не может осуществлять сварку толстостенных неповоротных стыков, так как в нем отсутствуют технические средства, обеспечивающие маятниковые колебания грелки, наклон сварочной горелки углом вперед и поперек разделки,

Об ограниченных технологических возможностях свидетельствует и невозможность применения устройства для сварки труб, продольная ось которых находится в положениях, отличных от горизонтального.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей известного оборудования путем обеспечения сварки стыков толстостенных труб, продольная ось которых расположена в любом пространственном положении.

Это достигается тем, что в устройстве держатель выполнен с вилкой, а механизм поперечных колебаний горелки - в виде приводного задающего кулачка, коромысла

с роликом и траверсы с вилкообразным рычагом, при этом приводной кулачок установлен на держателе, а коромысло с роликом в вилке держателя с возможностью разворота относительно ее и контактирования ролика

0 с кулачком, траверса и коромысло выполне ны в виде обойм, помещены друг в друга и сочленены между собой и с вилкой держателя соосными подшипниками, коромысло снабжено ползуном с продольным пазом,

5 ходовым винтом и пальцем, жестко установленным поперек паза, вилкообразный рычаг траверсы помещен в паз ползуна с возможностью взаимодействия с пальцем, горелка установлена в траверсе на опорах - цент0 pax, ось которых расположена в одной плоскости с осью подшипников и перпендикулярно ей и сочленена с траверсой винтовой парой, состоящей из регулиро- вочного винта со сферической пятой,

5 установленной в горелке и смонтированной в траверсе цилиндрической гайки-муфты, резьбовое отверстие которой перпендикулярно оси ее цилиндра, кроме того ось ходового винта ползуна перпендикулярна оси

0 упомянутого пальца

Новые свойства предлагаемой конструкции: выполнение механизма поперечных колебаний горелки в виде приводного задающего кулачка и коромысла с роликом;

5 снабжение держателя вилкой, установка приводного кулачка на держателе, а коромысла в вилке держателя с возможностью контактирования кулачка с роликом и разворота коромысла относительно вилки, позво0 ляют осуществить маятниковые колебания коромысла.

Снабжение механизма поперечных колебаний траверсой с вилкообразным рычагом, выполнение траверсы и коромысла в

5 виде обойм, установка последних друг в друга и сочленение между собой и с вилкой держателя соосными подшипниками, а также снабжение коромысла ползуном с продольным пазом и пальцем, жестко

0 установленным поперек паза и помещение вилкообразного рычага траверсы в паз ползуна с возможностью взаимодействия с пальцем, позволяют осуществить устойчивую связь коромысла с траверсой и и ч со5 вместное колебание.

Установка сварочнойТорёлки в траверсе и сочленение последних посредством винтовой пары, состоящей из регулировочного винта и цилиндрической гайки-муфты, позволяют обеспечить устойчивую связь горелки с траверсой и передать колебания последней непосредственно горелке.

Таким образом, сварочной горелке обеспечены маятниковые колебания, параметры которых обуславливаются профилем кулачка и соответствующей установкой ролика коромысла на диаметральной оси этого кулачка.

Снабжение ползуна ходовым винтом, ось которого перпендикулярна оси пальца. позволяет создать рычажно-винтовую пару, включающую упомянутое зацепление посредством пальца ползуна с вилкообразным рычагом траверсы и осуществить взаимодействие ходового винта с ползуном.

Это взаимодействие позволяет через палец осуществить в процессе сварки принудительный автономный наклон траверсы с горелкой в соосных подшипниках в направлении колебания горелки в требуемую сторону, не нарушая при этом заданной амплитуды колебания горелки.

Таким образом, устройству обеспечена возможность выполнения сварного шва с раскладкой валиков и с маятниковыми колебаниями электрода при наплавке одиночного валика.

Установка горелки в траверсе на опорах-центрах, ось которых расположена водной плоскости с осью соосных подшипников и перпендикулярно ей, а также выполнение регулировочного винта со сферической пятой, гайки-муфты в виде цилиндра, а резьбовое отверстия в гайке перпендикулярно оси цилиндра и установка сферической пяты и гайки-муфты соответственно в горелке и в траверсе позволяют создать универсальный шарнир, т.е. осуществить шарнирное соединение винта как с горелкой, так и с траверсой.

При этом работа винтовой передачи - винта и гайки-муфты позволила осуществить вращение сферической пяты в горелке и разворот винта с цилиндрической гайкой в траверсе, что обеспечивает перемещение шаровой пяты с горелкой относительно траверсы.

Таким образом, в процессе работы винтовой передачи винта и гайки-муфты получе- на возможность одновременно с колебаниями горелки осуществлять автономный наклон горелки относительно траверсы в направлении сварки с сохранением при этом положения траверсы и контакта ролика с кулачком, т.е. получена возможность в процессе сварки труб устанавливать горелку углом вперед и использовать давление сварочной дуги для поддержания жидкой ванны металла и тем самым исключить стекание металла из разделки при формировании сварного шва толстостенных стыков полукольцевыми валиками на подьем.

Кроме того, в случаях, когда продольная ось свариваемых труб находится в положениях, отличных от горизонтального, наклон горелки поперек стыка, наряду с раскладкой валиков, используется и для поддержания жидкой ванны металла.

В этих случаях упомянутое поддержа0 ние обеспечивается одновременным использованием двух описанных наклонов горелки т- поперек стыка и в направлении сварки.

В результате предлагаемое устройство

5 обеспечивает: маятниковые колебания горелки; раскладку валиков, автономные развороты горелки в процессе сварки углом вперед и поперек стыка.

Это в свою очередь расширяет техноло0 гические возможности известного оборудования, обеспечив сварку толстостенных стыков труб с V-образной разделкой, продольная ось которых находится в любом пространственном положении.

5 Кроме того, установка горелки углом вперед при сварке полукольцевыми валиками на подъем позволит увеличить ток сварки и количество наплавленного металла за один проход, то есть позволить повысить

0 производительность труда.

Перечисленные преимущества предлагаемого устройства позволяют считать его технологически необходимым оборудованием особенно в стесненных условиях, на5 пример, при монтаже и ремонте труб реактора типа РБМК-1000.

На фиг. 1 показан общий вид устройства (горелка нахрдится в нижнем положении сварного стыка); на фиг. 2 - сечение Б-Б

0 (механизм поперечных колебаний горелки); на фиг. 3 - сечение В-В - узел, обеспечивающий автономный наклон горелки углом вперед; на фиг. 4 - сечение А-А - узел, обеспечивающий автономный наклон горелки

5 поперек разделки; на фиг. 5 - условная разбивка сварного кольцевого стыка на участки пространственных положений; на фиг. 6 - V-образная наружная разделка кромок свариваемых труб.

0 Предлагаемое устройство включает корпус 1, состоящий из неподвижной 2 и подвижной 3 частей.

Неподвижная часть 2 корпуса 1 представляет разьемное направляющее кольцо

5 5 с зубчатым венцом 6 на образующей.

Кольцо 5 концентрично смонтировано на свариваемой трубе 7 и закреплено распорными винтами 8.

Подвижная часть 3 корпуса 1 представляет собой приводную каретку 10, которая

снабжена зубчатой шестерней 11, катками 12 и прижимными роликами 13.

Каретка 10 установлена с возможностью взаимодействия шестерни 11с зубчатым венцом 6 направляющего кольца и с возможностью контактирования катков 12 и прижимных роликов 13 с цилиндрическими и торцевыми поверхностями кольца 5 соответственно. Упомянутые поверхности служат направляющими для перемещения каретки 10 по окружности, концентричной стыку (см. фиг. 1).

Каретка 10 снабжена держателем 15, на котором размещены механизм 16 слежения за длиной дуги и механизм 17 поперечных колебаний с горелкой 18 (см. фиг. 2).

Кроме того, держатель 15 снабжен комбинированным суппортом 20, предназначенным для поперечного и радиального перемещения сварочной горелки.

Держатель 15 выполнен с вилкой 25 (см. фиг. 2).

Механизм 17 поперечных колебаний горелки выполнен в виде приводного задающего кулачка 26, установленного на валу электропривода 27, коромысла 28 с роликом 29 и траверсы 30 с вилкообразным рычагом 31.

Электропривод 27 установлен на держателе 15, а коромысло 28 с роликом 29 - в вилке 25 держателя с возможностью разворота относительно ее и контактирования ролика с кулачком 26. Траверса 30 и коромысло 28 выполнены в виде обойм, помещены друг в друга и сочленены между собой и с вилкой 25 соосными подшипниками 35. Кулачок 26 контактирует с роликом 29 коромысла 28 посредством пружины растяжения 36. Коромысло 28 снабжено кронштейном 37. Ролик 29 установлен на кронштейне 37, который с помощью ходового винта 38 может перемещать ролик 29 вдоль диаметральной линии кулачка 26. Горелка 18 сочленена с траверсой 30 (см. фиг. 3) винтовой парой, состоящей из регулировочного винта 42 и цилиндрической гайки- муфты 43, резьбовое отверстие которой перпендикулярно оси ее цилиндра. Регулировочный винт 42 выполнен со сферической пятой 44. Пята 44 установлена в горелке, а гайка-муфта 43 в траверсе 30. Коромысло 28 снабжено ползуном 48 с продольным пазом 49 (см. фиг. 4), ходовым винтом 50 и пальцем 51, жестко установленным поперек паза 49. Вилкообразный рычаг 31 траверсы 30 помещен в продольный паз 49 ползуна 48 с возможностью взаимодействия с пальцем 51. Ходовой винт 50 установлен в ползуне 48 так, что его ось перпендикулярна оси пальца 51.

Устройство работает следующим образом.

Описание работы устройства предполагает сварку стыка толстостенных труб с V- 5 образной разделкой, продольная ось которых расположена в горизонтальном положении. Сварка выполняется с чередованием наплавки полукольцевых одиночных валиков на подъем то с правой, то с левой

0 стороны стыка.

Перед запуском устройства на режим сварки выполняются следующие устзновоч- ио-настроечные операции.

С помощью привода каретки 10 и суп5 порта 20 горелка 18 устанавливается на середину разделки и вдоль стыка переводится в заданную точку начала сварки, находящуюся в потолочном положении стыка. Включается привод механизма 17 попе0 речных колебаний горелки (см. фиг. 2) и ролик 29 с помощью ходового винта 38 устанавливается на диаметральной оси кулачка 26 в положение, при котором обеспе- ч ивается заданная амплитуда колебаний

5 для выполнения одиночного валика.

В соответствии с технологической программой раскладки валиков устанавливается заданный наклон горелки поперек разделки для выполнения одиночного вали0 ка. Для этого с помощью ходового винта 50 ползун 48 перемещается в коромысле. Палец 50 воздействует на вилкообразный рычаг 31 траверсы 30.

Траверса разворачивается в соосных

5 подшипниках 35 влево или вправо. Вместе с траверсой соответственно разворачивается и горелка 18. При этом настроенная ранее величина амплитуды колебания горелки не нарушается.

0 Таким образом, горелка установлена на стык в исходное положение для выполнения начального валика сварного шва. Настройка устройства закончена.

Для запуска устройства в режим сварки

5 включается механизм 16 слежения за длиной дуги, при этом возбуждается дуга и включаются исполнительные механизмы.

При включении привода механизма поперечных колебаний профильный кулачок

0 26 вращается и контактирует с роликом 29. Колебания коромысла 28 через траверсу 30 передаются горелке 18.

Одновременно каретка 10 в результате взаимодействия зубчатой шестерни 11 с

5 зубчатым венцом 6 перемещается орбиталь- но вдоль стыка, осуществляя левосторонний подъем по неподвижной части корпуса 2 (см. фиг. 1 и 5).

При завершении прохода горелкой участка стыка в потолочном и близком к нему

положении от 9 до 45° (от 360 до 315° - при правостороннем проходе) ее разворачивают углом вперед.

Для этого ручной привод- регулировочный винт 42 поворачивают на требуемый угол. При взаимодействии винта 42 и цилин дра гайки-муфты 43, пята 44 отталкивается (при правосторонней сварке тянет на себя) горелку 18. Цилиндр гайки-муфты 43 разворачивается в траверсе 30, а пята 44 в горелке 18.

В положении углом вперед горелка находится при вертикальном и близком к нему положениях стыка, т.е. (см. фиг. 5) на участке стыка от 45 до 135°. (при правостороннем подъеме от 315 до 225°).

При завершении прохода участка нижнего и близкого к нему положения от 135 до 180° (при правостороннем подъеме от 225 до 180 грелку возвращают в исходное установочное положение. Это обусловлено тем, что в нижнем, так же как и в потолочном положении не требуется поддержания сварочной дугой наплавленного металла.

По завершению каждого полукольцевого валика каретка на маршевой скорости возвращается в исходное потолочное положение на отметку начала наплавки - 0 и 360°.

Наплавка очередных валиков сварного шва выполняется аналогично описанному процессу с предварительной установкой наклона горелки поперек стыка в соответствии с технологической программой раскладки валиков.

Сварка осуществляется до полного заполнения разделки.

При заполнении V-образной разделки стыка труб, продольная ось которых находится в положении, отличном от горизонтального, в процессе сварки необходимо одновременно осуществлять автономный разворот горелки как поперек разделки, так и углом вперед согласно отработанной технологии сварки.

В предлагаемом устройстве автономные наклоны горелки как поперек стыка, так и углом вперед для упрощения условно показаны с приводами - в виде ходового винта 50 и регулировочного винта 42.

Предполагается их исполнение в виде электроприводов, а управление ими от общей технологической программы, включающей раскладку валиков, траекторию движения горелки и ее автономные наклоны.

Изобретение позволяет повысить качество и производительность сварки и расширить технологические возможности

известного оборудования,обеспечив сварку стыков толстостенных труб, продольная ось которых расположена в любом пространственном положении.

Устройство обеспечивает сварку в труднодоступных местах, например, при изготовлении и ремонте монтажных стыков труб, перепускающих отработанный пар с, турбин НД в реактор РБМК-1000.

Формула изобретения

1,Устройство для дуговой сварки, содержащее корпус с приводом перемещения, суппорт, держатель с горелкой, механизм поперечных колебаний горелки,

выполненный в виде расположенных в одной плоскости и смонтированных соосно с возможностью совместного поворота траверсы и коромысла, на котором закреплен ролик, установленный с возможностью контактирования с приводным кулачком, и узел коррекции поперечных колебаний горелки, выполненный в виде регулировочного винта со сферической пятой и цилиндрической гайки-муфты с резьбовым отверстием, ось

которого перпендикулярна к оси гайки-муфты, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем обеспечения сварки неповоротных стыков, преимущественно

толстостенных труб, с произвольным расположением их продольных осей в пространстве и повышения качества сварки за счет предотвращения стекания металла из разделки при формировании сварного шва, устройство снабжено вилкой, двумя полуосями, опорами-центрами, вилкообразным рычагом, ползуном с продольным пазом, ходовым винтом и пальцем, причем приводной кулачок и вилка смонтированы

на держателе, траверса и коромысло выполнены в виде соответственно охватываемой и охватывающей обойм, которые установлены в вилке и соединены между собой и с вилкой двумя полуосями, расположенными

соосно по обеим сторонам от горелки, а горелка установлена в охватываемой обойме на опорах-центрах, расположенных в плоскости полуосей перпендикулярно к ним, при этом пята регулировочного винта узла

коооекции шаонирно соединена с горелкой, а гайка-муфта - с траверсой, ползун с продольным пазом, ходовой винт и палец смонтированы на охватывающей обойме, а вилкообразный рычаг выполнен на охватываемой обойме и размещен в пазу ползуна с возможностью взаимодействия с пальцем.

2.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что ось ходового винта ползуна перпендикулярна к оси упомянутого пальца.

Ј

Ј

ъ

-j

00

о

со ел

00

уу#нее лы0,х

180 пV VWвИ

.woejnOJO r

Фиг. 5

$

ь

Использование: сварка неповоротных стыков труб с раскладкой проходов шва, колебанием электрода и слежением за длиной дуги. Изобретение может быть использовано для неповоротных стыков труб с произвольной ориентировкой их продольной оси в пространстве и в стесненных условиях. Сущность изобретения: в устройстве держатель 13 выполнен с вилкой 25, а механизм поперечных колебаний горелки выполнен в виде приводного задающего кулачка 26, коромысла 28, с роликом 29 и траверсы 30 с вилкообразным рычагом 31. При этом при/а Г5 водной кулачок 26 установлен на держателе 15, коромысло 28 с роликом 29 в вилке 25 держателя 15 с возможностью в разворота относительно ее и контактирования ролика 29 с кулачком 26. Траверса 30 и коромысло 28 выполнены в виде обойм, помещены друг в друга и сочленены между собой и с вилкой держателя полуосями 35, Коромысло 28 снабжено ползуном 18 с продольным пазом, ходовым винтом 50 и пальцем 51, жестко установленным поперек паза. Вилкообразный рычаг 31 траверсы помещен в паз ползуна 48 с возможностью взаимодействия с пальцем 51, горелка 18 установлена в траверсе на опорах-центрах, ось которых расположена в одной плоскости с полуосями 35, перпендикулярно им, соединена с траверсой винтовой парой, состоящей из регулировочного винта 42 со сферической пятой 44. установленной в горелке, и смонтированной в траверсе цилиндрический гайки- муфты 43, резьбовое отверстие которой перпендикулярно оси ее цилиндра. Кроме того, ось ходового винта 50 ползуна 48 перпендикулярна оси пальца 51. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. 4 00 О Ю СЛ СО S/ 48