Устройство для дуговой сваркиС КОлЕбАНияМи элЕКТРОдА Советский патент 1981 года по МПК B23K9/30 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ С КОЛЕБАНИЯМИ ЭЛЕКТРОДА

1

Изобретение относится к сварке, в частности к оборудованию для дуговой сварки плавящимся электродом вертикальных угловых и стыковых швов с колебаниями электрода, повторяющими профиль разделки.

Известно устройство для сообщения сварочной горелке колебаний с регулируемой амплитудой, содержащее корпус, каретку с закрепленной на ней сварочной горелкой, механизм колебаний горелки, соединенный с выходным валом привода. Для расщирения диапазона регулирования амплитуды колебаний механизм колебаний выполнен в виде планетарной передачи с внутренним зацеплением и-с передаточным отнощением 1:2, причем центральное колесо передачи установлено в корпусе с возможностью поворота вокруг своей оси, сателлит свободно посажен на водиле выходного вала привода, а на ободе сателлита на уровне делительной окружности щарнирно закреплен ползун, перемещающийся в пазу, выполненном в каретке перпендикулярно направлению ее перемещения. Регулирование амплитуды колебаний каретки с горелкой выполняется с помощью вращения центрального колеса 1.

Однако известное устройство обеспечивает колебательное движение горелки только в одном направлении, что ограничивает ее применение при сварке изделий с V-образной разделкой, так как при этом электрод необходимо перемещать по траектории, повторяющей контур разделки.

Известно также устройство для автоматической сварки колеблющимся электродом, сварочная головка которого соверщает колебательное движение по траектории в форме цифры 8, буквы U и эллипса при выполнении угловых и стыковых щвов. Колебательное движение осуществляют с помощью зубчатой передачи и двух эксцентриков, движения которых преобразуются в колебательные и возвратно-поступательные движения элементов передачи, а затем складываются в единое движение горелки 2,

Это устройство отличается сложностью и трудностью настройки параметров колебания электрода. Существенным недостатком устройства является невозможность регулирования амплитуды продольной и поперечной составляющих сложного колебания электрода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлогаем.ому является устройство для дуговой сварки с колебаниями электрода, содержащее изогнутый мундщтук, установленный с возможностью поворота вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, механизм поперечных колебаний и механизм подачи электродной проволоки с подающим роликом. Механизм колебаний содержит ролик, связанный с горелкой и опирающийся на овальный кулачок, установленный на приводном валу с возможностью регулирования величины его наклона. В связи с этим возможна регулировка амплитуды поперечных колебаний электрода (по ширине разделки) в процессе сварки 3.

Недостатком известного устройства является то, что колебания электрода по глубине разделки за счет качания горелки не позволяют получить траекторию, расположенную в горизонтальной или близкой к горизонтальной плоскости. И если при сварке со свободным формированием это не играет роли, то при сварке с принуделительным формированием при наличии ванны расплавленного металла такая траектория вызывает изменение величины вылета электрода, что влечет за собой ухудшение стабильности сварочного процесса. Кроме того, невозможно регулирование амплитуды продольных колебаний в процессе сварки, как это делается для амплитуды поперечных колебаний. Особенно это существенно для сварки с принудительным формированием металла щва, когда от величины амплитуды продольных колебаний зависит степень проплавления свариваемых кромок в большей степени, чем от расположения электрода по ширине разделки.

Цель изобретения - повышение качества сварных щвов путем независимой настройки амплитуды поперечных и продольных колебаний и повыщение производительности устройства путем расширения диапазона толщин свариваемых изделий, формы разделок и возможности настройки устройства в процессе сварки.

Это достигается тем, что устройство для дуговой сварки с колебаниями электрода, содержащее изогнутый мундщтук, установленный с возможностью поворота вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, механизм поперечных колебаний и механизм подачи электродной проволоки с подающим роликом, снабжено установленным--на каретке суппорта кривощипно-щатунным механизмом с щатуном регулируемой длины, связанным с механизмом поперечных колебаний зубчатой передачей с передаточным отнощением 1:2, при этом механизм поперечных колебаний, механизм подачи электродной проволоки и мундщтук установлены также на каретке, а свободный конец щатуна шарнирно закреплен на суппорте. Раздвижной шатун может быть выполнен в виде соединенных резьбой штока и втулки с закрепленным на ней маховиком, щарнирно связанной с суппортом. Для регулирования амплитуды продолольных колебаний в процессе сварки кривошипно-шатунный механизм выполнен со шпинделем, в пазах которого установлен винт настройки амплитуды с приводом. Привод может быть выполнен в двух вариантах: в виде конической зубчатой передачи с шестерней и валом-шестерней, причем шестерня установлена на винте настройки амплитуды, а на валу вала-шестерни установлен тормозный диск, взаимодействующий с тормозным башмаком, установленным на штанге, подпружиненной относительно каретки; в виде конической зубчатой передачи с шестерней и двумя валами-шестернями, валы которых установлены концентрично, а на их концах установлены тормозные диски, взаимодействующие с тормозными башмаками, установленными на щтангах, подпружиненных относительно каретки.

Для обеспечения сварки «углом вперед и «углом назад со свободным формированием сварного щва передача, связывающая кривощипно-щатунный механизм и механизм поперечных колебаний, снабжена зубчатым колесом, установленным соосно с подающим роликом.

На фиг. 1 представлено предлагаемое

устройство, общий вид; на фиг. 2 и 3 - разрез А-А на фиг. 1 (два варианта привода винта настройки амплитуды кривощипно-щатунного механизма); на фиг. 4 - механизм поперечных колебаний.

В устройство входит самоходная тележка 1, на которой закреплен суппорт 2 с кареткой 3. На каретке 3 установлен механизм 4 подачи электродной проволоки с изогнутым мундштуком 5, установленным с возможностью поворота вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, а также механизм 6 поперечных колебаний с приводом 7 и механизм 8 продольных колебаний, выполненный в виде кривощипно-щатунного механизма с шатуном 9 переменной длины. Соосно подающему ролику механизма 4 подачи электродной проволоки установлено зубчатое колесо 10, находящееся в зацеплении с ведущей шестерней привода 7 и шестернями приводов механизмов 8 и 6 продольных и поперечных колебаний соответственно.

Мундщтук 5 с механизмом 6 поперечных колебаний установлены с возможностью поворота вокруг оси подающего ролика и, естественно, вокруг зубчатого колеса 10 и фиксирования в выбранном положении. Механизм 8 продольных колебаний, выполненный в виде кривощипно-щатунного механизма, имеет шпиндель 11, установленный в каретке 3, выполнен с зубчатым венцом 12,

находящимся в зацеплении с зубчатым колесом 10. В пазах шпинделя 11 размещен ползун 13, связанный с винтом 14 настройки амплитуды. Ползун 13 выполнен с цапфофой 15, с которой связан одним концом щатун 9. Второй конец щатуна 9 связан резьбой с втулкой 16, снабженной маховичком 17, при этом втулка 16 установлена в шарнире 18.

В свою очередь шарнир установлен с возможностью поворота в кронштейне 19, закрепленном в суппорте 2. На винте 14 закреплена коническая шестерня 20, находящаяся в зацеплении с конической валомшестерней 21, установленной в шпинделе 11 на подшипниках 22 и 23. На конце валашестерни 21 установлен тормозной диск 24, поджатый к шпинделю 11 пружиной 25. В каретке 3 установлена штанга 26, на которой закреплен тормозной башмак 27, удерживаемый в расторможенном состоянии пружиной 28. Второй вариант привода винта 14 настройки амплитуды (фиг. 3) имеет коническую зубчатую передачу с конической шестерней 20 и двумя коническими валамишестернями 21, валы которых установлены концентрично, а на их концах установлены тормозные диски 24, каждый из которых взаимодействует с соответствующим тормозным башмаком 27, причем тормозные башмаки 27 установлены на штангах 26, расположенных в каретке 3.

В корпусе 29 механизма 6 поперечных колебаний (фиг. 4) на подшипниках 30 установлен шпиндель 31 с шестерней 32. На осях 33 закреплена торцовая кулачковая шайба 34, связанная с осью 35 с обоймой 36, установленной через подшипник 37 на регулировочном винте 38, снабженном маховичком 39. На цапфах 40, закрепленных на корпусе 29, установлен мундштук (или сварочная горелка) 5, с которым соединен рычаг 41, посредством пружины 42 прижатый к рабочей поверхности торцовой кулачковой шайбы 34.

Шестерня 32 находится в зацеплении с зубчатым колесом 10. Число зубьев шестерни 39 в два раза больше числа зубьев зубчатого венца 12 шпинделя 11 механизма 8 продольных колебаний.

Механизмы 8 и 6 продольных и поперечных колебаний соответственно воздействуют на мундштук 5 (сварочную горелку), сообщая ему колебания в продольном направлении за счет перемещения каретки 3 и в поперечном направлении-за счет поворота изогнутого мундштука 5 вокруг продольной оси.

Итак, дугообразная траектория перемещения конца электрода образуется в результате сложения двух движений: продольных и поперечных. Постоянство траектории обеспечивается только при полной синхронизации работы двух механизмов колебаний: продольных 8 и поперечных 6. Синхронизация колебаний обеспечивается тем, что оба механизма колебаний снабжены общим приводом.

Кроме этого, за один оборот шпинделя 11 механизма продольных колебаний электрод перемешается вперед и назад (один цикл продольного колебания).

Для получения траектории, повторяющей форму V-образной разделки кромок, электрод с помощью механизма 6 поперечных колебаний должен переместиться из одного крайнего положения в другое, что выполняется за пол-оборота щпинделя 31 (половина цикла поперечного колебания).

Таким образом, полное колебание электрода с возвратом в исходное положение соответствует двум циклам механизма 8 продольных колебаний и одному циклу механизма 6 поперечных колебаний, т. е. частота вращения щпинделя 11 в два раза больше частоты врашения шпинделя 31, что обеспечивается передаточным отношением 1:2 (зубчатый венец механизма продольных колебаний имеет в два раза меньше зубьев, чем шестерня щпинделя механизма поперечных колебаний).

Устройство работает следующим образом.

При вращении ведущей щестерни привода 7 колебаний вращается зубчатое колесо 10, от которого получает вращение шпиндель 11 механизма 8 продольных колебаний. Вместе со шпинделем 11, благодаря пружине 25, вращается диск 24 и центральная вал-шестерня 21. Поэтому щестерня 20 и вал-шестерня 21 находятся в покое относительно друг друга. Следовательно, эксцентриситет е кривошипно-шатунного механизма не изменяется. Шатун 9, связанный через втулку 16 с шарниром 18, а через него с суппортом 2, сообщает каретке 3 возвратно-поступательное перемещение с амплитудой, равной эксцентриситету.

При необходимости изменить амплитуду колебаний в процессе настройки следует вращением винта 14 передвинуть ползун 13 для получения необходимого эксцентриситета е.

В процессе сварки (т. е. без остановки вращения шпинделя) изменение амплитуды колебаний осуществляется затормаживанием диска 24, которое происходит путем прижатия к нему башмака 27 с помощью штанги 26. При этом вал-шестерня 21 останавливается, а щестерня 20 обкатывается и приводит во вращение винт 14, который, в свою очередь, перемещает ползун 13, изменяя эксцентриситет е, а, следовательно, и амплитуду продольных колебаний.

Для сдвига зоны колебаний в процессе сварки поворотом маховичка 17, соединенного со втулкой 16, изменяется рабочая длина шатуна. При этом зона колебаний, естественно, смещается. Поперечные i- юбания осуществляются за счет поворота изогнутого мундштука (сварочной горелки) 5 вокруг его продольной оси с помощью механизм 6 поперечных колебаний. Одновременно с передачей вращения от привода 7 колебаний щпинделю 11 механизма 8 продольных колебаний зубчатое колесо 10 также вращает шестерню 32 шпинделя 31 механизма поперечных колебаний. При вращении шпинделя 31 вращается и торцовая кулачковая шайба 34, благодаря наклону которой рычаг 41 вместе с мундштуком 5 совершает качательные движения вокруг оси мундштука 5. Пружина 42 прижимает рычаг 41 к торцовой кулачковой шайбе 34 при ее вращении. Изменение амплитуды поперечных колебаний выполняется вращением маховичка 39. При этом обойма 36, связанная с торцовой щайбой 34, поворачивает ее на определенный угол, обеспечивая необходимый угол поворота рычага 41 совместно с мундштуком 5. Регулировка амплитуды поперечных колебаний возможна как при настройке, так и в процессе сварки. Устройство обеспечивает качественную и высокопроизводительную сварку вертикальных стыков изделий из высоколегированных сталей за счет возможности точной настройки траектории колебаний относительно разделки в горизонтальной плоскости при наладке и в процессе сварки. Технологические возможности значительно расщирены, и устройство позволяет выполнять сварку со свободным и принудительным формированием, при которой предъявляются повышенные требования к стабильности вылета электрода и приближению плавящегося электрода к оплавляемым кромкам разделки. При настройке на сварку «углом вперед и углом назад возможности выполнения сварки со свободным формированием увеличены. Формула изобретения 1. Устройство для дуговой сварки с колебаниями электрода, содержащее изогнутый мундштук, установленный с возможностью поворота вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, механизм поперечных колебаний и механизм подачи электродной проволоки с подающим роликом, отличающееся тем, что, с целью повыщения качества сварных швов путем независимой настройки амплитуды поперечных и продольных колебаний и повышения производительности устройства путем расширения диапазона толщин свариваемых изделий, формы разделок и возможности настройки устройства в процессе сварки, оно снабжено установленным на каретке суппорта кривошипно-щатунным механизмом с щатуном регулируемой длины, связанным с механизмом поперечных колебаний зубчатой передачей с передаточным отношением 1:2, при этом механизм поперечных колебаний, механизм подачи электродной проволоки и мундштук установлены также на каретке, а свободный конец щатуна шарнирно закреплен на суппорте. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шатун выполнен в виде соединенных резьбой штока и втулки с закрепленным на ней маховичком, щарнирно связанной с суппор.том. 3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью регулирования амплитуды продольных колебаний в процессе сварки, кривощипно-щатунный механизм выполнен со шпинделем, в пазах которого установлен винт настройки амплитуды с приводом в виде конической зубчатой передачи с шестерней и валом-шестерней, шестерня которой установлена на винте настройки амплитуды, а на валу вала-шестерни установлен тормозной диск, взаимодействующий с тормозным башмаком, установленным на штанге, подпружиненной относительно каретки. 4.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью регулирования амплитуды продольных колебаний в процессе сварки, кривощипно-шатунный механизм выполнен со шпинделем, в пазах которого установлен винт настройки амплитуды с приводом в виде конической зубчатой передачи с шестерней и двумя валами-шестернями, валы которых установлены концентрично, а на их концах установлены тормозные диски, взаимодействующие с тормозными башмаками, установленными на штангах, подпружиненных относительно каретки. 5.Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что, с целью обеспечения сварки «углом вперед и «углом назад со свободным формированием сварного шва, передача, связывающая кривошипно-шатунный механизм и механизм поперечных колебаний, снабжена зубчатым колесом, установленным соосно с подающим роликом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 427807, кл. В 23 К 9/30, 1972. 2.Патент США № 3681564, кл. 219-125, 1972. 3.Авторское свидетельство СССР № 512879, кл. В 23 К-9/30, 1974.