Поворотная оправка для сваркитрением двух неподвижно установ-ленных труб

ОП ИСААКИЕЙЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 111) 81 0411 Союз Советсхих Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 07.03,81(51) М К зВ 23 К 20/1 Государственный комите СССР ло делам изобретений(088,8) н открытн 72) Авторы изобретени Р. Н. Болдырев и В елябинский политехнический инст ола и Конструкторско-технологичеи механизации автом. П, Воин вители тут им. Лен кий институт обилестроения(54) ПОВОРОТНАЯ ОПРАВКА ДЛЯ СВАРКИ ТР ДВУХ НЕПОДВИЖНО УСТАНОВЛЕННЫХ ТР 2 1 стИзобретение относится к сварке металлов трением.Известно устройство для сварки трением тонкостенных труб, обеспечивающее получение минимального эксцентриситета торцов соединения в процессе сварки 1). Это устройство, например, состоит из двух пробок, устанавливаемых в свариваемые трубы и соединенные друг с другом валом.Недостатком такого устройства является неточность его базовых размеров и несимметричность отклонений по базам относительно сварного стыка. Размеры баз не могут быть точными ввиду колебания допуска на диаметр трубы, что приводит к установке пробки с зазором или с натягом, препятствующим ее последующему извлечению. Вторая пробка характеризуется этими же недостатками, а кроме того, имеет место изменение базовых размеров за счет зазоров в подшипнике. Нежесткость шаблона в целом не обеспечивает минимального эксцснтриситета изделия. Кроме того, в значительной степени точность шаблона снижается за счет того, что одна из труб вращается при сварке.Известна также поворотная оправкадля сварки трением двух неподвижно установленных труб, содержащая две пары роликов, расположенных на ее диаметрально противоположных сторонах и взаимодс 1 вующих прп вращении оправки с поверхностями сваривасмых труо 2).Недостатком известного устройства яв ляется трудность совмещения свариваемыхк 1)омОк, так как ролики В процессе Обкатки воздействуют на стык трубы и при сварке труб, имеющих отклонения по диаметру, правка труб практически не осуществля ется.Целью изобретения является улучшениекачества сварки путем повышения соосностн сваривасмых труб, имеющих отклонения по диаметру.15 11 оставленная цель достигается тем, чтооправка выполнена нз двух частей, соединенных между собой механическим дифференциалом с возможностью поворота их одна относительно другой на угол 90, 20 а ролики попарно смонтированы в каждойпз частей оправки с возможностью радиаль 1 ого перемещения.,"51 акснмальнос расстояние между контактнымп повсрхностям 11 роликов каждой 25 нз частей оправки превышает внутреннийдиаметр сварива мой трубы на величину, равную 1/4 толщины сс степки, а оссвос расст 051 ннс между роликами двух частей оправки нс менее вслпшны полной осадки 30 труб прн сварке.1 О 2 д 30 зд 40 -5 50 д 5 Й 1 15 На фиг. 1,а изображен общий вид устройства, расположенного в трубе перед началом сварки и в процессе нагрева; нафиг. 1,б - то же, в период проковки, двечасти оправки совмещены; на фиг. 2 - схема соединения поворотных элементов рабочих роликов через механический дифференциал с двигателем; на фиг. З,а - схемадеформаций внутренних диаметров трубв процессе нагрева при сварке; на фиг,З,б - схема деформаций внутренних диаметров труб в процессе проковки прпсварке,Тонкостенная труба 1 не имеет осевыхсмещений и закреплена в зажимах сварочной машины, Труба 2 закреплена в зажимах привода осевого сжатия (не показан),усилие которого обозначено стрелкой Р.Толщина стенки труб 1 и 2 обозначена б.Рабочие ролики 3 находятся в контактес внутренней поверхностью трубы 1 и поворотным элементом одной из частей 4оправки с помощью упоров 5, Ролики 3размещены в направляющих одной из частей 4 от 1 равки. Ролики 6, расположенныенаправляющих другой части 7 оправки,находятся в контакте с внутренней поверхностью трубы 2 и частью 7 оправки с помощью упоров 8. Части 4 и 7 оправкиспомощью соответственно валов 9 и 10 соединены с дифференциалом. На валах 9 и 10закреплены совершенно одинаковые солнечные шестерни 11 и 12 планетарногодифференциала, Шестерни 11 и 12 находятся в зацеплении с одинаковыми сателлитами 13 и 14, которые в свою очередьвходят в зацепление с коронными зубчатыми колесами 15 и 16. Сателлиты 13 и 14размещены свободно па подшипниках водила 17. Двигатель 18 подсоединяется квалу шестерни 11.На фиг. 3 штрихпунктирная линия 19соответствует очертаниям (Окру 5 кность)внутреннего диаметра недеформируемыхтруб, а максимальное смещение внутренних диаметров труб при деформации обозначено 1/4 б,Поворотная оправка работает следующим образом.Перед сваркой оправка, состоящая пзчастей 4 и 7, развернутых на угол 90 сроликами 3 и 6, вводится внутрь свариваемых труб 1 и 2 так, что левая торцоваяповерхность ролика 6 лежит в одной плоскости с торцами труб. К трубе 2 прикладывают осевое усилие, а валы 9 и 10 приводят во вращение через дифференциал отдвигателя 18. Так как зубчатые колеса 15и 16 неподвижны, а все колеса дифференциала попарно одинаковы, то шестерни 11и 12 вращаются с одинаковой скоростью,не допуская относительного поворота валов 9 и 10. В рабочих роликах 3 и 6 возникают центробежные силы инерции, способные создать деформацию трубы в радиальном направлении более, чем 1/8 толщины ее стенки. Однако ограничители упоров установлены так, что расстояние между опорными поверхностями роликов не может быть больше, чем 1/4 толщины стенки трубы, поэтому в радиальном направлении труба деформируется ровно на 1/8 толщины ее стенки (общая деформация по диаметру равна 1/4 толщины стенки трубы). 1 ак как части 4 и 7 оправки развернуты на угол 90", то на такои же угол развернуты оси деформаций труб 1 и 2. Оси деформаций таким образом перемещаются со скоростью вращения валов 9 и 10, в то время как сами трубы 1. и 2 неподвижны. В этом случае в окрестности любой фиксированной точки трубы имеет место смещеНИЕ ИХ СТЕНОК ОТНОСИТС.ИП 1 О друГ друГа ПО радиусу на величину порядка /4 б. Такое смещение происходит с двоенной частотои по отношенгпо к частоте вращения валов 9, 10, В результате такого перемещения торцов труби 2, сжатых осевым усилием, в стыке осуществляется сварка трением. Валы 9 и О нс требуют специальной опоры в зоне стыка, поскольку эту функцию осущсствляет рабочее усилие роликов 3 и 6. 1 ослс окончания процесса нагрева неподвижное зубчатое колесо 5 разворачиваОтносите;1 ьно неподвижного колеса 16 на угол 90 /Ь;, 1 де Ь; равно отношению чисел з 5 бцов колеса 15 и шестерни 11 (или 16 и 12). При этом валы 9 и 1 О, продол 5 жая вращаться, разворачиваются па у 1 ол 90, обеспечивая угол 0 между частями 4 и 7, В рсзулыате обе вращающиеся оси деформации труб совпадают и относительное смещение на их торцах прекращается, обе трубы деформируются одинаково, Ролики 3 и 6, находящиеся друг против друга в непосредственной бшзости к стыку, с однои стороны обеспечивают идеальную центровку труб, а с другой стороны осуществляют своеобраз ое проковочное воздсиствис стыка путем спнхро 1 ной частотной деформации сами.; труб. 1 осле остановки вра 1 цс 1 шя валов 9 и О центробежная сила роликов 3 и 6 исчезает и упруго деформированное сварное соединение труб возвращается к форме Окружности. 11 ри этом ролики 3 и Ь 1 апливаются в пазы частеи 4 и 7 Оправки и вся 011 равка легко извлекается из сваренных труб.Возможен конструктивпь 1 й вариант Описанного устройства поворотной оправки, когда рабочие ролики, деформирующие трубу, размещены снаружи. Таким образом, в резулыате использовани 51 предлагаемого устроиства можно э 11- фсктивпо сваривать тонкостенные нсвращающиеся трубы с повышеннои точностью центровки и улучшенным за счет деформационной проковки качеством сварного соединения.810411 4 Х 1,7 7 Е Я Формула изобретения Поворотная оправка для сварки трением двух неподвижно установленных труб, содержащая две пары роликов, расположенных на ее диаметрально противоположных сторонах и взаимодействующих при вращении оправки с поверхностями свариваемых труб, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества сварки путем повышения соосности свариваемых труб, имеющих отклонения по диаметру, оправка выполнена из двух частей, соединенных между собой механическим дифференциалом с возможностью поворота их одна относительно другой на угол 90, а ролики попарно смонтированы в каждой из частей оправки с возможностью радиального перемещения. 2. Оправка по п. 1, отличающаясятем, что максимальное расстояние между контактными поверхностями роликов каждой из частей оправки превышает внутрен ний диаметр свариваемой трубы на величину, равную 1/4 толщины ее стенки, а осевое расстояние между роликами двух частей оправки не менее величины полной осадки труб при сварке.10 Источники информации,принятые во внимание при экспертизеАгставитель В. Влодавскаяактор И. Гохфельд Текред И. Пенчко Корректор Л. СлепаяЗаказ 509/9 Изд.241 Тираж 1148 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретсний и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 пографияапунова,