Формирующее устройство для сварки вертикальных швов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) ЯО(1) НИЯБ ИСАНИЕ ТЕЛЬСТВ КОМУ СИИ ВТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт электросварки им. Е. О. Патона(54) (57) 1. ФОРМИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ВЕРТИКАЛЬНЫХШВОВ, содержащее два охлаждаемых формирующих элемента, связанных с механизмом их поджима, выполненным в виде цилиндрической пружины, самотормозящего 1039679 А 3(51) В 23 К 3706 В 23 К 250 редуктора, ходового винта с гайкой и штоком, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сварки путем обеспечения равномерного прижатия формирующих элементов к свариваемым кромкам, формирующее устройство снабжено смонтированной на пружине втулкой, на одном конце которой размещена полумуфта байонетного соединения, а другая полумуфта расположена в гайке, причем другой конец втулки выполнен с коническим и цилиндрическим участками и с канавками для размещения в них витков пружины, при этом каждый формирующий элемент выполнен, в свою очередь, Г-образным, на полках формирующих элементов, расположенных параллельно одна другой, закреплены упоры, другие полки соединены между собойвнахлест, а пружина установлена внутри формирующих элементов с возможностью взаимодействия с упорами.1039679 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что два ряда упоров смонтированы на охватывающем формирующем элементе симметрично относительно продольной оси пружины, а один ряд упоров закреплен на охватываемом формирующем элементе и смещен в сторону нахлеста относительно продольной оси пружины на величину, меньшую половины расстояния между упорами на охватываемом элементе. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что два ряда упоров смонтированы на охватываемом формирующем элементе Изобретение относится к сварке с принудительным формированием шва, преимущественно для вертикальной многопроходной сварки.Известно устройство для формирования при вертикальной сварке, размещенные внутри разделки кромок, содержащее медные водоохлаждаемые накладки, имеющие прямоугольные выступы, которые входят в зазор между свариваемыми кромками 1.Одна или обе из них перемещаются по мере заполнения сварочного зазора. При изменении высоты выступа накладки, изменяется ширина (сечение) шва при электро- шлаковой сварке. Применяя набор накладок с различной высотой выступа выполняют сварку в требуемое число слоев.Конструкция медных водоохлаждаемых накладок предусматривает постоянную ширину выступов, входящих в зазор между свариваемыми кромками. Следовательно, при перемещении в процессе сварки кромок изделия между ними и поверхностью выступов накладок возникнет зазор, величина которого превысит допускаемую (1 мм), что приведет к нарушению процесс формирования и как следствие, к дефекту в сварном шве, Свариваемые кромки при уменьшении зазора между ними сминают выступы накладок, что приводит к их заклиниванию в стыке.Кроме того, применение таких накладок позволяет изменять ширину (сечение) шва только дискретно, применяя набор аналогичных накладок, имеющих различную высоту выступов. Известно также формирующее устройство для сварки вертикальных швов, которое содержит механизм поджима и ползун. Ползун выполнен составным, причем одна его часть, внутренняя, состоит из двух клиновидных под пружиненных один относительно другого элементов, а наружная представляет собой 5 10 15 20 25 30 35 симметрично продольной оси пружины, а один ряд упоров закреплен на охватывающем элементе и смещен в противоположную сторону от нахлеста относительно продольной оси пружины на величину, меньшую половины расстояния между упорами на охватывающем элементе.4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что, с целью предотвращения заклинивания элементов, формирующая поверхность формирующего элемента выполнена со скосами, с углом наклона, превышающим угол трения материала формирующих элементов по материалу сварного шва,пластину, форма которой пбдобна наружной поверхности свариваемого изделия, Обе части ползуна установлены в пазах пластины с возможностью взаимного перемещения 2.К тому же недостатком известных формирующих устройств является невозможность обеспечения надежного формирования при изменении углов между свариваемыми кромками, так как углы между поверхностями указанных устройств, прилегающих к кромкам изделия, выполнены неизменяющимися, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. Таким образом сушествующие формирующие устройства, располагаемые внутри разделки кромок, не могут обеспечить выполнение условия надежного формирования шва при сварке.Цель изобретения - повышение качества сварки путем обеспечения равномерного прижатия формирующих элементов к свариваемым кромкам.Указанная цель достигается тем, что формирующее устройство для сварки вертикальных швов, содержащее два охлаждаем ых формирующих элемента, связанные с механизмом их поджима, выполненным в виде цилиндрической пружины, самотормозяшего редуктора, ходового винта с гайкой и штоком, снабжено смонтированной на пружине втулкой, на одном конце которой размещена полумуфта байонетного соединения, а другая полумуфта расположена в гайке, причем другой конец втулки выполнен с коническим и цилиндрическим участками и с канавками для размещения в них витков пружины, при этом каждый формирующий элемент выполнен, в свою очередь Г-образным, на полках формирующих элементов, расположенных параллельно одна другой, закреплены упоры, а другие полки соединены между собой внахлест а пружина установлена внутри формирую.10396 щих элементов с возможностью взаимодей-. ствия с упорами.Кроме того, два ряда упоров смонтированы на охватывающем формирующем элементе симметрично относительно продоль-ной оси пружины, а один.ряд упоров закреплен на охватываемом формирующем эле менте и смещен в сторону нахлеста относительно продольной оси пружины на величину, меньшую половины расстояния между упорами на охватываемом элемен те. В случае, когда два ряда упоров смонтированы на охватываемом формирующем элементе симметрично продольной оси пружины, один ряд упоров закреплен наохватывающем элементе и смещен в про-.,тивоположную сторону от нахлеста относительно продольной оси пружины на величину, меньшую половины расстояния между упорами на охватывающем элементе.С целью предотвращения заклинивания элементов формирующая поверхность формирующих элементов выполнена со ско-, сами, с углом наклона, превышающим угол. трения материала формирующих элементовпо материалу сварного шва.На фиг. 1 изображено формирующее устройство, общий вид; на фиг, 2 - сечение А - А на фиг. 1;Элементы 1 и 2 формирующего устройства выполнены таким образом, что они соприкасаются внахлестку и прилегают к кромкам стыка своими поверхностями а30 На полках формирующих элементов, расположенных параллельно одна другой, закреплены упоры 3 и каналы 4 для подачи охладителя. Пружина 5 размещена между формирующими элементами и взаимодействует своими витками соответственно с упорами формирующих элементов.По всей длине элемента 2 (охватываемого) расположен один упор 3, смещенный относительно продольной оси пружины40 в сторону соприкосновения элементов 1 и 2 на величину меньше половины расстояния между упорами на элементе 1. Упоры 3 могут быть размещены на элемен- . тах .1 и 2 еще таким образом, что на элементе 2 (охватываемом) два - на рас стоянии не превышающем внутреннего диа-,. метра пружины 5, а на элементе 1 (охва-".: тывающем) один - смещенный в сторону противоположную соприкосновению эле- ментов 1 и 2 на величину меньше половины: 50 расстояния между упорами 3 на элементе 2; "; В свободном состоянии наружный диаметрвитков пружины 5 больше величины свароч- ного зазора. Верхний конец пружины 5 за- креплен в спиральной канавке втулки 6;. Спиральная канавка на втулке 6 имеет круглый профиль шириной, равной диаметру. проволоки пружины 5 с шагом, равным шагу навивки пружины 5, причем выполнена с цилиндрическим участком, диаметр канавкикоторого уменьшается до диаметра штока 7к торцу втулки 6. Противоположная сторона втулки 6 выполнена в виде полумуфтыбайонетового соединения, причем такимобразом, что соединение закрывается в сторону навивки витков пружины 5. Шток 7на нижнем конце имеет захват в виде шлица шириной, равной диаметру проволокипружины 5, и в который входит нижнийконец пружины 5. Гайка 8 и ходовой винт9 имеют шаг резьбы, равный шагу навивкипружины 5. На торце гайки 8 выполнена вторая полумуфта байонетового соединения,первая находится на торце втулки 6. Гайка 8удерживается от вращения пальцами 10,скользящими по пазам в корпусе 1, связанном с корпусом самотормозящегося редуктора 12. Ходовой винт 8 жестко связан с выходным валом самотормозящегосяредуктора 12 и штоком ;Редуктор 12, ходовой вийт 9, гайка 8,шток 7, пальцы 10, корпус 11 составляют механизм дозированного натяженияпружины 5,Расположение предлагаемого формирующего устройства между свариваемыми кромками показано на фиг. 2, где штрихпунктирными линиями показаны кромки. Прижатие элементов 1 и 2 к кромкам осуществляется пружиной Х через упоры 3, равномерность этого прижатия по всей длине элементов 1 и 2, достигается постоянством шагапружины 5, обеспечиваемым механизмом дозированного натяжения пружины 5.Расположение одного упора 3 на элементе 2, а двух - на элементе 1 или наоборот обеспечивает наличие постоянногоусилия пружины 5, направленного такимобразом, что оно удерживает от раскрытия соприкасающиеся внахлестку элементы1 и 2.При подготовке формирующего устройст.ва к работе пружина 5 устанавливаетсяна механизм дозированного натяженияи соединяется с ним вверху с помощьюбайонетового соединения между втулкой 6и гайкой 8, внизу захватом на штоке .7.Вращение от самотормозящегося редуктора 12 передается через ходовой винт 9штоку 7 и благодаря связи штока с пружиной 5 увеличивается количество витковпоследней. Верхний конец пружины 5 черезвтулку 6, связанную с ходовой гайкой 8байонетовым соединением, удерживается отвращения пальцами 1 О, опирающимися накорпус 11. В то же самое время ходовойвинт 9, вращаемый редуктором 12, перемещает гайку 8, а благодаря наличию .соединения между последней и втулкой 6 иверхний конец пружины 5, увеличивая темсамым длину пружины 5. Это обеспечиваетсохранение постоянного шага пружины 5при увеличении количества ее витков,так как шаг резьбы ходового винта 91039679 5и гайки 8 равен шагу навивки пружины 5. Наличие конусного участка спиральной канавки, в которой закреплена пружина 5, во втулке 6 предотвращает обрыв проволоки пружины 5 в месте ее выхода из спиральной канавки втулки 6 при натяжении пружины 5, сопровождающимся уменьшением ее наружного диаметра,Натяжение пружины 5 производится таким образом, что наружный диаметр ее витков уменьшается на величину, позволяющую расположить формирующее устройство с пружиной 5 внутри разделки, причем внутренние напряжения, вызванные этим и деформациями от последующих в процессе сварки изменений величины и конфигурации сварочного зазора не превысят предел упругости материала пружины.Механизм натяжения пружины с установленной на нем пружиной 5 вводится в формирующее устройство между упорами 3, как показано на фиг. 2. Затем вращением (с помощью редуктора 12, штока 7) в обратную сторону пружина 5 распускается и своими витками опирается на упоры 3 и тем самым фиксирует элементы 1 и 2 в зазоре между свариваемыми кромками. После полного расслабления пружины 5 захват на нижнем конце и байонетовое соединение втулки 6 с гайкой 8 на верхнем конце пружины 5 размыкаются и механизм дозированного натяжения извлекается. В процессе сварки формирующее устройство содержит в своем составе лишь элементы 1 и 2 и фиксирующую их положение в зазоре пружину 5, с укрепленной на ней втулкой, Это обеспечивает свободный обзор и обслуживание зоны сварки.При появлении деформаций свариваемых кромок, направленной в сторону увеличения зазора, элементы 1 и 2 автоматически перемешаются вслед за кромками под воздействием постоянного усилия от пружины 5. При перемещении кромок в сторону уменьшения зазора элементы 1 и 2 перемещаются вслед за кромками, оставаясь прижатыми к ним пружиной 5, Причем изменение углов между кромками как в вертикальной, так и в . горизонтальной плоскости не сказывается на качество работы формирующего устройства. Это обеспечивается тем, что элементы. не связаны между собой, а только соприкасаются внахлестку и поэтому имеют возможность поворота относительно друг друга как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. Постоянное усилие прижатия пружины 5 элементов 1 и 2 к кромкам стыка и друг к другу в месте их соприкосновения обеспечивает плотное прилегание элементов к кромкам и друг к другу. Этим достигается выполнение указанного условия надежного формирования.Вследствие того, что угол а на формирующей поверхности элемента 1 превышает 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 угол трения между материалом последнего и материалом сварного шва, при усадке сварного шва не произойдет заклинивания элемента 1 швом. Он вытесняется из сформированного шва по мере усадки.При необходимости извлечь формирующее устройство из зазора между свариваемыми кромками внутрь пружины 5 вводится механизм дозированного натяжения, замыкаются захваты на верхнем и нижнем конце пружины 5 и производится ее натяжение. После освобождения элементов 1 и 2 от усилия прижатия пружины 5 последняя вместе с механизмом дозированного натяжения извлекается из формирующего устройства, а элементы 1 и 2 свободно удаляются из сварочного зазора, и формирующее устройство может быть собрано вновь в необходимом месте внутри сварочного зазора.Предлагаемое формирующее устройство может быть применено при многослойной сварке стыковых соединений листов, расположенных вертикально, Свариваемые листы стыкуют с зазором, в который устанавливают расположенные напротив друг друга предлагаемые формирующие устройства. Полость, образованную кромками свариваемых листов и формирующими устройствами, заполняют любым из способов сварки. При сварке последующего шва устанавливают одно формирующее устройство и заполняют зазор между ним и предыдущим швом.При необходимости предлагаемое формирующее устройство возможно оснаститькреплением к сварочному аппарату. В этомслучае одно или оба формирующие устройства, расположенные друг против друга и установленные в сварочном зазоре, перемещаются при сварке вместе с подъемом сварочной ванны в аерхнем направлении по мере заполнения сварочного зазора. По существующей схеме выполнения кольцевых швов с помощью электрошлаковой сварки начальный участок шва удаляется газовой резкой и ему придается форма, необходимая для замыкания. При толщинах металла 300 - 400 мм эта операция очень трудоемкая, требует высококвалифицированного исполнителя и специальной оснастки. При толщинах свыше 400 мм ее практически невозможно выполнить. Применение предлагаемого формирующего устройства позволяет выплавить внутри разделки кромок кольцевого стыка карман, имеющий конфигурацию, требуемую как для начала, так и для замыкания электрошлакового шва без использования последующей вырезки. Никакие другие существующие устройства и способы не могут обеспечить в настоящее время выполнение этой задачи.Таким образом предлагаемое формирующее устройство, располагаемое внутри разделки кромок, обеспечивает надежное формирование,шва при сварке стыковых соединений многослойной сваркой позволяет также значительно упростить и уменьшить трудоемкость выполнения электрошлако,Ф1039679 вых кольцевых швов больших толщин, что значительно расширит область применения сварочной технологии, улучшит качество сварных соединений и условия труда свар- шиков-операторов.ель Н. ПолВерес6оваКорре Подл нного комитета С Етений и открыти , "Раушская наб., Ужгород, ул. Пр д. 4/5 ктная, 4 Состави Техред И Тираж 11 ИПИ Государст о делам изобр Москва, Ж - 3 ПП Патент, г ктор А. Дзяткясное ССР