Датчик положения свариваемого стыка при многопроходной сварке

Соеов СоветсникСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл.з В 23 К 9/10 Государственный комнтет СССР по делам нзобретеннй н открытнй(72) Авторы изобретения Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт электросварки им, Е. О. Патона(54) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ СВАРИВАЕМОГО СТЫКА ПРИ МНОГОПРОХОДНОЙ СВАРКЕ1Изобретение относится к оборудова-; нию для электродуговой сварки металлов, к средствам управления положением электрода относительно свариваемых поверхностей изделия, и может быть 5 использовано при многопроходной сварке с сопутствующим подогревом глубоких разделок на изделиях типа резервуары, котлы и т.п. для изделий тяжелого энергомашиностроения или колонн 10 для нефтехимического машиностроения,Известно устройство для автоматической многопроходной сварки кольцевых швов иэделий типа ротора (1 .Указанное устройство обеспечивает пеРемещение конца электрода в требуемое положение при сварке глубоких раэделок при обязательном условии - отсутствии биения поверхностей разделки относительно сварочного аппара та при вращении ротора. Это обеспечивается тем,что заготовки под сварку предварительно точно обтачиваются, а вращателем при сварке служит устройство типа токарного станка с точной Щ фиксацией иэделия.Известно, что изделия типа резервуары, котлы, колонны синтеза и т.п. не могут быть точно зафиксированы прФ сварке. Они устанавливаются на роли- З 0 ковом вращателе, и поверхности разделки (боковая и нижняя) при вращении имеют радиальное и осевое биениеотносительно конца электрода и значительно превышающее допустимое смещение электрода относительно свариваемых кромок. При сварке узких разделок глубиной до 400 ьщ наблюдениеэа местом сварки чрезвычайно затруднительно из-за малых размеров разделки и достаточно высокой температурынагрева изделия до(450 ),Известен датчик положения свариваемого стыка при многопроходной сварке,содержащий подпружиненный в сторонуизделия двуплечий качающийся рычаг сшаровой опорой, расположенной междуплечами рычага, на одном из плеч которого закреплен щуп, а на другом -вилка с взаимно перпендикулярнымипарами лепестков и преобразователилинейных перемещений в электрическийсигнал, каждый из которых содержит .якорь 2 .В этом датчике верхнее плечо рычага, несущее вилку, выполнено составным. Части составного рычага соединены между собой пружиной с плотно навитыми витками. Такая конструкцияпозволяет частям рычага изгибатьсяотносительно друг друга, что предохраняет датчик от поломки при случайных больших смещениях копирного щупа,Однако при незначительной нагрузке наизмерительный конец рычага, напримерот веса рычага и магнитов при наклонном расположении датчика, а также отнибрации во время перемещения сварочного аппарата по направляющим, возникает произнольная деформация пружины,что является причиной нестабильнойработы датчика,ОКроме того, при случайных большихотклонениях щупа и, следовательно,большом изгибе частей составного рычага относительно друг друга пружина,соединяющая части рычага, не может 15возвращаться в постоянное ненагруженное положение из-за остаточных деформаций. Поэтому перед началом сваркинеобходимо производить согласованиесреднего (нулевого) положения датчи Ока с положением электрода, что снижает производительность оборудованияиз-эа затрат времени на указанное согласование,Применение известного датчика присварке деталей с глубокими разделками и с сопутствующим подогревом невозможно из-за отсутствия охлаждения датчика.Целью изобретения является повышение точности копирования, предохранение датчика от поломки при вводе егов узкую глубокую разделку и повышение стабильности работы при сваркенагретых изделий.35 Это достигается тем, что каждыи якорь оснащен установленными на нем двумя направляющими втулками из электроиэоляционного материала с шаровыми наконечниками, взаимодействующими с поверхностями лепестков вилки, при этом одна из направляющих втулок закреплена неподвижно относительно якоря, а другая подпружинена, шаровая опора снабжена Фланцем, одно из плеч качающегося рычага также снабжено Фланцем с коническим отверстием, взаимодействующим с шаровой опорой и подпружиненным относительно Фланца шаровой опоры, а во фланце с коничес" ким отверстием выполнен кольцевой канал, служащий для подключения в систему охлаждения датчика,На Фиг. 1 представлено расположение датчика относительно сварочной головки и иэделия (стрелкой указано направление вращения изделия при сваркф на Фиг. 2 - датчик, продольный разрез; на Фиг. 3 - поперечное сечение датчика по оси якоря преобразователя. 60Датчик 1 через кронштейн 2 с электрической изоляцией прикрепляется к сварочной головке 3, которая имеет блок для перемещения конца электрод поперек разделки на изделии 4. 5 Головка 3 жестко закреплена на поперечном суппорте 5 с приводом б, которые, н свою очередь, установлены на вертикальной каретке 7 с приводом 8, Направляющие вертикальной каретки монтируются на механизме 9 установочного перемещения головки 3 относительно изделия 4.На плече 10 качающего рычага установлен износостойкий щуп 11 и Фланец 12 с узкой опорной поверхностью на периферии .торца. К Фланцу 12 через регулировочную шайбу 13 прикрепляется сферический выступ 14, входящий н коническое отверстие Фланца 15. Пружины 1 б, (более трех штук) расположенные равномерно по окружности, прижимают фланцы 12 и 15 друг к другу, Шайбой 13 регулируют положение сферического выступа 14 так, чтобы при упоре фланцев 12 и 15 зазор между сферой и коническим отверстием был значительио меньше допускаемого смещения электрода от стыка. Во фланце 15 имеется кольцевой канал с перегородкой, н который гибким шлангом 17 последовательно с каналами охлаждения в корпусе 18 подается охлаждающая вода.Выход иэ кольцевого канала подключается к сливной магистрали системы охлаждения.На плече 19 рычага жестко закреплены фланец 15, кольцо 20 и вилка 21. В корпусе 18 и кольце 20 выполнены конические отверстия, между которыми установлен шарик 22. Такая конструкция обеспечивает плечами 10 и 19 рычага подвижность, аналогичную закреплению в шаровом шарнире. Диаметрально противоположно шарику 22 в корпусе 18 жестко установлен штифт 23, который свободно проходит в отверстие тонкой стенки кольца 20, благодаря чему исключается воэможность поворота плеча 19 относительно своей оси, но не ограничивается подвижность шарнира вокруг шарика 22.Кольцо 20 прижимается через шарик 22 к корпусу 18 пружиной сжатия 24, которая опирается на кольцо 20 торцом, отогнутого конца проволоки последнего витка н зоне, смещенной относительно шарика 22 на 90 , что обеспечивает поворот плечей 10 и 19 в плоскости, наклонной к. плоскости чертежа под углом в 45 О. Упорная крышка 25 ограничивает величину поворота плеча 19, Вилка 21 имеет дне пары лепестков, повернутых относительно друг друга на 90 , между которыми согласованно установлены преобразователи 2 б перемещений в электрический сигнал. В качестве преобразователей применяются дифтрансформаторы иэ приборов типа МЭД 2360 или ДИ 3570, содержащие одну питающую и две измерительные обмотки, включенные встречно. Все обмотки уложены на один каркас с цент 764889ральным отверстием, в котором располагается якорь.Смещение якоря из среднего положения вызывает появление на. выходе измерительной цепи электрического сигнала, знак которого определяет направление смещения, а величина сигна-, ла пропорциональна величине смещения якоря.Преобразователи 26 через кронштейны27 прикрепляются к стенке 28, которая ,установлена на стойках 29 относительно корпуса 18. Подвод проводов к датчику осуществляется через разъем 30. Кожух 31 закрывает детали датчика внешнего воздействия.На каждый якорь 32 преобразователей26 жестко установлена злектроизоляционная втулка 33 (например, из фторопласта) с шаровым наконечником 34. На противоположном конце якоря 32 установлена подвижно электроизоляционная 20 втулка 35 с шаровым .наконечником 34. Между якорем и втулкой 35 установлена пружина сжатия 36; выполненная из бронзы. Так как шаровые наконечники расположены за пределами преобразова теля, а втулки 33 и 35 и пружина 36 выполнены из немагнитного материала, то они влияют на работу преобразователя 26.Усилие сжатия пружин 16 устанавливают больше усилия сжатия пружины 24.Датчик работает следующим образом.Относительно разделки датчик ориентируют так, чтобы плоскость поворота плечей 10 и 19 под действием пружины24 проходила по биссектрисе угла между боковой стенкой и дном разделки. При этом пружина 24 поворачивает вокруг шарика 22 плечи 19 и 10 рычага и прижимает щуп 11 одновременно как к боковой стенке, так и ко дну разделки, 40Один из преобразователей 26 располагают в направлении поперек разделки и смещение его якоря 32 пропорционально смещению боковой разделки стенки, а выход этого преобраэовате ля подключают к блоку управления приводом 6 поперечного суппорта 5. У второго преобразователя 26 смещение якоря пропорционально смещению дна разделки.по вертикали, а его выход подключают к блоку упоавления приводом 8 вертикальной каретки 7.В исходном положении электрод установлен в требуемое для сварки положение, щуп 11 прижат к боковой стенке и дну разделки и на выходе преобразователей 26 сигнал равен нулю, При включении сварки включается вращение иэделия. В случае возникновения смещения стенки разделки воздействуют на щуп 11. Благодаря выбранному соот Оношению усилий пружин 16 и 24 плечи 10 и 19 поворачиваются как один элемент вокруг шарика 22,сжимая пружину 24. Смещение вилки 21 зависит от величины и направления смещения боковой 65 стенки и дна разделки. Лепестки вилки 21 воздействуют на шаровые наконечники 34 соответствующего преобразователя 26. Пружина 36, смещая втулку 35 относительно якоря 32, постоянно прижимает шаровые наконечники 34 к лепесткам вилки и таким образом устраняет воэможность появления люфта между смещением вилки и якоря 32. Смещение якорей 32 приводят к возникновению управляющего сигнала на соответствующем преобразователе, который подается на блок управления соответствующего привода (6 или 8) и суппорт 5или каретка 7 перемещает датчик в сторону уменьшения сигналаи восстановления нулевого (исходного) положения. В случае аварийных ситуаций и при вводе плеча 10 в глубокую разделку прибольших смещениях щупа 11 плечо 19упирается в стенку отверстия крышки25.При дальнейшем смещении щупа 11плечо 10 с фланцем 12 поворачиваетсяотносительно неподвижного фланца 15и плеча 19, сжимая пружины 16. Междусферическим выступом 14 и коническимотверстием фланца 15 образуется зазор.После снятия аваРийного смещения щупа 11 фланец 12 поворачивается под действием пружины 16 и сферический выступ 14 попадает в коническое отверстие фланца 15, Торец фланца 12 периферией прижимается к фланцу 15. В дальнейшем смещение плечей 10 и 19 производится как одного элемента, Указанный способ центрирования фланцев 12 и 15 обеспечивает постоянное положение поверхностей щупа 11 относительно лепестков вилки 21 и, следовательно, якорей 32, что исключает необходимость дополнительного согласования электрода с положением щупа в нулевом положении после большого смещения щупа.При сварке нагретых изделий с глубокой разделкой тепло, передаваемое щупом 11 и плечом 10 к датчику, отбирается во фланце 15 охлаждающей водой,пропускаемой по кольцевому каналу, расположенному вблизи конического отверстия.Канал подключается последовательно к системе охлаждения корпуса 18. Предотвращение корпуса датчика от нагрева обеспечивает стабильную работу преобраэователей и постоянную точность датчика при значительных колебаниях температуры изделия., Таким образом, предлагаемая конструкция исключает появление люфта между вилкой копирного рычага и подвижными якорями преобразователей, предохраняет. датчик от поломки при большихсмещениях щупа во всех направлениях,обеспечивает постоянство положениякопирного щупа относительно преобразователей, а следовательно, и датчикаотносительно электрода, предохраняеткорпус датчика от нагрева при сварке иэделий с сопутствующим подогревом, Укаэанные преимущества повышают точность работы датчика, в том числе и при значительных колебаниях температуры изделия, облегчают обслуживание датчика и удлиняют срок его службы.Формула изобретения1. Датчик положения свариваемого стыка при многопроходной сварке, содержащий подпружиненный в сторону изделия двуплечий качающийся рычаг с шаровой опорой, расположенной между плечами рычага, на одном иэ плеч которого закреплен щуп, а на другом - вилка с взаимно перпендикулярными па рами лепестков и преобразователи линейных перемещений в электрический сигнал, каждый из которых содержит якорь, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повышения точности копи рования, кажцый якорь оснащен установленными на нем двумя направляющими втулками иэ электроиэоляционного материала с шаровыми наконечниками, вэаимоце 9 ствующими с поверхностями лепестков вилки, при этом одна изнаправляющих втулок закреплена неподвижно относительно якоря, а другаяподпружинена.2. Датчик по и, 1, о т л и ч а ющ и. й с я тем, что, с целью предохранения датчика от поломки при вводеего в узкую глубокую разделку, шаровая опора снабжена фланцем, одно изплеч качающегося рычага также снабжено фланцем с коническим отверстием,взаимодействующим с шаровой опорой иподпружиненным относительно фланцашаровой опоры.3, Датчик по п. 2, о т л и .ч а ющ и й с я ; тем, что, с целью повышения стабильности работы при сваркенагретых иэделий, во фланцес коническим отвЕрстием выполнен кольцевойканал, служащий для подключения всистему охЛаждения датчика.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 438505, кл. В 23 К 31/06, 10.08.72.2. Патент США 9 3857080, кл.318-681,1974.Составитель Л. Глаголеваор В. Фельдман Техред М.Рейвес . Корректор Н. Сте 6 2 Зака ВНИИПИ Госу ми по делам от 113035, Москва,на / Филиал ППП Патент , г. ужгород, ул. Проектная