Внутреннее устройство для сборки под сварку кольцевых стыков обечаек

СЮЗ СОВЕТСНИХ кнврмап и УБЛИН37 04 В 23 К 31 06 ьав в АНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТРЙ К АВТОРСКОМУ СВИД(56) 1. Авторское свидетельство СС Р М 431982, кл. В 23 К 37/04, 1971,2. Авторское свидетельство СССР М 919837, кл. В 23 К 37/04, 1979 (прототий).(54)(57) 1. ВНУТРЕННЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРКИ ПОЦ СВАРКУ КОЛЬЦЕВЫХ СТЦ= КОВ ОБЕЧАЕК, содержащее корпус, два зажимных узла с несколькими рядами разжимных башмаков, установленных с возможностью радиального перемещения и механизм осевого стягивания обеча- ек, смонтированный на одном из концов корпуса, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества сборки обечаек за счет компенсации неточности обработки их торцов, зажимной узел, расположенный со стороны механизма осевого стягивания, содержит только один ряд разжимных башМаков, рабочие торцы которых выполнены выпуклыми с поверхностью двоякой кривизны,2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что отношение радиуса кривизны поверхности рабочего торца в осевой плоскости к радиусу кривизны этого торца в диамет- р ральной плоскости не более 1.Недостатком данного устройстваявляется невозможность компенсациизазоров, возникающих в стыке из-заналичия косины торцов собираемыхобечаек,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является внутреннее устройство для сборки подсварку кольцевых стыков обечаек,содержащее два размещенных в общемкорпусе эажимных узла, каждый изкоторых содержит по два ряда эажимных башмаков, установленных с воэможностью-перемещения от подвижныхв осевом направлении клиновых призм,а также размещенный со стороны пристыковываемой обечайки рычажноймеханизм стягивания и выравнивания 50556065 Изобретение относится к производству труб с помощью сварки и касается усовершенствования оборудования, применяемого для установки, крепления и удержания изделий в положении сварки. 5Изобретение наиболее эффективно может быть использовано при производстве длинномерных многослойных труб. Трубы, получаемые из многослойных обечаек, являются ответственного 10 назначения и предназначены для работы под повышенным давлением рабочей среды при сверхнизких температурах Заполярья. Поэтому к качеству сварных швов труб предъявляются повышен ные требования. Качество кольцевых сварных швов длинномерных труб во многом зависит от качества сборки торцов обечаек под сварку. Осуществить же качественную сборку торцов многослойных обечаек гораздо сложнее, чем монослойных, поскольку такие обечайки поступают на сборку с повышенной по сравнению с монослойными косиной торцов. 25Получение повышенной косины торцов в результате операцииих подрезки перед сборкой объясняется уменьшенной жесткостью многослойных обечаек по сравнению с монослойными. При такой жесткости обечаек современные специализированные серийно- выпускаемые подрезные станки не могут обеспечить необходимую величину перпендикулярности их торцов к продольной оси. Поэтому процесс сварки труб из многослойных обечаек имеет свои специфические особенности и может быть качественно выполнен лишь при применении специального оборудования для их сборки. 40Известно устройство, применя- емоЕ для сборки обечаек под сварку, содержащее два размещенных в общем корпусе эажимных узла, каждый из которых имеет по два ряда зажим ных башмаков 1 . торцов обечаек с захватами, радиально подвижными от клиновой призмыупомянутого эажимного узла 2 .Контактная поверхность эажимныхбашмаков в данном устройстве имеетцилиндрическую форму.Однако наличие двух рядов зажимных башмаков в узле, расположенном со стороны пристыковываемойобечайки, в сочетании с цилиндрической формой контактной поверхности башмаков первого от стыка рядаприводит к тому, что при оптимальных дляисправления формы сечения .усилиях зажима пристыковываемойобечайки перекос ее оси относительно оси центратора в процессе ликвидации торцового зазора в стыке спомощью механизма стягивания торцов обечаек сопровождается искажением Формы сечения наружного торцаобечайки, так как перекосу оси обечайки в данном случае препятствуетнаружный ряд эажимных башмаков.Кроме того, этот процесс сопровождается овализацией торца обечайкисо стороны стйка, обуславливаемойцилиндрической Формой контактнойповерхности упомянутых зажимныхбашмаков. Вызываемая указаннымипричинами деформация пристыковываемой обечайки приводит к ухудшениюкачества совмещения кромок собира;емых элементов и увеличению уровняостаточных напряжений в готовых трубах.Цель изобретения - повышение качества сборки обечаек путем компенсации неточности обработки их торцов.Поставленная цель достигаетсятем, что в внутреннем устройстведля сборки под сварку кольцевыхстыков обечаек, содержащем корпус,два зажимных узла с несколькими рядами разжимных башмаков, установленных с возможностью радиального перемещения, и механизм осевого стягивания обечаек, смонтированный наодном иэ концов корпуса, зажимнойузел, расположенный со стороны механизма осевого стягивания обечаек,содержит только один ряд разжимныхбашмаков, рабочие торцы которыхвыполнены выпуклыми с поверхностьюдвоякой кривизны,Кроме того, отношение радиусакривизны поверхности рабочего торца в осевой плоскости к радиусукривизны этого торца в диаметральной плоскости не более 1. На фиг, 1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг, 1; на фиг. 3 - раз реэ Б-В на фиг. 1, на фиг. 4 узел 1 на фиг. 1, раэжимной башмак зажимного узла, расположенного состороны механизма осевого стягивания обечаек 3 на фиг, 5 - разрез В-Вна фиг. 4,Внутреннее устройство для сборкипод сварку кольцевых поворотных стыков обечаек содержит корпус 1, вкотором размещены два эажимных узла 2 и 3Зажимной узел 2 расположен на стороне сваренной части 4трубы, а узел 3 - на стороне пристыковываемой обечайки 5. Зажимной 10узел 2 содержит в данном случае два.ряда раэжимных радиально подвижныхбашмаков б и 7, а узел 3 - один ряд,башмаков 8. Башмаки 6-8 установленыс возможностью радиального перемещения в соответствующих радиальныхрасточках корпуса 1,Возможно выполнение одного рядаэажимных башмаков при достаточнойих длине, исключающей разрыв контакта и овалиэацию трубы, Выбор того.или иного варианта определяется конкретными условиями: длиной обечаек,диаметром, длиной и массой получаемых труб. и конструктивным решением 25транспортных и поддерживающих устройств.Приводом радиального перемещениябашмаков б и 7 служит клиновый механизм 9, а башмаков 8 клиновой механизм 10.Механизм 9 содержит две клиновыепризмы 11 и 12, причем призма 12установлена с возможностью осевогоперемещения относительно призмы 11за счет пружины 13. Призма 11 жестко связана с подвижным корпусом 14гидроцилиндра, шток 15 которого закреплен неподвижно с помощью гайки16 относительно корпуса 1.40Механизм 10 содержит клиновуюпризму 17, жестко связанную с подвижным корпусом 18 гидроцилиндра,шток 19 которого также жестко закреплен на корпусе 1 посредством гайки 20 . Раэжимные башмаки 6-8 прижаты к клиновым поверхностям соответ ствующих призм и удерживаются отвыпадения с помощью пластинчатыхпружин 21 (фиг. 2), закрепленных накорпусе 1. Выполнение в предлагаемом устрой- стве призм 12 подвижными относительно призм 11 позволяет при одинаковом угле иэ конусности обеспечить им различное осевое смещение и при заданном усилии центрирования на разжимах 7 снизить усилие на разжимах б за счет настройки пружины 13, что позволяет снизить опасность тре щинообраэовавия или разрушения уже нанесенного сварного шва, в данном случае шва О , так как сборка обечаек в трубу обычно осуществляется тех.нологическими швами малого (по срав- б 5 нению с толщиной стенки обечайки сечения.На корпусе 1 центратора установлены тороидальные опорные ролики 22 и 23, опорные диски 24 и 25 и направляющие ролики 26 и 27. При отсутствии обечаек устройство удерживается в необходимом положении с помощью опорных дисков 24 и 25 и подъемно- поворотных роликов 28 и. 29. В процессе заведения обечаек для их сборки в трубу или выведения готовой трубы устройство может удерживаться опорными роликами 22 и 23 в контакте с соответствующими подъемно-поворотными роликами, или же опираться на внутреннЮю поверхность обечаек .или трубы.Удержание центратора от осевого смещения обеспечивается за счет штан. ги 30.Устройство содержит также механизм 31 осевого стягивания обечаек, который состоит иэ четырех гидроцилиндров 32, корпусы которых шарнирно закреплены на корпусе 1, а штоки шарнирно соединены с Г-образными захватами 33, пропущенными через отверстия в радиально подвижных штоках 34. Радиальйое разведение Г-образных захватов 33 и выведение их за габариты обечайки 5 осуществляется упомянутыми штоками 34, установленными во взаимодействии с клиновой призмой 35, выполненной на корпусе гидроцилиндра 10.Число разжимных башмаков 6-8 в каждом ряду должно быть не менее 8-12 штук с охватом не менее 4/5 периметра обечайки (во избежание огранки обечайки при ее деформации и появления остаточных напряжений в стенке трубы), при этом внутренний продольный стык (нахлест) б, фиг, 2, должен размещаться при стыковке обечаек между зажимными башмаками.Длина радиально подвижных штоков 34 выбирается таким образом, чтобы между поверхностью обечайки 5 и штоками 34 существовал некоторый радиальный зазор, достаточный для беспрепятственного перекоса оси обе-. чайки 5 в процессе прижатия ее по торцу к сваренной части трубы 4 механизмом 31. Разжимные башмаки 8 в общем случае имеют контактную поверхность двоякой кривизны (1 на фиг. 4 и 5), симметрично рас;.сложен:.1 относительно средней плоскости 3 - 8 и имеющую радиус кривизны (в средней плоскости 8 - 8 в конечной стадии зажима обечаикй), равный Р - радиусу Внутренней поверхности обечайки, а в осевой плоскости сеченияРадиус кривизны Я может быть произвольным однако достаточно большим с тем, чтобы обеспечить контактную прочность раэжимных башмаков 8 и исключить образование наклепа и повреждений поверхности обечайки при 5 ее зажиме с заданным технологическим усилием.Контактная поверхность разжимных башмаков 8, т.е. поверхность возможного контакта разжимных башмаков с 1 О внутренней поверхностью обечайки ограничивается углом 2 ) (рис. 4) причем с учетом воэможьости произвольной пространственной ориентации косины торцов обечаек в стыке должно 15 быть соблюдено условиегде К - наибольший угол косины торца обечайки. Соответственно осевая длина 1 О контактной поверхности должна быть не менее3 О У .2 й 2 М,)Поверхность разжимных башмаков 8вне угла 2не является контактнойи ее профиль выбирается иэ конструктивных соображений.(с тем условием, чтобы она не препятствовалаперекосу обечайки),.Предпочтительным профилем контактной поверхности зажимных башмаков 8, хотя и более сложным по.технологии изготовления, является такой профиль, для которого радиускривизны в осевом сечении 82 равенрадиусуВ этом случае контактная поверхность каждого эажимного башмака1 40превращается в участок сферическойповерхности радиуса 1, .Радиальный ход раэжимных башмаков 8 при этом выбирается таким образом, чтобы нри зажиме обечайкицентры радиусов кривизны контактныхповерхностей располагались на оси,центратора, таким образом, послезажима обечайки контактные поверхности всех зажимных башмаков 8 располагаются на общей сфере с радиусомравным внутреннему радиусу обечалки.Перекос такой сферы относительнооси обечайки .(в пределах расчетныхзначений) не сопровождается какимилибо дополнительными радиальнымидеформациями обечайки и требуетминимально возможных усилий, а еедиаметральное сечение сохраняет 60строго круглую форму,Устройство работает следующимобразом.В исходном положении перед началом операции зажима разжимные башма ки би радиально подвижные штоки 34 сведены к центру, при этом клиновые призмы 11, 12, 17 и 35 находятся в крайнем левом положении (фиг. 1), а захваты 33 - в крайнем правом положении.Далее осуществляется зажим трубы 4 при подаче рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра зажим- ного узла 9 и движении корпуса 14 гидроцилиндра вместе с призмами 12 и 11 вправо (фиг. 1).При контакте разжимных .башмаков 6 с поверхностью трубы 4 происходит некоторое поджатие пружины 13. Когда давление в поршневой полости гидроцилиндра достигает своего максимального значения, усилие на раэжимных башмаках 7 определяется давлением в гидроцилиндре, а усилие на разжимных башмаках б - насТройкой пружины 13,Таким образом, производится ис-правление формы сечения трубы 4, ее зажим и центрирование относительнооси устройства.Предварительный зажим пристыковываемой обечайки 5 раэжимными: башмаками 8 производится аналогичным образом при подаче рабочей жидкости в штоковую полость гидроцилиндра зажимного узла 3. При этом обечайка 5 получает грубое исправление Формы сечения, а Г-образные захваты 33 с помощью штоков 34 выводятся за габарит обечайки 5. Далее одновременно включаются гидроцилиндры 31, при этом происходит сначала поступательное перемещение обечайки 5 относительно башмаков 8 до контакта ее торца с торцом трубы 4, а затем поворот обечайки 5 относительно точки ее первоначального контакта с трубой 4 и выпуклой поверхности башмаков 8 вплоть до полного прижатия обечайки 5 по торцу к трубе 4.После этого происходит окончательный зажим обечайки 5, После окончательной стыковки кромок наносят технологический сварной шов. Далее цикл повторяется.Благодаря отсутствию наружного ряда эажимных башмаков со стороны пристыковываемой обечайки 5 перекос оси обечайки 5 в процессе ее стыковки в предлагаемом устройстве не сопровождается искажением (деформацией) ее наружного торца.Наличие тороидальной (в данном случае - сферической) контактной поверхности у имеющегося ряда раэжимных башмаков 8 позволяет производить упомянутый перекос оси обечайки 5 практически беэ дополнительных радиальных деформаций (овализации) ее торца со стороны стыка и требует минимальных усилий для перекосаобечайки, достаточных лишь для преодоления сил трения на линии контакта обечайки 5 с эажимными башмаками 8 (фиг. 1).Предложенное внутреннее устройство для сборки под сварку кольцевых стыков обечаек позволяет производить стыковку торцов обечаек при сборке в трубу без дополнительной овализации и искажения Формы сечения, за счет чего улучшается сонме щение кромок стыкуемых торцов и обеспечивается практически беэзорное прижатие их торцов, что исключает воэможность прожогов технологического сварного шва и связанные с этим деФекты .готовой трубы. Соответственно снижается уровень остаточных напряжений и деФормаций в трубе. Устройство позволяет также производить стыковку кромок с минимальными условиями.1Годовой экономический эФФект отиспользования предлагаемого иэобретения составляет 208,9 тыс. руб, в год.Составитель М. Буянактор Н. Воловик Техред А.Бабинец . орректор Ю. Макарен ое иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн Заказ 1219/11 Тираж 1037 Подпис ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 45