Устройство для дуговой сварки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3 К 9 1)5 ИЗОБР О К АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛ ЬСТВУ 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения (72) Е. И. Горлов, Ю, А. Резкий, В. Я, Смоляр и С. П, Майорова(56) Авторское свидетельство СССР М 1116618, кл, В 23 К 9/30, 1975.Авторское свидетельство СССР М 1459854, кл. В 23 К 9/30, 1989,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ (57) Использование: сварка неповоротных стыков труб с раскладкой проходов шва, колебанием электрода и слежением за длиной дуги. Изобретение может быть использовано для неповоротных стыков труб с произвольной ориентировкой их продольной оси в пространстве и в стесненных условиях. Сущность изобретения: в устройстве держатель 13 выполнен с вилкой 25, а механизм поперечных колебаний горелки выполнен в виде приводного задающего кулачка 26, коромысла 28, с роликом 29 и траверсы 30 с вилкообразным рычагом 31. При этом приводной кулачок 26 установлен на держателе 15, коромысло 28 с роликом 29 в вилке 25 держателя 15 с возможностью в разворота относительно ее и контактирования ролика 29 с кулачком 26. Траверса 30 и коромысло 28 выполнены в виде обойм, помещены друг в друга и сочленены между собой и с вилкой держателя полуосями 35, Коромысло 2 снабжено ползуном 18 с продольным пазом, ходовым винтом 50 и пальцем 51, жестко установленным поперек паза, Вилкообразный рычаг 31 траверсы помещен в паз ползуна 48 с возможностью взаимодействия с пальцем 51, горелка 18 установлена в траверсе на опорах-центрах, ось которых расположена в одной плоскости с полуосям 35, перпендикулярно им, соединена с тра-.версой винтовой парой, состоящей из регулировочного винта 42 со сферической пятой 44. установленной в горелке, и смонтированной в траверсе цилиндрический гайки- муфты 43, резьбовое отверстие которой перпендикулярно оси ее цилиндра, Кроме ф того, ось ходового винта 50 ползуна 48пендикулярна оси пальца 51. 1 з.п, ф6 ил.Изобретение относится к сварке, в частности к сварке неповоротных стыков трубс раскладкой проходов шва, колебаниемэлектрода и слежением за длиной дуги иможет быть использовано в судостроении,нефтяной, химической, энергетической промышленности и других отраслях машиностроения для сварки трубопроводов,Устройство может быть использованодля сварки неповоротных стыков труб, продольная ось которых находится в любомпространственном положении и в стесненных условиях, например, в энергетическойотрасли при изготовлении и ремонте мон:тажных стыков труб, перепускающих отработанный пар с турбин НД в реакторР БМ К.Известно устройство для сварки неповоротных стыков труб, содержащее механизм поперечных колебаний, закрепленныйна основании, и смонтированную на механизме поперечных колебаний планшайбу сосварочной горелкой,Устройство снабжена корпусом, упороми копиром, корпус неподвижно закрепленна основании, упор установлен на корпусес возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси планшайбы икинематически связан с механизмом поперечных колебаний, горелка смонтированана планшайбе с возможностью радиальногоперемещения, а копир кинематически связан с горелкой и упором.Устройство обеспечивает синхронноеколебание сварочной горелки и упора, чтопозволяет производить многопроходнуюсварку неповоротных стыков трубопроводов савтоматическим подъемом электродапри завершении каждого прохода, Это позволяет повысить производительность процесса и качество сварных швов.Недостатком данного устройства является отсутствие технических средств, реализующих маятниковые поперечныеколебания при выполнении валиков многопроходного шва, разворот горелки на необходимый угол поперек разделки и внаправлении сварки (углом вперед),Из-за отсутствия указанных средствданное устройство не обеспечивает требуемого качества швов с раскладкой валиков иимеет узкие технологические возможности,так как не обеспечивает сварку толстостенных труб, продольная ось которых лежит впространственных положениях, отличныхот горизонтального.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для дуговой50 ка толстостенных труб, продольная ось которых находится в горизонтальном положении,При больших толщинах труб необходима, как правило, Ч-образная разделка. При 55 заварке такой разделки данным устройством неизбежны: увеличение от слоя к слою линейной амплитуды поперечного колебания горелки и упомянутый двойной переплав металла и кромок разделки. 10202530354045 сварки, предназначенное для сварки неповоротных стыков труб.Оно содержит корпус с установленными на нем механизмами слежения эа длиной дуги и поперечных колебаний и держательсо сварочной горелкой, смонтированный с возможностью взаимодействия с указанными механизмами, и снабжено направляющей и приводом ее поворота, при этом направляющая смонтирована на корпусе с возможностью вращения относительно своей продольной оси, привод поворота связан с механизмом слежения за длиной дуги, а держатель со сварочной горелкойустановлен на направляющей с возможностью перемещения вдоль ее осиПривод поворота устройства выполнен в виде рычага и шатуна, шарнирно связанных между собой, при этом свободный конец рычага жестко .соединен с направляющей, а свободный конец шатуна с механизмом слежения за длиной дуги. Механизм сложения за длиной дуги выполненв виде пары винт-гайка, при этом гайка шарнирно связана с концом шатуна..Эти усовершенствования позволяют увеличить амплитуду линейного поперечного колебания горелки при послойном наложении валиков в разделке и тем самымрасширить технологические возможностиизвестного оборудования.Однако при такой технологии устройство позволяет получать качественные неповоротные сварные стыки только тонкостенных труб.Вызвано это тем, что при наложении валиков шириной более 14-15 мм при подходе электрода к кромке разделки происходит остывание противоположной кромкипри каждом полупериоде колебания, в результате чего наплавленный металл по краям кромок повторно переплавляется.Повторное переплавление приводит к образованию грубой кристаллическийструктуры металла с низкими механическими свойствами, то есть к снижению качества соединения.Наиболее сложной технологией при сварке неповоротных стыков является свар510 20 30 35 40 50 вместное колебание Ввиду того, что в процессе колебанияэлектрод всегда находится параллельнобиссектрисе угла, то при подходе к кромкесварочная дуга магнитным дутьемотклойяется и принимает положение, параллельноекромке, в результате чего на кромках образуются подрезы. При наложении последующего слоя валиков в предыдущем, в зонеподрезов возникнут непровэры, то естьбрак.Кроме того, формирование сварочногошва толстостенных труб с Ч-образной разделкой производится с чередованием наплавки полукольцевых одиночных валиков"на подъем", то с правой, то с левой стороны 1от 0 до 180 и от 360 до 180 (см, фиг, 5).При этом, в процессе сварки известнымустройством, электрод во всех пространственных положениях будет находиться перпендикулярно к касательной образующейсвариваемых поверхностей, В зонах от 45до 135 и от 315 до 225, когда упомянутаякасательная образующей находится в вертикальном и близком к нему положении сварочная дуга будет давить на жидкую ванну 2металла и вытеснять его из разделки, Про-исходит стекание металла, что явится след-ствием низкого качества сварного шва. Приэтом снижение тока и скорости, в целяхпредотвращения вытекания металла из разделки, повлечет снижение производительности.Кроме того, известное устройство необеспечивает наклон горелки поперек разделки, а следовательно, не обеспечиваетраскладку одиночнь 1 х валиков и сварку труб,продольная ось которых находится в положении;отличном от горизонтального.Таким образом устройство имеет узкиетехнологические возможности, Оно обеспечивает сварку тонкостенных труб, продольная ось которых находится .вгоризонтальном положении и не может осуществлять сварку толстостенных неповоротных стыков, так как в нем отсутствуют 4технические средства, обеспечивающие маятниковые колебания грелки, наклон сварочной горелки углом вперед и поперекразделки,Об ограниченных технологических возможностях свидетельствует и невозможность применения устройства для сваркитруб, продольная ось которых находится вположениях, отличных от горизонтального,Цель изобретения - расширение технологических возможностей известного оборудования путем обеспечения сваркистыков толстостенных труб, продольная оськоторых расположена в любом пространственном положении. Это достигается тем, что в устройстве держатель выполнен с вилкой, а механизм поперечных колебаний горелки - в аиде приводного задающего кулачка, коромысла с роликом и траверсы с вилкообразным рычагом, при этом приводной кулачок установлен на держателе, а коромысло с роликом в вилке держателя с возможностью разворота относительно ее и контактирования ролика с кулачком, траверса и коромысло выполнены в виде обойм, помещены друг в друга и сочлен ены между собой и с вилкой держателя соосными подшипниками, коромысло снабжено ползуном" с продольным пазом; ходовым винтом и пальцем, жестко устаноеленным поперек паза, вилкообразный рычаг траверсы помещен в паз ползуна с возможностью взаимодействия с пальцем, горелка установлена в траверсе на опорах - центрах, ось которых расположена в одной плоскости с осью подшипников и перпендикулярнО ей"й сочленена с траверсой винтовой парой, состоящей из регулировочного винта со сферической пятой,установлейной в горелке и смойтированной в траверсе цилиндрической гайки-муфты, резьбовое отверстие которой перпендикулярно оси ее цилиндра, кроме того ось ходового винта полэунэ перпендикулярна оси упомянутого пальца,Новые свойства предлагаемой конструкции: выполнение механизма поперечных колебаний горелки в виде приводного задающего кулачка и коромысла с роликом; снабжение держателя вилкой, установка приводного кулачка на держателе, а коромысла в вилке держателя с возможностью контактирования кулачка с роликом и разворота коромысла относительно вилки, позволяют осуществить маятниковые колебания коромысла.Снабжение механизма поперечных колебаний траверсой.с вилкообразным рычагом, вййолненйетраверсы и коромысла в виде обойм, установка последних друг в друга и сочленение между собой и с вилкой держателя соосными подшипниками, а также снабжение коромысла ползуном с продольным пазом и пальцем, жестко установленным поперек паза и помещение вилкообразного рычага траверсы в паз ползуна с возможностью взаимодействия с пальцем, позволяют осуществить устойчивую связь коромысла с траверсой и их соУстановка сварочной горелки в траверсе и сочленение последних посредством винтовой пары, состоящей из регулировочного винта и цилиндрической гайки-муфты, позволяют обеспечить устойчивую связь горелки с траверсой и передать колебания последней непосредственно горелке,Таким образом, сварочной горелке обеспечены маятниковые колебания, параметры которых обуславливаются профилем кулачка и соответствующей установкой ролика коромысла на диаметральной оси этого кулачка,Снабжение ползуна ходовым винтом, ось которого перпендикулярна оси пальца, позволяет создать рычажно-винтовую пару, включающую упомянутое зацепление посредством пальца полэуна с вилкообразным рычагом траверсы и осуществить взаимодействие ходового винта с ползуном.Это взаимодействие позволяет через палец осуществить в процессе сварки принудительный автономный наклон,траверсы с горелкой в соосных подшипниках в направлении колебания горелки в требуемую сторону, не нарушая при этом заданной амплитуды колебания горелки.Таким образом, устройству обеспечена возможность выполнения сварного шва с раскладкой валиков и с маятниковыми колебаниями электрода при наплавке одиночного валика.Установка горелки в траверсе на опорах-центрах, ось которых расйоложена в одной плоскости с осью соосных подшипников и перпендикулярно ей, а также выполнение регулировочного винта со сферической пятой, гайки-муфты в виде цилиндра, а резьбовое отверстия в гайке перпендикулярно оси цилиндра и установка сферйческой пяты и гайки-муфты соответственно в горелке и в траверсе позволяют создать универсальный шарнир, т.е. осуществить шарнирное соединение винта как с горелкой, так и с траверсой,При этом работа винтовой передачи - винта и гайки-муфты позволила осуществить вращение сферической пяты в горелке и разворот винта с цилиндрической гайкой в траверсе, что обеспечивает перемещение шаровой пяты с горелкой относительно траверсы.Таким образом, в процессе работы винтовой передачи винта и гайки-муфты получена возможность одновременно с колебаниями горелки осуществлять автономный наклон горелки относительно траверсы в направлении сварки с сохранением при этом положения траверсы и контакта ролика с кулачком, т.е. получена возможность в процессе сваркй труб устанавливать горелку углом вперед и использовать давление сварочной дуги для поддержания жидкой ванны металла и тем самым исключить стекание металла из разделки при формиро 10 ние. обеспечивается одновременным ис 30 35 реактора типа РБМК.На фиг. 1 показан общий вид устройства(горелка нахрдится в нижнем положении сварного стыка); на фиг. 2 - сечение Б-Б .40 (механизм поперечных колебаний горелки);на фиг. 3 - сечение В-В - узел, обеспечивающий автономный наклон горелки углом вперед; на фиг. 4- сечение А-А - узел, обеспечивающий автономный наклон горелки 45 пойерек разделки; на фиг. 5 - условная раэ 50 15 20 вании сварного шва толстостенных стыков полукольцевыми валиками "на подьем".Кроме того, в случаях, когда продольная ось свариваемых труб находится в положениях, отличных от горизонтального, наклон горелки поперек стыка, наряду с раскладкой валиков, используется и для поддержания жидкой ванны металла,В этих случаях упомянутое поддержапользованием двух описанных наклонов горелки - , поперек стыка и в направлении сварки.В результате предлагаемое устройство обеспечивает: маятниковые колебания го-. релки; раскладку валиков; автономные развороты горелки в процессе сварки углом вперед и поперек стыка.Это в свою очередь расширяет технологические возможности известного оборудования, обеспечив сварку толстостенных стыков труб с Ч-образной разделкой, продольная ось которых находится в любом пространственном положении.Кроме того, установка горелки углом вперед при сварке полукольцевыми валиками на подъем позволит увеличить ток сварки и количество наплавленного металла за один проход, то есть позволить повысить производительность труда Перечисленные пРеимущества предлагаемого устройства позволяют считать его технологически необходимым оборудованием особенно в стесненных условиях, например, при монтаже и ремонте труб бивка сварного кольцевого стыка на участки пространственных положений; на фиг. 6 -Ч-образная наружная разделка кромок свариваемых труб.Предлагаемое устройство включает корпус 1, состоящий из неподвижной 2-и подвижной 3 частей.Неподвижная часть 2 корпуса 1 представляет раэьемное направляющее кольцо 5 с зубчатым венцом 6 на образующей.Кольцо 5 концентрично смонтировано на свариваемой трубе 7 и закреплено распорными винтами 8,Подвижная часть 3 корпуса 1 представляет собой приводную каретку 10, котораяснабжена зубчатой шестерней 11, катками Устройство работает следующим обра 12 и прижимными роликами 13. зом.Каретка 10 установлена с возможно- Описание работы устройства предполастью взаимодействия шестерни 11 с зубца- гает сварку стыка толстостенных труб с Чтым венцом 6 направляющего кольца и с 5 образной разделкой, продольная осьвозможностью контактирования катков 12 и которых расположена в горизонтальном поприжимных роликов 13 с цилиндрическими ложении, Сварка выполняется с чередоваи торцевыми поверхностями кольца 5 соот- нием наплавки полукольцевых одиночныхветственно. Упомянутые поверхности-слу- валиков "на подъем" то с правой, то с левойжат направляющими для-перемещения 10 стороны стыка.каретки 10 по окружности, концентричной Перед запускомустройства на режимстыку (см. фиг. 1). сварки выполняются следующие установочКаретка 10 снабжена держателем 15, на но-настроечные операции.котором размещены механизм 16 слеженйяС помощью привода каретки 10 и супза длиной дуги и механизм 17 йоперечных 15 порта 20 горелка 18 устанавливается на сеКколебаний с горелкой 18 (см. фиг, 2) редину разделки и вдоль стыка переводитсяроме того, держатель 15 снабжен кбм- в заданную точку начала сварки, находящубинированным суппортом 20, предназна- юся в потолочном боложении стыка.ценным дляпоперечного и радиальногоВключается привод механизма 17 попеперемещения сварочной горелки. 20 речных колебаний горелки (см. фиг. 2) и роДержатель 15 выполненсвилкой 25(см. лик 29 с помощью ходового винта 38устанавливается на диаметральной оси куфиг. 2).Механизм 17 поперечных колебаний го- лачка 26 в положение, при котором обеср ки выполнен в виде приводного задаю- чивается заданная амплитуда колебанийщего кулачка 26, установленного на валу 25 для выполнения одиночного валика.29 ит ав 30электропривода 27, коромысла 28 с роликом В соответствии стехнологичесескои про 31.и траверсы 30 с вилкообразным рычагом граммой раскладки валиков устанавливае- тся заданный наклон горелки поперекжаЭлектропривод 27 установлен на де- разделки для выполнения одиночного алр теле 15, а коромысло 28 с роликом 29 - 30 ка. Для этого с помощью ходового винта 50в ив вилке 25 держателя с возможностью раз- . ползун 48 перемещается в коромысле. Паворота относительно ее и контактирования лец 50 воздействует на вилкообразный рыролика с кулачком 26, Траверса 30 и коро-. чаг 31 траверсы 30.мцсло 28 выполнены в виде обойм, помеще- Траверса разворачивается в соосныхны друг в друга и сочленены между собой и 35 подшипниках 35 влево или вправо. Вместес вилкой 25 соосными подшипниками 35. страверсой соответственно раэворачиваетКулачок 26 контактирует с роликом 29 коро- ся и горелка 18; При этом настроенная ранеемысла 28 посредством пружины растяже- величина амплитуды колебания горелки нения 36; Коромысло 28 снабжено нарушается.кронштейном 37. Ролик 29 установлен на 40 Такимобраэом, горелкаустановлена накронштейне 37, который с помощью ходово- стык в исходное йоложенйе для выполненияго винта 38 может перемещать ролик 29 начальноговаликасварногошва. Настройкавдоль диаметральной линии кулачка 26. Го- устройства закончена,релка 18 сочленена с траверсой 30 (см. фиг. Для запуска устройства в режим сварки3) винтовой парой, состоящей из регулиро включается механизм 16 слежения за дливочного винта 42 и цилиндрической гайки-нбй дуги, при этом возбуждается дуга имуфты 43, реэьбовое отверстие которой включаются исполнительные механизмы,перпендикулярно оси ее цилиндра, Регули- . При включении привода механизма поровочный винт 42 выполнен со сферической перечных колебаний профильный кулачокпятой 44, Пята 44 установлена в горелке,а 50 26 вращается и контактирует с роликом 29.гайка-муфта 43 в траверсе 30. Коромысло 28 Колебания коромысла 28 через траверсу 30снабжено ползуном 48 с продольным пазом передаются горелке 18.499(см, фиг.4), ходовым винтом 50 и пальцем Одновременно каретка 10 в результате51,жесткоустановленнцмпоперекпаза 49. взаимодействия зубчатой шестерни 11 сВилкообразный рычаг 31 траверсы 30 поме зубчатым венцом 6 перемещается орбитальщен в продольный паэ 49 ползуна 48 с воз- но вдоль стыка, осуществляя левостороннийможностью взаимодействия с пальцем 51. подъем по неподвижной части корпуса 2 (см,Ходовой винт 50 установлен в ползуне 48 фиг, 1 и 5).так, что его ось перпендикулярна оси паль- При завершении прохода горелкой учаца 51. стка стыка в потолочном и близком к немуположении от 9 до 45". (от 360 до 315 О - приправостороннем проходе) ее разворачивают углом вперед,Для этого ручной привод- регулировочный винт 42 поворачивают на требуемыйугол, При взаимодействии винта 42 и цилин.дра гайки-муфты 43, пята 44 отталкивается(при правосторонней сварке тянет на себя)горелку 18. Цилиндр гайки-муфты 43 разво рачивается в траверсе 30, а пята 44 вгорелке 18.В положении угломвперед горелка находится при вертикальном и блйэком к немуположениях стыка, т.е, (см. фиг. 5) на участкестыка от 45 до 135при правостороннемподъеме от 315 до 225).При завершенйй прохода участка йижнего и близкого к нему положения от 135 до180 (при правостороннем подъеме от 225до 180 О) грелку возвращают в исходное установочное положение. Это обусловленотем, что в нижнем, так же как и в потолочномположении не требуется поддержания сварочной дугой наплавленного металла.По завершению каждого полукольцевого валйка каретка на маршевой скоростивбзвращается в исходное потолочйое"поло- жение на отметку начала наплавки - 0 и360 О,Наплавка очередных валиков сварногошва выполняется аналогичнб опйсайномупроцессу с йредварительной установкой наклона горелки поперек стыка в соответствиис технологической программой раскладкиваликов,.Сварка осуществляется до полного заполнения разделки.При заполнении Ч-образной разделкистыка труб, продольная ось которых находится в положении, отличном от горизонтального, в процессе сварки необходимоодновременно осуществлять автономныйразворот горелки как поперек разделки, таки углом вперед согласно отработанной технологии сварки,В предлагаемом устройстве автономййе"йаклойы"горелкй как йбперек стыка, таки углом"вперед для упрощения условно показаны с приводами- в виде ходового винта50 и регулировочного винта 42.Предполагается их исполнение в видеэлектроприводов, а управление ими от общей технологйческой программы, включающей раскладку валиков, траекториюдвижения горелки и ее автономные наклоны.Изобретение позволяет повысить качество и производительность сваркй и расширить технологические - возможностиизвестного оборудования, обеспечив сваркустыков толстостенных труб, продольная ось которых расположена в любом пространственном положении.Устройство обеспечивает сварку в труднодоступных местах, например, при изготовлении и ремонте монтажных стыковтруб, перепускающих отработанный пар стурбйн НД в реактор РБМК 10 Формула изобретения1. Устройство для дуговой сварки, содержащее корпус с приводом перемещения, суппорт, держатель с горелкой,механизм поперечных колебаний горелки,152030354050 выполненный в виде расположенных водной плоскости и смонтированных соосно с воэможностью совместного поворота траверсы и коромысла, на котором закреплен ролик, установленный с возможностью контактирования с приводным кулачком, и узелкоррекции поперечных колебаний горелки, выполненный в виде регулировочного винта со сферической пятой и цилиндрической гайки-муфты с резьбовым отверстием, оськоторого перпендикулярна к оси гайки-муфты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем обеспечения сварки неповоротных стыков, преимущественнотолстостенных труб, с произвольным расположением их продольных осей в пространстве и повышения качества сварки эа счет предотвращения стекания металла из разделки при формировании сварного шва, устройство снабжено вилкой, двумя полуосями, опорами-центрами, вилкообразным рычагом, полэуном с продольным пазом, ходовым винтом и пальцем, причем приводной кулачок и вилка смонтированына держателе, траверса и коромысло выполнены в виде соответственно охватываемой и охватывающей обойм, которые установлены в вилке и соединены между собой и с вилкой двумя полуосями, расположеннымисоосно по обеим сторонам от горелки, агорелка установлена в охватываемой обойме на опорах-центрах, расположенных в плоскости полуосей перпендикулярно к ним, при этом пята регулировочного винта узлакоооекции шаонионо соединена с горелкой, а гайка-муфта - с траверсой, ползун с продольным пазом, ходовой винт и палец смонтированы на охватывающей обойме, а вилкообразный рычаг выполнен на охватываемой обойме и размещен в пазу ползуна с возможностью взаимодействия с пальцем.2.Устройство поп,1,отличаю щеес я тем; что ось ходового винта полэуна перпендикулярна к оси упомянутого пальца.1780958 ф . . х ,О данЕЕ лозд18 о 870 СоставительТехред М,Моргентал рректор С. Патруше С. Кулаков Реда Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 4239 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5