СПОСОБ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ПОДОГРЕВОМ ИЗДЕЛИЙ КОЛЬЦЕВОГО ЗАМКНУТОГО ПРОФИЛЯ КОМПАКТНОГО СЕЧЕНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR CONTACT BUTT WELDING WITH PREHEATING OF COMPACT-SECTION RING-SHAPED ARTICLES

Предлагаемое изобретение относится к сварочному производству, а именно к способам контактной стыковой сварки с предварительным подогревом изделий кольцевого замкнутого профиля компактного сечения, выполняемой на специализированных стыкосварочных машинах.
Использование сварки заготовок в виде свальцованных полуколец для получения замкнутых изделий, таких как ободья колес, бандажи и т.д., из различных профилей алюминиевых, магниевых и титановых сплавов имеет большую экономическую выгоду, так как исключает затратные операции по механообработке заготовок. Однако применяемая в таких случаях контактная стыковая сварка непрерывным оплавлением требует строгого выполнения и воспроизводимости режимов сварки для получения точности сваренных деталей по диаметру, периметру, овальности, планшетности и т.д.
Брак при изготовлении таких изделий, особенно больших диаметров, практически не допустим, так как приводит к значительным затратам в случаях, когда бракованные изделия невозможно исправить раскаткой или обработкой резанием. Качество сварных швов во многом зависит от правильности установки заготовок с оптимальным вылетом их концов из губок машины и соответствующего выбора исходного расстояния между губками, определяемого линейными параметрами режима сварки:
Δисх=Δприп+Δопл+Δос+Δк,
где Δприп - выплавляемый припуск заготовки;
- Δопл - припуск на оплавление;
- Δос - припуск на осадку;
- Δк - конечное расстояние между губками после осадки.
Для облегчения возбуждения оплавления и снижения усилия осадки при сварке изделий компактного сечения применяют предварительный подогрев проходящим через сжатые торцы деталей током от сварочного трансформатора. От точности нагрева концов заготовок во многом зависит стабильность получаемого качества стыков и воспроизводимость режимов сварки.
Известны сварочная машина К-393 и выполняемый на ней способ сварки бандажей диаметром больше 1200 мм (см., например, Н.С.Кабанов «Сварка на контактных машинах» М.: «Высшая школа», 1979 г., стр.99) с использованием дополнительного, охватывающего по всему периметру свариваемое кольцо бандажа, который позволяет сваривать чистовые профили с высокой геометрической точностью (0,5-1 мм) по периметру и овальности.
Однако такие машины и технология целесообразны для массового производства однотипных деталей и при изменении номенклатуры деталей требуется сложная перестройка машины со сменой дополнительного бандажа.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ контроля процесса контактной стыковой сварки оплавлением (см. SU 1606282 A1, МПК В23К 11/04, 15.11.90), при котором задают программу перемещения подвижного зажима и следят за его положением при перемещении и за появлением тока оплавления и сравнивают момент появления тока оплавления с моментами прохождения подвижным зажимом расстояний, равным минимально и максимально допустимым значениями зазора между концами полос.
Недостатком известного способа является то, что он позволяет только контролировать величину зазора между торцами и отбраковывать стыки, но не дает возможности скорректировать режим сварки в процессе оплавления в зависимости от величины зазора или других влияющих на качество установочных параметров. Кроме этого при контактном подогреве сжатых торцов изделий компактного сечения происходит их смятие и связанное с этим изменение длины вылета концов из губок, которое тоже следует контролировать перед оплавлением.
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение качества сварного шва, увеличение производительности работы машины и упрощение ее обслуживания, повышение точности настройки оптимальных параметров режима сварки и ограничение влияния субъективного фактора при настройке сварочных машин, получение готовых изделий с повышенной точностью по диаметру и периметру в минимальном поле допусков.
Технический результат обеспечивается тем, что при использовании способа контактной стыковой сварки с предварительным подогревом изделий кольцевого замкнутого профиля компактного сечения, включающего замер линейного размера по наружной окружности полуколец, установку и зажатие их в губках неподвижной и подвижной станин сварочной машины, замыкание торцов свариваемых полуколец и контактный нагрев от сварочного трансформатора, замер перемещения подвижной станины, контроль температуры предварительного подогрева и сварочного тока, размыкание торцов после подогрева и переход на непрерывное оплавление, и осуществление осадки в конце оплавления, перед установкой под сварку полуколец вводят в систему управления требуемый размер окружности кольцевого изделия и измеренный линейный размер по наружной окружности полуколец, при этом система управления вычисляет величину исходного расстояния между губками с учетом половины выплавляемого припуска, припусков на оплавление и осадку заготовок, конечного расстояния между губками после осадки и дает сигнал на перемещение подвижной станины на расстояние вычисленного исходного расстояния, после этого устанавливают полукольца под сварку с размещением их торцов между губками подвижной и неподвижной станин, зажимают губки, сжимают торцы заготовок подвижной станиной и включают сварочный трансформатор для подогрева, после достижения в торцах требуемой температуры по датчику температуры отключают сварочный трансформатор, а подвижную станину отводят до образования зазора между торцами, затем включают сварочный трансформатор и перемещение подвижной станины вперед и начинают отсчет пути подвижной станины в момент появления тока оплавления, оплавляют торцы полуколец на постоянной скорости, а после достижения требуемого вычисленного укорочения полуколец переходят на оплавление с возрастающей скоростью и в конце оплавления производят осадку, затем после определения системой управления фактического укорочения полуколец сравнивают его с заданным и в случае отклонения фактического укорочения от заданного вычисляют новую величину исходного расстояния для второго стыка, разжимают губки и отводят подвижную станину на вычисленное исходное расстояние, подают второй стык полуколец к губкам сварочной машины, устанавливают его в губках по середине исходного расстояния, зажимают губки и сваривают второй стык по алгоритму первого стыка.
Машина, на которой выполняется предлагаемый способ, должна быть оснащена высокоточным датчиком, регистрирующим фактическое положение подвижной станины при ее движении, измерителем длины образующей полуколец, датчиком температуры концов полуколец, датчиком сварочного тока и системой управления, позволяющей останавливать станину в заданных позициях по показаниям упомянутого датчика и воспринимающей показания измерителя длины свариваемых полуколец и датчиков температуры и сварочного тока. Такое управление машиной реализуется на микропроцессорной технике и обеспечивает заложенный в программу алгоритм работы механизмов машины как при установке заготовок в губках машины, так и при обеспечении выплавления припуска заготовок, припусков на оплавление и осадку, при этом в памяти системы управления машины хранится весь пакет программ технологических режимов сварки с выбором оптимальных значений припусков на оплавление и осадку, конечных расстояний между губками после осадки в зависимости от сечения заготовок, к которым затем добавляется припуск на выплавление с учетом длины заготовок. Датчик линейных перемещений, связанный с подвижной и неподвижной станинами, регистрирует фактическое положение подвижной станины и посылает соответствующие сигналы в систему управления машиной для остановки станины в заданных точках. Датчик температуры контролирует температуру подогрева и выдает сигнал в систему управления на выключение трансформатора и отвод станины. Датчик тока подогрева фиксирует отсутствие тока при образовании зазора и наличие его при оплавлении и осадке.
Заявляемый способ контактной стыковой сварки с предварительным подогревом изделий кольцевого замкнутого профиля компактного сечения иллюстрируется фиг.1, на которой приведена схема сварки первого стыка полуколец.
Машина контактной стыковой сварки для выполнения предлагаемого способа контактной стыковой сварки с предварительным подогревом изделий кольцевого замкнутого профиля компактного сечения содержит неподвижную с зажимным губками 1 и подвижную станины с зажимными губками 2, в которых устанавливают и закрепляют перед сваркой заготовки 3 и 4 в виде полуколец.
Заявляемый способ контактной стыковой сварки с предварительным подогревом изделий кольцевого замкнутого профиля компактного сечения осуществляется следующим образом:
- перед началом сварки партии полуколец в систему управления задают требуемый размер Lтреб обечайки с допусками по окружности;
- перед установкой под сварку заготовок 3 и 4 датчиком длины измеряют их линейный размер по окружности Lизм, который поступает затем в систему управления;
- приняв исходные и измеренные данные, система управления вычисляет излишний общий припуск (Lизм-Lтреб) заготовок 3 и 4 и с учетом заданных припусков на оплавление Δопл и осадку Δос определяет величину выплавляемого припуска Δприп1 на первом стыке как
Δприп1=½(Lизм-Lтреб)-Δопл-Δoc,
а затем величину исходного расстояния Δисх1 (5) между губками для первого стыка как
Δисх1=Δприп1+Δопл+Δoc+Δк,
- после отвода подвижного зажима 4 на величину исходного расстояния 5 (фиг.1, а) выполняют операции по установке под сварку и зажатию заготовок 3 и 4 в зажимах 1 и 2 (фиг.1, б).
Затем:
- сжимают торцы заготовок 3 и 4 подвижной станиной и включают сварочный трансформатор для подогрева (фиг.1, в);
- после достижения в торцах требуемой температуры по команде датчика температуры выключают сварочный трансформатор, а подвижную станину отводят до образования зазора 6 между торцами заготовок 3 и 4 (фиг.1, г);
- включают сварочный трансформатор, затем перемещение подвижной станины вперед с постоянной скоростью, а при появлении тока оплавления в точке 0 начинают отсчет припусков на выплавление Δприп1 (7) (фиг.1, д), оплавление Δопл (8) (фиг.1, е) и осадку Δос (9) (фиг.1, ж) заготовок 3 и 4;
при этом:
- после достижения требуемого укорочения заготовок 3 и 4 на участке выплавления 7 включают оплавление с постоянно возрастающей скоростью на участке 8;
- в конце оплавления на участке 8 по датчику положения подвижной станины включают осадку и осаживают заготовки на величину 9;
- в конце процесса осадки по датчику положения подвижной станины определяют фактическое конечное расстояние Δк.фак (10) (фиг.1, з) и по нему вычисляют отклонение фактического укорочения заготовок 3 и 4 от заданного Δк (11), сваренных первым стыком 12, как Δ=(Δк-Δк.фак);
- система управления сравнивает полученный фактический размер заготовок 3 и 4 с заданным размером кольца (Lизм±Δ-Lтреб), вычисляет припуск на выплавление Δприп2 для получения кольца требуемого размера:
Δприп2=½(Lизм-Lтреб)±Δ-Δопл-Δос
и определяет исходное расстояние Δисх2 при сварке второго стыка с учетом рассчитанного выплавляемого припуска Δприп2, припусков на оплавление Δопл и осадку Δос, а также фактического конечного расстояния Δк.фак, полученного на первом стыке, как
Δисх2=Δприп2+Δопл+Δос+Δк.фак;
- для сварки второго стыка полуколец разжимают губки 1 и 2, после отвода подвижной станины на величину вычисленного исходного расстояния Δисх2 подают второй стык полуколец к губкам 1 и 2 сварочной машины, устанавливают его по середине и зажимают губками 1 и 2;
- после этого сваривают стык по алгоритму первого стыка.
Таким образом, предлагаемый способ и устройство контактной стыковой сварки с предварительным подогревом изделий кольцевого замкнутого профиля компактного сечения позволяет:
- повысить качество сварного шва за счет точности настройки оптимальных параметров режима сварки и ограничения влияния субъективного фактора при настройке сварочных машин;
- увеличить производительность работы машины за счет исключения повторного замера заготовок после сварки первого стыка;
- решить задачу получения готовых изделий с повышенной точностью по диаметру и периметру.
Наиболее эффективно его использование на стыкосварочных машинах, которые предназначены для сварки изделий замкнутого профиля широкого ассортимента различного сечения.