УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОЛЕБАНИЯ СВАРОЧНОГО ИНСТРУМЕНТА

Полезная модель относится к сварочной технике, в частности к устройствам для колебания сварочного инструмента, и может быть использована для автоматической сварки в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности.
6
Известны устройства, состоящие из неподвижного корпуса, в котором расположены привод с регулируемой частотой вращения выходного вала, механизм преобразования вращательного движения вала привода в колебательное движение сварочного инструмента и устройство регулирования амплитуды колебаний. Например, устройство для колебания сварочного инструмента по патенту на изобретение РФ №2036757 МПК B23K 9/30 опубл. 09.06.1995, состоящее из корпуса, в котором установлен привод вращения - электродвигатель, редуктор и тормозная муфта. Привод вращения соединен с механизмом преобразования вращательного движения вала привода в колебательное движение сварочного инструмента, который состоит из шестерни, закрепленной на выходном валу редуктора и находящейся в зацеплении с ней зубчатой рейкой, установленной в направляющих с возможностью линейного перемещения. К одному из торцов рейки присоединяется сварочный инструмент - мундштук. Устройство регулирования амплитуды колебаний состоит из постоянного магнита, закрепленного на шестерне и имеющего возможность при вращении шестерни взаимодействовать с двумя магнитоуправляемыми контактами, управляющими посредством электрической схемы реверсом электродвигателя. При этом один контакт закреплен на корпусе неподвижно, а второй установлен с возможностью перемещения и фиксации относительно корпуса. Таким образом, величина угла между контактами определяет угол поворота шестерни и величину хода рейки, то есть амплитуду колебания сварочного инструмента. Регулирование скорости колебания осуществляется путем изменения частоты вращения электродвигателя.
Недостатком этого устройства является отсутствие дистанционного управления изменением амплитуды колебаний, что не позволяет проводить эту операцию в процессе горения сварочной дуги.
6
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, которое обеспечивает механизацию процесса изменения амплитуды колебаний и дистанционное управление этим процессом, является устройство для колебания сварочной горелки по патенту на изобретение РФ №2044612 МПК B23K 9/30 опубл. 27.09.1995. Устройство состоит из корпуса, привода, на валу которого установлен механизм преобразования вращательного движения вала привода в колебательное движение сварочного инструмента и устройство регулирования амплитуды колебаний. Механизм преобразования вращательного движения вала привода в колебательное движение сварочного инструмента состоит из шарнирно закрепленного на валу привода наклонного диска, который через тягу шарнирно связан со сварочной горелкой, при этом амплитуда колебаний определяется величиной угла наклона диска. Устройство регулирования амплитуды колебаний состоит из расположенной на валу привода гайки, снабженной упором и застопоренной с двух сторон относительно вала двумя стопорными кольцами и ползуна, расположенного в центральном отверстии приводного вала, и снабженного резьбовым сухарем, находящимся в зацеплении с гайкой. Также на ползуне установлен указатель величины амплитуды, шарнирно связанный через тягу с наклонным диском. При этом в корпусе установлен электромагнит, якорь которого взаимодействует с упором, расположенным на гайке в момент изменения амплитуды колебаний. Включение электромагнита производится посредством кнопок, расположенных на пульте управления.
Использование в устройстве, выбранном за прототип, многозвенных механизмов с большим количеством пар трения приводит к усложнению конструкции и как следствие к снижению надежности и ресурса работы.
Другими недостатком этого устройства является то, что перемещение сварочной горелки в течение одного периода колебаний происходят по строго определенному закону, который задается кинематикой механизма преобразования вращательного движения вала привода в колебательное движение сварочного инструмента. При этом в конструкции устройства отсутствуют элементы, обеспечивающие остановку сварочного инструмента после остановки вращения электропривода в одном строго определенном месте. Этот недостаток не позволяет использовать данное устройство для процессов сварки, в которых требуется изменение амплитуды, и частоты колебания сварочного инструмента в заданный промежуток времени по заданному закону, например автоматическая сварка деталей, имеющих переменную толщину по длине сварного шва, что снижает диапазон использования данного устройства, то есть снижает технологические возможности автоматического сварочного оборудования, в котором оно может использоваться.
Задачей полезной модели является расширение технологических возможностей за счет осуществления режима программируемого изменения амплитуды и скорости колебаний в процессе автоматической сварки и повышение надежности работы устройства за счет снижения количества пар трения.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем корпус, в котором установлены привод вращения, механизм преобразования вращательного движения вала привода вращения в колебательное движение сварочного инструмента и устройство регулирования амплитуды колебаний, в качестве привода вращения использован шаговый электродвигатель, а устройство регулирования амплитуды колебаний выполнено в виде контроллера шагового электродвигателя, содержащего драйвер шагового электродвигателя, блок программирования закона изменения амплитуды и скорости колебания, источник питания и датчик начального положения сварочного инструмента.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство отличается тем, что в качестве привода вращения использован шаговый электродвигатель.
Также заявляемое устройство отличается тем, что устройство регулирования амплитуды колебаний выполнено в виде контроллера шагового электродвигателя, который состоит из драйвера шагового электродвигателя, блока программирования закона изменения амплитуды и скорости колебаний сварочного инструмента и датчика начального положения сварочной инструмента.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом на фиг. 1, где схематично изображено устройство, в котором в качестве механизма преобразования вращательного движения вала привода в колебательное движение сварочного инструмента используется механизм с качающимся рычагом.
Устройство состоит из корпуса 1, в котором установлены шаговый электродвигатель 2 и механизм 3, служащий для преобразования вращательного движения вала 4 электродвигателя 2 в колебательное движение сварочного инструмента 5. Механизм 3 выполнен в виде рычажного механизма, состоящего из закрепленного на валу 4 эксцентрика 6, контактирующего с пазом в двуплечем рычаге 7. На втором конце двуплечего рычага 7 установлен сварочный инструмент 5. Другими видами механизма 3 могут быть: винтовой, реечный, червячный и другие механизмы, преобразующие вращательное движение в поступательное или приближенно поступательное движение.
Шаговый электродвигатель 2 электрически связан с контроллером шагового двигателя 8, который состоит из драйвера 9, выходы которого подключены к обмоткам шагового двигателя 2, блока программирования закона изменения в амплитуды и скорости колебаний 10, подключенного своими выходами к входам драйвера шагового двигателя 9, источника питания постоянного напряжения 11 и датчика начального положения сварочного инструмента 12. Датчик положения сварочного инструмента 12, например датчик индуктивности, устанавливается неподвижно в непосредственной близости от вала 4, на котором закрепляется сигнальный элемент 13, например диск со сквозным пазом. Другими типами датчика 12 могут быть магнитный или фото датчик.
Работа устройства описана на примере сварки замкнутого, поворотного кольцевого шва изделия, изображенного на фиг. 2. Изделие состоит из трубы 14, к которой приваривается фланец 15. Сварной стык состоит из равномерно расположенных по окружности участков H1 и Т1, имеющих разную толщину фланца по длине окружности сварного шва.
Устройство работает следующим образом.
а
в
а
Перед началом сварки включается вращение шагового электродвигателя 2, которое происходит до момента срабатывания датчика 12 и установки сварочного инструмента в начальное положение НП, обозначенное на фиг. 1. Сварочный инструмент наводится на сварной стык в начале участка H1. Включается сварочная дуга. После образования стабильно горящей дуги включаются колебания сварочного инструмента и вращение свариваемого изделия. На участке H1 толщина свариваемого металла трубы 14 и фланца 15 одинакова, поэтому сварочный инструмент совершает симметричные относительно начального положения НП перемещения, то есть перемещения с одинаковой скоростью и одинаковыми величинами  и , изображенными на фиг. 1. Производится сварка участка H1. При повороте свариваемого изделия и подходе участка Т1 к сварочному инструменту 5 блок программирования 10 изменяет параметры колебания сварочного инструмента 5, при этом скорость и величина перемещения в остаются прежними, а величина перемещения  увеличивается с одновременным уменьшением скорости перемещения. Это изменение закона колебания сварочного инструмента 5 обеспечивает необходимое проплавление массивной части фланца 15.
а
в
а
в
После окончания сварки остановка вращения электродвигателя 2 происходит только после перемещения сварочного инструмента 5 в начальное положение НП, то есть в момент срабатывания датчика 12. В процессе колебаний сварочного инструмента 5 шаговый электродвигатель 2 работает в режиме реверса, совершая поворот вала 4 в одну и другую сторону за один период колебания сварочного инструмента 5. Угол поворота вала 4 определяет величины  и  перемещения сварочного инструмента 5. Законы изменения величин  и , то есть законы изменения амплитуды и скорости колебаний являются программируемыми параметрами и сохраняются в памяти блока программирования 10. Переход с одного режима колебаний на другой режим происходит при помощи внешнего сигнала, который подается на блок программирования 10.
Драйвер шагового двигателя 9 представляет собой устройство, которое в соответствии с законом коммутации конкретного шагового двигателя осуществляет поочередное подключение его обмоток к выводам источника питания 11. Скорость коммутации обмоток шагового двигателя 2, и, как следствие этого, угловая скорость вращения его выходного вала, зависит от частоты следования импульсов, поступающих на драйвер 9 от блока программирования 10. Порядок коммутации обмоток шагового двигателя 2 задается дополнительным сигналом управления с выхода блока программирования 10 и определяет направление вращения вала двигателя 2. Число импульсов, поступивших от блока программирования 10 на вход драйвера 9, определяет угол поворота вала шагового двигателя 2 и, как следствие этого, величину отклонения горелки начального положения НП. Таким образом, изменением числа импульсов, поступивших на драйвер от блока программирования 10 в заданном направлении, обеспечивается изменение амплитуды колебания горелки, а изменение частоты поступления этих импульсов позволяет изменять скорость колебания горелки. Закон изменения амплитуды и скорости колебания горелки программируется с панели оператора, входящей в состав блока программирования 10, на фиг 1 не показана. Источник питания 11 обеспечивает преобразование переменного напряжения 230 В, 50 Гц в постоянное напряжение с параметрами, определяемыми конкретной моделью шагового двигателя 2.
а
в
Заявляемая полезная модель была опробована при сварке трубы диаметром 160 мм и толщиной стенки 3 мм и фланца, имеющего толщину на участке H1 - 3 мм и толщину на участке Т1 - 10 мм. Сварка аргонодуговая. Скорость вращения свариваемого изделия 0,2-0,3 об/мин. На участке H1 величины и устанавливались равными 0,8-1,2 мм. Период колебаний сварочной горелки 0,3-0,4 сек. Колебания горелки на участке H1 использовались для перекрытия зазора между свариваемыми деталями образовавшегося в результате погрешности их изготовления. На участке Т1 величина в увеличивалась до 3-4 мм, при этом суммарный период колебания увеличивался до 0,5-0,6 сек. Сваренные изделия подвергались 100% контролю на герметичность при давлении 1,6 МПа.
Конструкция предлагаемой полезной модели позволяет расширить технологические возможности при автоматической сварке за счет обеспечения режима изменения амплитуды и скорости колебаний сварочного инструмента по программируемому закону в процессе горения дуги. Уменьшение количества пар трения в конструкции повышает надежность и ресурс работы устройства.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость».