УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ СБОРКИ И СВАРКИ ШТАМПОСВАРНЫХ ОТВОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Полезная модель относится к области трубосварочного производства, а именно к устройствам для сборки под сварку крутоизогнутых штампосварных толстостенных отводов трубопроводов.
Как известно из уровня техники, при строительстве металлических трубопроводов большого диаметра не обойтись без разворота потока. Поэтому обычно используются радиусные отводы для труб, сделанные в промышленных условиях.
Известны устройства, применяемые для предварительной сборки и сварки секционных отводов трубопроводов по а.с. SU:
625889, МПК В23К 37/04, от 05.04.76, опубл. 30.09.78;
1292965, МПК В23К 37/04, от 14.11.84, опубл. 28.02.87,
а также патентам РФ:
2103138, МПК В23К 37/04, от 07.05.1996, опубл. 27.01.1998;
2252849, МПК В23К 37/04, от 29.04.2002, опубл. 27.05.2005;
2271268 МПК В23К 37/04, от 12.04.2004, опубл. 10.03.2006.
Общая особенность каждого из известных устройств определяется конструкцией отводов и состоит в том, что отводы в устройствах собирают из обечаек кольцевых секторов, изготовленных из труб. Указанные устройства обеспечивают последовательную стыковку секторов между собой торцами на кольцевой сварке с получением готовых секционных отводов с ломанной геометрической осью.
Недостатком известных устройств является их возможность выполнять секционные отводы только с ломанной геометрической осью, для чего в устройствах предусмотрены специальные средства для стыковки и поджима именно кромок секторов для сварки непосредственно их кольцевых швов.
С появлением альтернативной технологии получения штампованных элементов/полупатрубков отводов из толстолистовой заготовки, в виде радиусных крутоизогнутых желобов/скорлуп (далее - «элементов») с последующей сваркой их в готовое штампосварное изделие, известные устройства оказались неприменимы. Поэтому возникла проблема создания специальных устройств для стыковки продольных кромок таких полупатрубков и предварительной сборки их на сварных прихватках в обечайку отвода под последующую сварку.
Наиболее близкое по технической сущности и достижению положительного результата в качестве прототипа принято известное устройство для стыковки и сварки продольных швов обечаек по а.с. SU №1513769 МПК В23К 37/04 от 02.08.1985, опубл. 27.11.1996.
Устройство содержит установленный на основании опорно-центрирующий узел, выполненный в виде жесткого обжимного разъемного каркаса. Верхняя часть каркаса выполнена съемной, а нижняя часть выполнена в виде опорного лотка. Обе части связаны болтами с возможностью сопряжения с наружной поверхностью обечайки определенного диаметра. Устройство в целом представляет собой средство поперечного упругого сжатия стыка продольных кромок обечайки, зажимы которого выполнены в виде болтов, стягивающих верхнюю и нижнюю части указанного узла. Под болты установлены тарельчатые пружины, позволяющие выполнять регулировку усилия сжатия обечайки. В результате, за счет повышения точности заданного усилия поперечного сжатия стыка, устройство обеспечивает сведение остаточных сварочных напряжений и деформаций к минимуму с повышением качества сварки.
Недостаток известного устройства состоит в ограниченном применении его только для сварки одного типоразмера диаметра обечаек. В случае сварки обечаек других диаметров требуется изготовление для каждого типоразмера отдельного устройства.
Задачей предлагаемого технического решения является разработка устройства позволяющего расширить его технологические возможности, обеспечивающие в широком диапазоне диаметров и соответственно толщины стенок выполнять предварительную стыковку и сборку штампованных элементов в обечайки отводов на сварных прихватках для последующей качественной сварки их продольных швов.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в том, что в устройстве для предварительной сборки и сварки штампосварных отводов для трубопроводов, содержащем смонтированный на основании центрирующий узел с регулируемыми зажимами поперечного сжатия стыка продольных кромок свариваемой обечайки и с опорным лотком, новым является то, что
центрирующий узел выполнен в виде вертикально установленной силовой кольцевой рамы, в ободе которой смонтированы регулируемые зажимы поперечного сжатия продольных кромок обечайки отвода,
зажимы выполнены в виде, по крайней мере, четырех подвижных нажимных упоров, установленных попарно симметрично осям диаметра обода кольца рамы с возможностью передачи усилия стягивания кромочному участку штампованных элементов обечайки каждого отвода в диапазоне его типоразмеров,
в проеме кольца рамы установлена горизонтально на роликовых опорах, поворотная платформа, несущая поверхность которой выполнена Сообразной, способная перемещаться внутри кольца рамы, не соприкасаясь с ней,
на платформе в виде ступенчатой пирамиды установлен пакет опорных лотков, каждый из которых выполнен с возможностью точного размещения на нем отвода соответственного диаметра из диапазона его типоразмеров,
в основании обода кольца рамы по касательной, монолитно с ней, смонтированы горизонтально прямолинейные направляющие, в которых на катках установлена каретка, несущая привод поворота платформы, на валу которого шарнирно закреплен ползун с отверстием под специальный штырь,
на платформе, за одно целое с ней, выполнены в виде линейки ответные прямолинейные направляющие для скользящего перемещения указанного ползуна,
каретка связана с гидроцилиндром ее перемещения и/или позиционирования, с возможностью перестановки оси вала привода, за счет фиксации указанного ползуна специальным штырем в базовых отверстиях, выполненных вдоль направляющих вышеуказанной линейки.
К другим признакам этого устройства согласно полезной модели относятся следующие:
нажимные упоры вышеуказанных зажимов смонтированы на штоках силовых цилиндров, установленных с возможностью симметричной подвижности для приложения радиального усилия стягивания элементов отвода;
по меньшей мере, три из четырех упоров установлены с возможностью непосредственного сопряжения с наружной поверхностью отвода;
нажимной упор нижнего силового цилиндра установлен с возможностью радиального приложения усилия стягивания и подпора платформы от прогиба ее несущей поверхности таким образом, что линия действия силы на поверхность отвода проходит через платформу и пакет опорных лотков;
базовые отверстия выполнены вдоль оси направляющих линейки с определенным шагом друг от друга и представляют шкалу типоразмеров диаметров отводов, а количество указанных отверстий в линейке платформы соответствует количеству типоразмеров диаметров обрабатываемых отводов;
опорные лотки установлены в пакете пирамиды ступенями снизу вверх в порядке уменьшения диаметра отвода;
пирамида опорных лотков по высоте может настраиваться таким образом, что размещение в лотке обечайки каждого отвода из диапазона его типоразмеров обеспечивает концентрическое совмещение геометрических осей отводов и центральной оси кольца рамы;
роликовые опоры платформы установлены с возможностью качения на металлическом листовом настиле пола цеха;
шарнирное соединение ползуна с валом привода выполнено посредством карданного шарнира для компенсации возможных перекосов при повороте платформы;
ползун, в сущности, представляет собой водило, установленное с возможностью передачи крутящего момента, а отверстие для фиксации специального штыря выполнено на концевом участке вылета его плеча, при этом зафиксированное ползуном в направляющих линейки каждое положение платформы определяет радиус ее поворота относительно оси вала привода, совпадающий с радиусом геометрической оси каждого отвода.
Технический результат заключается в универсальном расширении технологических возможностей изготовления штампосварных отводов преимущественно толстостенных труб в широком диапазоне стандартных диаметров. При этом максимально обеспечивается устранение возникающих при сварке деформаций и компенсация поперечной усадки швов в процессе сварки.
Пример конкретного выполнения предложенного устройства представлен на чертежах, где:
на фиг. 1 изображен общий вид устройства;
на фиг. 2. изображено положение платформы при перенастройке рабочего диаметра отвода;
на фиг. 3 изображена платформа в положении загрузки элементов отвода на опорный лоток;
на фиг. 4 изображено положение вала привода с ползуном в направляющих линейки платформы;
на фиг. 5 изображено поперечное сечение направляющих каретки привода и ползуна в зафиксированном положении на разрезе А-А на фиг. 4;
на фиг. 6 изображена линейка платформы со шкалой типоразмеров диаметров обрабатываемых отводов на выноске Б.
Устройство содержит установленный вертикально на основании опорно-центрирующий узел в виде рамы 1 кольцевого типа, которая представляет собой несущую силовую конструкцию. В ободе 2 кольца рамы установлены зажимы 3 упругого поперечного сжатия продольных кромок на стыке элементов отвода. Зажимы 3 выполнены в виде четырех подвижных нажимных упоров 4, установленных на штоках силовых цилиндров, попарно по осям диаметра обода кольца рамы обеспечивающих симметричное приложение к отводу больших усилий.
В основании рамы, по касательной к ободу смонтированы монолитно с ним в один узел, направляющие 5, (смонтированы ниже отметки металлического листового настила цеха), в которых на катках 6 перемещается каретка 7 с приводом поворота 8 С-образной платформы 9.
Платформа, как минимум, на четырех роликовых опорах 10 может поворачиваться, перемещаясь по металлическому настилу пола цеха по радиусу относительно оси вала 11 привода поворота 8 отдельно от рамы, не соприкасаясь с ней.
На валу 11 привода (для компенсации возможных перекосов платформы при ее повороте) посредством карданного шарнира 12 закреплен ползун 13. Ползун установлен с возможностью скольжения в направляющих 14 линейки 15 для передачи крутящего момента через вал привода платформе 9. Линейка выполнена за одно целое с платформой. Вдоль направляющих 14 в линейке 15 выполнены базовые отверстия 16 для фиксации указанного ползуна 13 специальным штырем 17. Базовые отверстия выполнены вдоль направляющих линейки с определенным шагом друг от друга и представляют шкалу типоразмеров диаметров отводов, а количество отверстий в линейке платформы соответствует количеству типоразмеров обрабатываемых отводов. Ползун с кареткой при зафиксированном положении платформы определяет радиус ее поворота относительно оси вала привода, совпадающий с радиусом геометрической оси отвода. При этом ползун, в сущности, представляет собой водило, установленное с возможностью перестановки оси вала привода, а отверстие 18 для фиксации специального штыря выполнено на концевом участке вылета его плеча. Каретка связана с гидроцилиндром 19 ее перемещения и позиционирования в направляющих линейки. Вдоль направляющих 5 каретки 7 установлены датчики 20 соосного положения сопрягаемых штырем 17 отверстий 16 и 18 ползуна и линейки.
Для приема и фиксации элементов отвода на платформе, последняя снабжена технологической оснасткой в виде ступенчатой пирамиды 21 уложенных пакетом радиальных опорных лотков 22 включающих соответственно полный набор диаметров обрабатываемых отводов.
По крайней мере, три нажимных упора установлены с возможностью непосредственного контакта с наружной поверхностью элементов обечайки отвода.
А нижний нажимной упор представляет собой силовой цилиндр подпора платформы от прогиба, поскольку несущая плоскость платформы и роликовые опоры не рассчитаны на нагрузки от верхних зажимов. При этом линия действия силы цилиндра нижнего упора на поверхность отвода проходит через несущую поверхность платформы и пакет опорных лотков.
В момент включения гидроцилиндра 19 позиционирования каретки существует опасность перемещения вместе с ней и платформы за счет трения ползуна в направляющих линейки, Поэтому на платформе предусмотрен буфер 23, а в корпусе рамы позиционирующий ролик 24, который, взаимодействуя с буфером, удерживает платформу от перемещения в момент движения каретки.
Устройство работает следующим образом
Для сборки элементов отвода заданного диаметра поворотом платформы 9 обеспечивают соосное расположение продольных осей направляющих 14 линейки 15 и направляющих 5 каретки 7 привода ее поворота 8 (фиг. 2).
Штоки нажимных упоров 4 силовых цилиндров зажимов 3 втянуты.
Гидроцилиндром 19 перемещают каретку до срабатывания датчика 20 заданного положения, при этом выполняется позиционирование вала 11 привода поворота платформы, посредством осевого совмещения отверстий ползуна 13 и линейки 14.
Специальным штырем 17 вручную фиксируют ползун в базовом отверстии 16 линейки диаметр конкретного типоразмера отвода. Затем для загрузки элементов отвода поворачивают зафиксированную платформу в одно из крайних положений за пределы кольца рамы (фиг. 3).
На платформу 9 устанавливают опорный лоток 22 в пирамиду 21, по высоте соответственно типоразмеру диаметра отвода и укладывают в лоток нижний элемент отвода. При этом пирамида опорных лотков по высоте может настраиваться таким образом, что размещение в лотке обечайки каждого отвода из диапазона его типоразмеров обеспечивает концентрическое совмещение геометрических осей отводов и центральной оси кольца рамы.
Устанавливают зеркально симметрично верхний элемент/половину/ отвода. Стыки подготовленных под сварку кромок с торцов элементов отвода фиксируют от смещения технологическими струбцинами (на чертежах не показаны). Поворотом платформы из крайнего положения отвод перемещают в зону упругого поперечного сжатия стыка.
Начиная с торца отвода, стыки элементов выравнивают и поджимают их кромки с применением силового обжатия вертикальными и горизонтальными нажимными упорами 4. Выполняют в этом месте сварные прихватки кромок по наружной и внутренней образующей элементов отвода.
Далее, последовательно, освобождая от поперечного сжатия и поворачивая отвод в горизонтальной плоскости, снова прилагая усилия стягивания, выполняют прихватки в определенном шаге по всей длине образующей отвода, и платформа снова возвращается в одно из крайних положений. Собранный на сварных прихватках отвод снимается с платформы и направляется на окончательную сварку его продольных швов.
При необходимости обработки отвода другого типоразмера из назначенного диапазона для перестановки оси вала привода снова поворачивают платформу до совмещения оси линейки с осью направляющих каретки привода поворота, выдвигают каретку и фиксируют соответствующий радиус поворота платформы в базовом отверстии линейки специальным штырем.
Затем устройство приводят в исходное крайнее положение и устанавливают в пакете пирамиды соответствующий его диаметру опорный лоток. При этом высота пакета выполнена так, что передвижные нажимные упоры всегда соосны сечению отвода.
В результате предложенное техническое решение согласно полезной модели обладает признаками новизны, конструктивно достаточно проработано и готово к использованию в производстве сварки штампосварных отводов с высоким требованием к качеству сварных швов диаметром от ∅530 до ∅1436 мм с толщиной стенок от 10 до 68 мм.