УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ПОДОГРЕВОМ И ИЗМЕРЕНИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ ИЗДЕЛИЙ РАЗЛИЧНОГО СЕЧЕНИЯ

Полезная модель относится к сварочному производству, а именно, к устройству для контактной стыковой сварки с предварительным подогревом и измерением температуры изделий различного сечения, например, шпангоутов из алюминиевых сплавов на специализированных стыкосварочных машинах.
Для возбуждения оплавления кромок изделия необходима определенная электрическая мощность, которая зависит от площади торцов свариваемых изделий, скорости сближения торцов, состояния и геометрии свариваемых торцов, а также технических характеристик машины: сопротивлений вторичного контура и сварочных трансформаторов и др. факторов. Наибольшая мощность необходима в начальный период оплавления при холодных торцах изделий. Для предотвращения коротких замыканий холодных торцов в начальный период оплавления при недостаточной электрической мощности сварочных трансформаторов применяют либо повышение напряжения холостого хода трансформатора в начале оплавления при наличии специальных быстродействующих регуляторов напряжения, либо предварительный подогрев сопротивлением с закорачиванием торцов и включенных сварочных трансформаторах. Предварительный подогрев не только облегчает возбуждение оплавления, но и расширяет зону нагрева свариваемых торцов, что в свою очередь снижает требуемые усилия осадки при обеспечении необходимых припусков на осадку при формировании соединений. При использовании предварительного подогрева важно точно знать момент, когда на торцах изделий температура достигнет требуемой, чтобы в этот момент перейти на непрерывное оплавление, так как дальнейший подогрев при существенных энергетических затратах практически не изменяет полученного равновесного теплового состояния торцов. Кроме этого, важно при сварке изделий развитого сечения получить равномерный нагрев по всему поперечному сечению, чтобы избежать зон не сплавления или укрупнения зерна вблизи стыка. Использование сварки заготовок в виде свальцованных полуколец для получения замкнутых изделий, таких как ободья колес, шпангоутов и т.д. из различных профилей алюминиевых, магниевых и титановых сплавов имеет большую экономическую выгоду, так как исключает многие затратные операции по мехобработке заготовок. Однако, применяемая в таких случаях контактная стыковая сварка непрерывным оплавлением требует строгого контроля и воспроизводимости режимов сварки для получения высокого качества сваренных деталей. 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, поэтому перед сваркой партии изделий, обычно производят отработку режима на мерных образцах.
Измерение температуры в производственных условиях представляет определенные сложности, так как оптические пирометры применять при контроле температуры вблизи торцов невозможно из-за опасности попадания расплавленных частиц металла на оптику, а контактные методы замеров трудоемки, поэтому подогрев контролируют по длительности нагрева, что не всегда позволяет достигать требуемой температуры или дает перегрев торцов, а это вызывает отклонение параметров режима сварки и неисправимый брак сварного соединения. Известно, что при сварке алюминиевых сплавов характерна не только высокая температура под губками (150…300°С), но глубинный прогрев изделий по длине, позволяющий при измерении температуры на торце короткого образца противоположном свариваеваемому с известной степенью точности рассчитывать градиенты температуры по сечению и длине образцов.
Известно устройство для контактной стыковой сварки с предварительным подогревом и измерением температуры изделий различного сечения, содержащее неподвижную и подвижную станины с зажимами и сварочными губками, соединенный с ними привод перемещения подвижной станины в виде гидроцилиндра с пропорциональным гидрораспределителем, клапаном осадки и датчиком положения станины, а также систему управления перемещением подвижной станины и сварочные трансформаторы, (см. напр. патент РФ 2393068 С1, кл. В23К 11/04 опубл. 27.06.2010).
Недостатком данного устройства является то, что измерение температуры производят на поверхности изделия, что не дает возможности определить распределение нагрева по поперечному сечению изделия.
В основу полезной модели поставлена задача оптимизация технологических приемов при выполнении режима сварки с использованием предварительного подогрева свариваемых изделий, совершенствование машин контактной стыковой сварки для повышения точности соблюдения оптимальных параметров нагрева, повышения качества сварного шва при высокой точности нагрева торцов перед оплавлением и обеспечение возможности определения распределения нагрева по поперечному сечению изделия.
Поставленная задача решается тем, что устройство для контактной стыковой сварки с предварительным подогревом и измерением температуры изделий различного сечения, содержащее неподвижную и подвижную станины с зажимами и сварочными губками, соединенный с ними привод перемещения подвижной станины в виде гидроцилиндра с пропорциональным гидрораспределителем, клапаном осадки и датчиком положения станины, а также систему управления перемещением подвижной станины и сварочные трансформаторы снабжено видеокамерой, установленной со стороны торца противоположного свариваемому торцу образца изделия с возможностью изменения угла визирования по вертикальной и горизонтальной осям посредством привода и соединенной с компьютером, имеющем программы управления приводом визирования камеры и обработки поступающих от камеры сигналов.
Поскольку устройство для контактной стыковой сварки с предварительным подогревом и измерением температуры изделий различного сечения снабжено видеокамерой, установленной со стороны торца противоположного свариваемому торцу образца изделия с возможностью изменения угла визирования по вертикальной и горизонтальной осям посредством привода и соединенной с компьютером, имеющем программы управления приводом визирования камеры и обработки поступающих от камеры сигналов обеспечивается повышение качества сварного шва при высокой точности нагрева торцов перед оплавлением и обеспечивается возможность определения распределения нагрева по поперечному сечению изделия.
На фиг.1 схематично показано устройство для контактной стыковой сварки с предварительным подогревом и измерением температуры изделий различного сечения с установленными в сварочных губках образцами изделия;
на фиг.2 представлена блок-схема алгоритма работы устройства с использованием видеокамеры при измерении температуры в точках координатной сетки, нанесенной на торец образца термокраской.
Заявляемое устройство для контактной стыковой сварки с предварительным подогревом и измерением температуры изделий различного сечения представляет собой машину контактной стыковой сварки, которая содержит неподвижную 1 и подвижную 2 станины с зажимами 3, снабженными сварочными губками 4, привод перемещения подвижной станины в виде гидроцилиндра 5 с пропорциональным гидрораспределителем 6, клапаном осадки 7 и датчиком положения 8, а также систему управления 9 перемещением подвижной станины 2, сварочные трансформаторы 10, видеокамеру 11 с приводом 12, соединенную с компьютером 13.
Заявляемое устройство для контактной стыковой сварки с предварительным подогревом и измерением температуры изделий различного сечения работает следующим образом.
Предварительно на торец приготовленного образца 14 изделий, наносят термокраской координатную сетку. После выбора режима сварки и требуемой температуры подогрева торцов устанавливают образцы изделия 14 в сварочных губках 4 неподвижной 1 и подвижной 2 станин, так чтобы свариваемые торцы находились по середине расстояния между сварочными губками 4, а торец с нанесенной координатной сеткой был обращен к с видеокамере 11 и зажимают образцы изделия 14 в сварочных губках 4 зажимами 3 (фиг.1). Затем визируют видеокамеру 11 в точку координатной сетки на предполагаемом наиболее нагреваемом участке торца и включают предварительный нагрев свариваемых торцов образцов, при котором производят предварительное оплавление торцов для их выравнивания, а затем нагревают их сопротивлением при замкнутых торцах и включенных сварочных трансформаторах. При достижении требуемой температуры нагрева в начальной точке измерения запоминают в программе компьютера 13, как эталон, зафиксированное видеокамерой изменение цвета или расплавление термокраски. Затем визируют поочередно видеокамеру 11 приводом 12 по заданному алгоритму (фиг.2) в точки координатной сетки, перемещая ее от точек более нагретых к менее нагретым по всему сечению торца. Поскольку видеокамера 11 установлена с возможностью изменения угла визирования по вертикальной и горизонтальной осям производится измерение и фиксация температуры нагрева поверхностей изделий с различным профилем в сечение. При выравнивания цвета или расплавлении всех полосок термокраски запоминают время предварительного нагрева и дают команду на оплавление и последующую осадку свариваемых торцов. После подачи сигнала из компьютера 13 в систему управления 9 перемещением подвижной станины 2 на начало оплавления включается управляемый пропорциональным гидрораспределителем 6 гидроцилиндр 5 на ход вперед по определенному графику, перемещение станины контролирует датчик положения 8 подвижной станины 2, который осуществляет обратную связь по перемещению в системе управления 9, в конце оплавления датчик 8 включает клапан осадки 7 для подачи в гидроцилиндр 5 масла от насоса высокого давления (на фиг.1 не показан), при этом осуществляется быстрое сближение изделий 14 (осадка) и происходит формирование сварного соединения. По программе компьютера 13 возвращают приводом 12 видеокамеру 11 в исходное состояние. После проверки качества сварки образцов изделия, сваривают изделия по установленному режиму сварки и предварительного нагрева, при этом зафиксированное время нагрева при сварке образцов используют в дальнейшем как параметр режима сварки изделий.
Представленная на фиг.2 блок-схема работы устройства дает полную картину его работы, изложенную в понятном для специалиста виде.
Применение предложенного устройства для контактной стыковой сварки с предварительным подогревом и измерением температуры изделий различного сечения позволяет:
- обеспечить точность температуры подогрева свариваемых торцов изделий перед оплавлением за счет достоверности измерения температуры по всему сечению изделия;
- обеспечить воспроизводимость режимов сварки за счет стабильности предварительного подогрева;
- получать высокое качество сварных соединений за счет обеспечения требуемого температурного градиента по сечению и длине изделий.