УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ СВАРНОГО ШВА ОТ ОКИСЛЕНИЯ

Полезная модель относится к оборудованию для сварки в среде защитных газов, обеспечивающему защиту корня шва и может найти применение во всех областях техники, где используется сварка полых изделий с защитой зоны сварки инертным газом.
Известно устройство для защиты от окисления обратной стороны шва, содержащее конусообразный тарельчатый элемент с приводной тягой, несущей клин. Соосно тарельчатому элементу и тяге размещена малая штанга для подачи инертного газа. В конусообразный элемент ввернут второй конусообразный тарельчатый элемент с некоторым выходом резьбовой трубки за тарельчатый элемент. Конусообразные элементы смонтированы на полой штанге коаксиально друг другу, а второй конусообразный элемент установлен с возможностью осевого перемещения относительно первого конусообразного элемента. Между конусными частями тарельчатых элементов размещен рассекатель, выполненный, например, из сетки. Конусообразные тарельчатые элементы имеют угол конусности 30-40°, а внутренний диаметр первого тарельчатого элемента в 1,2.1,3 раза больше наружного диаметра второго элемента.
Конусообразные тарельчатые элементы и полая штанга выполнены из эластичного материала, при этом через полую штангу пропущена тяга, свободный конец которой закреплен за второй тарельчатый элемент. Полая штанга прикреплена к приводной тяге.
Для работы устройство вставляют внутрь трубы на требуемое расстояние от стыка, затем вставляют клин и фиксируют штангу в тяге винтом. Перед началом сварки включают подачу защитного газа, который по каналу в штанге через отверстие в резьбовой трубке поступает в пространство между тарельчатыми элементами и протекает вдоль внутренней поверхности свариваемой трубы, защищая от окисления внутреннюю поверхность свариваемого шва.
(см. патент РФ №2038933, кл. B23K 9/16, 1995 г.).
В результате анализа выполнения известного устройства необходимо отметить, что устройство располагают только с одной стороны относительно сварного шва, защита которого осуществляется прокачкой защитного газа через трубу в течение всего процесса сварки, что приводит к огромному расходу защитного газа и. тем не менее, не обеспечивает надежной защиты корня сварного шва.
Известно устройство для защиты от окисления обратной стороны сварных швов, содержащее перфорированную трубку, предназначенную для подачи инертного газа, уплотнительные манжеты из термостойкого эластичного материала, закрепленные на заглушках, свободно посаженных на перфорированную трубку. Манжеты контактируют со штырями, которые закреплены по образующей двух дисков, один из которых закреплен на трубке, а другой посажен на нее свободно. Таким образом, одна из заглушек совместно с диском имеет возможность перемещения вдоль трубки посредством гайки, навинченной на резьбовую часть трубки. Между парами дисков и заглушек помещены пружины сжатия.
Для работы перед помещением устройства в свариваемую трубу завинчивают гайку, в результате чего диски сближаются до упоров, сжимая пружины, при этом штыри, надвигаясь на манжеты, пригибают их. В таком положении устройство легко заводится в свариваемую трубу, так как наружный диаметр пригнутых манжет меньше внутреннего диаметра свариваемой трубы. После установки устройства в заданном положении в трубе, вращением гайки в обратном направлении разводят диски, в результате чего манжеты распрямляются до соприкосновения с внутренней поверхностью трубы. При подаче газа в зону сварки манжеты еще больше приживаются к стенке трубы, уплотняя образованную микрокамеру. После окончания сварки отключают подачу газа, Вращением гайки сводят диски, в результате чего штыри пригибают манжеты, и извлекают устройство из трубы, освобождая стык. (см. авторское свидетельство СССР №1016105, кл. B23K 9/16, 1983 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что его конструктивное исполнение предполагает создание защитной камеры относительно свариваемого шва, что сокращает количество защитного газа, однако при использовании данного устройства необходимо обеспечить при его установке очень точную центровку относительно внутренней поверхности свариваемого изделия, что необходимо для гарантированного контакта манжет с внутренней поверхностью свариваемой трубы, что, учитывая, что она не является идеально круглой, весьма сложно. Все это приводит к увеличению времени установки устройства в заданное положение, а также снижению качества сварки за счет окисления внутренней поверхности сварного шва, так как при использовании данного устройства не исключено попадание воздуха в полость камеры устройства.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка устройства, обеспечивающего надежную защиту внутренней поверхности сварного шва от окисления при снижении расхода защитного газа.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в устройстве для защиты внутренней поверхности сварного шва от окисления, содержащем герметизирующие элементы, предназначенные для образования полости в зоне шва, к которой подведены каналы подачи инертного газа, а также механизм перемещения герметизирующих элементов, новым является то, что герметизирующие элементы выполнены в виде расположенных по окружности прижимных губок и разжимных губок, размещенных между прижимными, а механизм перемещения герметизирующих элементов выполнен в виде смонтированного в стакане с возможностью вращения от привода вала, кинематически связанного с винтами, ввинченными в резьбовые отверстия разжимных губок, контактирующих с прижимными губками, подпружиненными относительно стакана, при этом на наружных поверхностях герметизирующих элементов имеются пазы, образующие в разжатом положении герметизирующих элементов полость, к которой подведены каналы подачи инертного газа.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг.1 - устройство, общий вид;
- на фиг.2 - вид А по фиг.1;
- на фиг.3 - разрез Б-Б по фиг.2;
- на фиг.4 - разрез В-В по фиг.2.
Устройство для защиты внутренней поверхности сварного шва от окисления состоит из герметизирующих элементов, выполненных в виде расположенных по окружности прижимных 1 и разжимных 2 губок, размещенных между прижимными. Устройство оснащено механизмом перемещения герметизирующих элементов, выполненным в виде стакана 3, на котором с возможностью вращения посредством привода установлены винты 4, каждый из которых ввинчен в резьбовое отверстие одной из разжимных губок 2. Каждый из винтов 4 кинематически связан с валом 5, установленном с возможностью вращения посредством привода (не показан) в стакане. Данная кинематическая связь может быть реализована различным известным образом, например, в виде конических шестерен, закрепленных на винтах и находящихся в зацеплении с коническим зубчатым колесом, установленном на приводном валу 5.
На каждой из прижимных губок 1 имеется штуцер 6, связанный с системой подачи (не показана) защитного газа. Каждая из прижимных губок подпружинена относительно стакана пружиной 7. Штуцер 6 подсоединен к отверстиям 8, выполненным в прижимных губках и подведенным в пазам 9, выполненным в прижимных губках. Аналогичные пазы выполнены и в разжимных губках.
Нетрудно заметить, что заявленное устройство представляет собой заглушку, выполненную в форме разжимного цилиндра. В разжатом состоянии все губки образуют замкнутое кольцо, закрывающее околошовную зону сварного шва со стороны его корня.
После разжатия губок между внутренними стенками свариваемого стыка и поверхностью разжимных и зажимных губок образуется полость, т.к. все губки имеют кольцевой паз на внешней поверхности. Данная полость в процессе сварки заполняется защитным газом (аргоном) через отверстия, соединяющие ее с штуцерами подачи газа на торцах губок.
Устройство для защиты внутренней поверхности сварного шва от окисления функционирует следующим образом.
Устройство в сжатом положении герметизирующих элементов устанавливают в трубопровод так, чтобы середина кольцевого паза 9 на его губках совместилась со стыком труб. Вал 5 соединяют с приводом его вращения. При включении привода вал 5 начинает вращаться. Момент вращения вала через коническую зубчатую передачу механизма перемещения герметизирующих элементов передается на винты 4 разжимных губок 2. Вращаясь, он вызывает линейное радиальное (относительно оси трубы и устройства) перемещение трех разжимных губок 2, имеющих резьбовые отверстия. Раздвигаясь в разные стороны от центра, разжимные губки 2 толкают прижимные губки 1 до тех пор, пока все они не образуют цельную структуру полого цилиндра. При этом пружины 7 натягиваются. Пазы на губках устройства образуют единую торообразную полость. В раскрытом состоянии устройства внешняя поверхность цилиндра распирает трубу изнутри с силой, достаточной для надежной фиксации устройства внутри трубы за счет трения о ее внутреннюю поверхность. Герметизирующие элементы центрируют устройство в трубе в заданном положении. После этого привод вращения вала 5 выключается и через штуцеры 6 подается защитный газ. Через систему отверстий 8 газ проходит по губкам и заполняет пространство полости. Попадая в образованную полость, инертный газ вытесняет находящийся в ней воздух через зазоры в стыке и по периметру контакта устройства с трубопроводом во время процесса продувки.
Процесс продувки проводится перед началом сварки и требуется для замещения в околошовной зоне воздуха инертным газом, обычно время продувки определяется исходя из необходимости 2-3 х кратного обмена атмосферы во внутренней полости устройства.
В процессе сварки подача газа продолжается, но в меньших объемах, чем при продувке. При сварке трубопровода с локализованным объемом поддувки расход инертного газа значительно меньше, чем при заполнении внутреннего объема всего трубопровода.
В данном устройстве локализованный объем существенно меньше, чем при использовании мембранных и надувных заглушек, так как объем продувки уменьшается на разницу диаметров, которая определяется высотой локальной полости, что позволяет значительно сократить расход защитного газа.
После окончания сварки реверсируют привод вращения вала 5, который вращает вал 5 в обратном направлении. Разжимные губки 2 сходятся к стакану 3, а прижимные губки 1 также сходятся под действием пружин 7, закрепленных на стакане 3. После этого устройство извлекают из трубопровода.
Устройство обеспечивает надежную защиту корня сварного шва от окисления при сварке неповоротных стыков трубопровода методом замещения атмосферного воздуха защитным газом в локальном объеме, что повышает качество сварки.
Конструкция устройства позволяет быстро и легко производить его монтаж внутри свариваемого трубопровода. Монтаж устройства можно производить, имея доступ только с одной стороны трубопровода. Кроме того, за счет снижения объема продувки сокращается время на предварительную продувку и расход защитного газа.