УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ СТЫКУЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к области сварки, в частности, лазерной, и может быть использована при сварке стыкуемых деталей различного назначения, преимущественно труб большого диаметра.
Основными преимуществами сварных соединений являются: экономия металла, снижение трудоемкости изготовления корпусных деталей, возможность изготовления конструкций сложной формы из отдельных деталей.
Из уровня техники известны конструкции сварных стыковых соединений, в которых используют гнутые скобы-накладки, устанавливаемые в зоне стыка с последующим соединением накладок и деталей сварными швами, при этом зазор между деталями и накладками последовательно заплавляют в горизонтальном и вертикальном положении с образованием горки с уклоном в сторону, противоположную раскрытию кромок (см. ГОСТ 14098-91 «Соединения сварные арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций. Типы, конструкции и размеры»).
Недостатки данного типа стыковых соединений обусловлены невозможностью использования для их выполнения современных полуавтоматических способов сварки в среде защитных газов, т.к. данное соединение выполняют только при сварке порошковой проволокой стержней диаметром более 28 мм, расположенных в горизонтальной плоскости при невысокой скорости сварки и большом расходе материалов.
При этом основными требованиями, которые предъявляются к скобе-накладке, являются требования к ее толщине и высоте. Не предъявляются требования к форме скобы-накладки, а это, в свою очередь, при выполнении сварного стыкового соединения приводит к образованию недостаточной площади поперечного сечения продольных (протяженных) швов, накладываемых для компенсации разупрочнения от чрезмерного нагрева от основного (ванного) сварного шва.
Кроме того, для осуществления контроля сварного соединения требуются сложные и дорогостоящие методы, например, радиационный или ультразвуковой.
-1
Из уровня техники известен способ дуговой сварки, обеспечивающей формирование обратной стороны шва стыковых угловых и тавровых соединений металлоконструкций за счет подачи электродов в зазор между кромками свариваемого металла с использованием подкладного элемента в виде гибкого стержня из стекловолокнистого материала бесщелочного состава с коэффициентом теплопроводностью в интервале 0,1-0,5 Вт/м°С, при этом подача электродов происходит путем поперечного колебательного движения их между кромками с частотой в диапазоне 80-120 мин. (патент №2047439 на изобретение «Способ дуговой сварки», дата подачи 13.04.1992 г., опубликовано 10.11.1995 г.).
Недостатки данного технического решения связаны с необходимостью применения подкладочного материала, а после процесса его удаления. Помимо этого, используемый материал обладает низкой теплопроводностью, что при лазерной или лазерно-гибридной сварке негативно скажется на качестве сварных швов из-за прожогов и, как следствие ухудшит качество сварного шва и, соответственно, всего изделия.
Получаемые известными способами и с помощью известных устройств сварные швы, в частности обратный валик, имеют неровную структуру и форму, которые зависят не только от используемых при сварке устройств, но и от скорости охлаждения шва.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является устройство, используемое при лазерной сварке для формирования обратного валика сварного шва и представляющее собой медную подкладку с углублением в виде желоба, при этом подкладка служит для теплоотвода и размещается с нижней стороны стыкуемых кромок. При данном виде сварки направленный сверху лазерный луч проходит через разделку кромок насквозь и выходит с нижней стороны кромок, при этом расплавленный металл вытекает на медную подкладку и, застывая, обратный валик принимает правильную форму, соответствующую форме желоба (патент JP № Н03180287 «Laser beam welding method», дата приоритета 1989.12.11).
Недостатки известного решения связаны с ограниченной областью применения, а именно, только для плоскостных неподвижных пластин на подкладку, причем в процессе сварки существует необходимость прижима деталей. Применение прокладки невозможно для лазерной сварки труб, особенно большого диаметра.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является ускорение процесса получения качественного равномерно сформированного обратного валика сварного шва правильной формы.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для сварки стыкуемых деталей имеет углубление в виде желоба, служащее для формирования обратного валика сварного шва, согласно полезной модели, оно выполнено в виде цилиндрического корпуса, установленного на разделенном внутри перегородкой полом валу со сквозными отверстиями, шарнирно закрепленного на крышках указанного корпуса, при этом желоб выполнен на цилиндрической поверхности корпуса кольцевым.
В качестве материала для корпуса используют теплопроводные материалы, например, медь или латунь.
Полезная модель поясняется чертежами:
- на фигуре 1 изображен главный вид устройства;
- на фигуре 2 - вид сбоку.
Заявляемое устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, на торцах которого смонтированы крышки 2, зафиксированные посредством крепежных элементов, например, болтов 3. Корпус 1 и крышки 2 изготовлены из теплопроводного материала, например, меди и/или латуни, что обеспечивает максимальную теплопроводность. На внешней цилиндрической поверхности корпуса 1 в ее срединной части выполнено кольцевое углубление 4. В центре каждой крышки 2 размещена опора 5, выполненная, например, в виде подшипника. На подшипниках соосно продольной оси корпуса 1 установлен полый вал 6, на котором закреплен корпус 1. Подшипники и вал образуют шарнирные соединения, обеспечивающие подвижность корпуса. Внутри вала имеется перегородка 7, разделяющая его на две части. По обе стороны от перегородки 7 на поверхности вала 6 выполнены сквозные отверстия 8, равномерно распределенные по длине, совпадающей с высотой корпуса 1. Отверстия 8 служат для прохода в полость корпуса 1 охлаждающей жидкости - воды. Подвод жидкости осуществляют с помощью трубопроводов (на чертеже не показаны), присоединяемых к концам вала. Перегородка 7 снижает турбулентность направленных навстречу друг другу потоков рабочей жидкости, что способствует более равномерному течению и, соответственно, равномерному охлаждению, что положительно влияет на качество формируемого шва, в том числе обратного валика.
Заявляемое устройство предназначено для монтажа на кронштейне, размещенном на одном из концов штанги (на чертеже не показаны), которую при сварке перемещают вдоль обратной стороны относительно стороны наложения шва, например, при сварке пластин, или размещают внутри свариваемых труб.
Благодаря подвижному креплению, устройство, перемещаясь вдоль формируемого шва, повторяет любой контур сопрягаемых с ним поверхностей деталей, что положительно влияет на качество формируемого обратного валика.
Осуществление полезной модели подтверждается примерами конкретного выполнения.
При сварке труб большого диаметра, например, с использованием лазерных технологий, устройство размещают внутри стыкуемых деталей и подводят к нему рабочую жидкость, которая необходима для быстрого охлаждения корпуса, принимающего на себя всю основную энергию в виде тепла, возникающего при сквозном проплавлении металла лазерным лучом, а также передаваемого от расплавленного металла, стекающего в углубление (желоб) корпуса с обратной стороны сварного шва. При этом расплавленный металл, стекающий в углубление (желоб), принимает его форму и за счет быстрого охлаждения застывает. Таким образом, формируется ровный обратный валик правильной формы с плавным переходом к основному металлу.
Лазерный луч и медный корпус во время сварки находятся на одной оси относительно друг друга.
При сварке деталей в виде, например, пластин - аналогичным образом устройство перемещается с нижней стороны стыкуемых деталей вдоль формируемого шва.
Благодаря использованию предлагаемого к защите устройства возможно устранение такого дефекта, как образование капель расплавленного металла, образующихся с нижней стороны разделок кромок, влияющих на качество и форму обратного валика. Кроме того, упрощается сам процесс сварки за счет исключения такой операции, как наложение внутреннего облицовочного шва, который необходимо выполнять под слоем флюса или в среде защитных газов.
Быстрая отдача тепла от сварочного нагрева способствует уменьшению разупрочнения при сварке.
Использование заявляемого технического решения позволяет создать обратный валик необходимой высоты и протяженности, при этом усилие, возникающее в месте соединения стыкуемых арматурных стержней, за счет протяженных продольных швов равномерно распределяется и позволяет достичь равнопрочность сварного соединения по всей длине конструкции с минимальным разупрочнением околошовных зон с применением современных высокопроизводительных способов.