АВТОМАТ ДЛЯ СВАРКИ ТОЛСТОЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА МОСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Полезная модель относится к области дуговой сварки под флюсом и может быть использована для сварки толстолистового металла мостовых конструкций.
Известно оборудование для ручной дуговой сварки, содержащее сварочный трансформатор, электрод, держатель (Г.А.Николаев. Сварные конструкции. Машгиз, 1951, стр.22, фиг.2). Оно позволяет достаточно быстро и эффективно произвести сварку металла толщиной 20-40 мм.
Недостатком является низкое качество. Поэтому такое оборудование может быть применено для неответственных вспомогательных конструкций. Для конструкций стальных мостов это оборудование применено быть не может.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является автомат для сварки под флюсом толстолистового металла мостовых конструкций, содержащий корпус, сварочный мундштук, ведущие и направляющие колеса, держатель для бухты электродной проволоки, бункер для флюса с подводящей трубкой, электродвигатель, источник питания с токопроводящими проводами. (Л.П.Шебеко. Оборудование и технология автоматической и полуавтоматической сварки. М., Высшая школа, 1970, стр.86, рис.38).
Недостатком его является низкая производительность при сварке толстолистового металла мостовых конструкций: для сварки элементов толщиной 40 мм приходится осуществлять до 14 проходов сварочного автомата.
Задача предлагаемой полезной модели состояла в увеличении производительности сварки под флюсом толстолистового металла мостовых конструкций.
Для достижения указанного технического результата автомат для сварки толстолистового металла мостовых конструкций, содержащий корпус с закрепленными на нем ведущими и направляющим колесами, держателем для бухты электродной проволоки, электродвигателем с редуктором для ведущих колес и редуктором для перемещения электродной проволоки через ведущий ролик, бункером для флюса, сварочным мундштуком с ведущим и прижимным роликом, который подпружинен от корпуса с помощью прижимной пружины, источник питания с токоподводящими проводами для сварочной дуги и электродвигателя, при этом нижние точки направляющего и ведущих колес расположены в единой опорной плоскости, а низ сварочного мундштука возвышается над этой плоскостью на величину 1, содержит прикрепленный к корпусу удлинитель сварочного мундштука, расположенный между держателем для бухты электродной проволоки и сварочным мундштуком и прикрепленную к корпусу фиксирующую
керамическую втулку, расположенную ниже сварочного мундштука, при этом корпус расположен с наклоном в вертикальном плоскости, проходящей по оси перемещения при сварке под углом «α», причем удлинитель сварочного мундштука выполнен в виде втулки, имеющей плавную искривленность до величины «а» по направлению движения электродной проволоки и обеспечивающей свободный проход последней, а фиксирующая керамическая втулка обеспечивает свободный проход электродной проволоки в условиях высокой температуры от расположенной рядом сварочной дуги, при этом угол «α» наклона корпуса определяют по формуле:
где 1 - вылет электрод - расстояние от точки токоподвода (токосъема) до конца электрода, на котором горит сварочная дуга, мм;
дв
1 - вылет электрода, при котором обеспечивается увеличение поперечного сечения сварного шва за один проход автомата, мм;
мв
1 - вылет электрода, при котором корпус автомата расположен горизонтально, мм;
а - расстояние от линии опоры ведущих колес до оси электродной проволоки, мм.
дв
Кроме того, 1 могут назначать в пределах 60-180 мм.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена схема автомата.
Автомат для сварки толстолистового металла мостовых конструкций содержит корпус 1, ведущие колеса 2 и направляющее колеса 3, держатель 4 для бухты электродной проволоки 5, бункер 6 для флюса с подводящей
трубкой 7, электродвигатель 8, редуктор 9 для ведущих колес 2, редуктор 10 для перемещения электродной проволоки 5, источник питания 11 с токоподводящими проводами 12 для сварочной дуги и токопроводящими проводами 13 для электродвигателя 8. Направляющее колесо 3 с помощью штанги 14, скользящего соединения 15 и стопорного винта 16 устанавливается таким образом, чтобы обеспечивался требуемый угол «α» наклона автомата. Для подачи электродной проволоки 5 автомат содержит сварочный мундштук 17 с ведущим 18 и прижимным 19 роликами, при этом последний подпружинен от корпуса 1 пружиной 20. Для направления электродной проволоки 5 автомат снабжен удлинителем 21 сварочного мундштука и фиксирующей керамической втулкой 22.
Нижние точки направляющего и ведущих колес расположены в единой опорной плоскости. Удлинитель 21 сварочного мундштука выполнен в виде втулки, имеющей плавную искривленность до величины «а» по направлению движения электродной проволоки и обеспечивающей свободный проход последней. Фиксирующая керамическая втулка 22 обеспечивает свободный проход электродной проволоки в условиях высокой температуры от расположенной рядом сварочной дуги. Между нижним концом фиксирующей керамической втулки и опорной плоскостью обеспечивается зазор величиной 35-45 мм, для четкой фиксации и направления разогретого конца электродной проволоки 5.
Автомат размещен на двух свариваемых листах 23 в зоне сварного шва. Направление движения автомата показано стрелкой 24. Позицией 25 показана заштрихованная часть сечения в результате остывания шва за первый проход, позицией 26 - за два прохода (в данном случае совпадает с полным сечением стального листа). Позициями 27 и 28 показаны соответственно слой флюса и сварочная ванна в зоне горения сварочной дуги.
мв
дв
На чертеже приведены также следующие обозначения: 1 - длина участка электродной проволоки 5 между прижимным роликом 19 и верхней поверхностью свариваемых листов 23 при стандартных режимах сварки; 1 - то же, при предлагаемой схеме сварки.
Автомат работает следующим образом.
дв
Автомат устанавливают в наклонное положение под углом α, регулируя длину штанги 14 с помощью скользящего соединения 15 и стопорного винта 16. Далее устанавливают электродную проволоку 5 таким образом, чтобы вылет «1» ее свободного конца был расчетным. Стабильное положение электродной проволоки 5 достигается с помощью сварочного мундштука 17, удлинителя 21 и фиксирующей керамической втулки 22.
После соответствующей настройки режима сварки автомат включают. В процессе движения с помощью элементов 6 и 7 флюс поступает в зону шва (позиция 27). Под слоем флюса происходит горение сварочной дуги и образование ванны расплавленного металла 28, которая по мере дальнейшего перемещения автомата застывает и образует сварочный шов.
мв
дв
Стандартный режим сварки в соответствии с СТП 012-2000 «Заводское изготовление стальных конструкций мостов» конструкции автомата-прототипа обеспечивается при вылете электрода «1» равном 35-40 мм. При этом автомат находится в горизонтальном положении. В предлагаемом техническом решении вылет электрода «1» составляет 60-180 мм. При этом автомат находится в наклоном положении под углом «α».
Угол «α» наклона корпуса определяется по формуле:
где 1 - вылет электрода - расстояние от точки токоподвода (токосъема) до конца электрода, на котором горит сварочная дуга, мм;
дв
1 - вылет электрода, при котором обеспечивается увеличение поперечного сечения сварного шва за один проход автомата, мм;
мв
1 - вылет электрода, при котором корпус автомата расположен горизонтально, мм;
а - расстояние от линии опоры ведущих колес до оси электродной проволоки, мм.
Преимуществом предлагаемого технического решения является возможность увеличения в 2-3 раза производительности сварки толстолистового металла мостовых конструкций, т.е. толщиной 20-40 мм.
Рассмотрим существо преимущества подробнее. Стыковые соединения толщиной 20-40 мм с подготовкой кромок с Х-образной разделкой, заваренные автоматической сваркой под флюсом с применением режимов сварки по действующим нормативам (СТП 012-2000* «Заводское изготовление стальных конструкций мостов»), выполняется с каждой стороны за определенное количество проходов сварочного автомата (таблица 1).
В соответствии с поставленной целью необходимо разработать такое устройство заводской автоматической сварки под флюсом, которое снизило бы трудоемкость сварки за счет уменьшения количества проходов сварочного автомата (слоев стыкового шва). При этом необходимо было не превысить максимально допустимую погонную энергию автоматической сварки под флюсом по СТП 012-2000* и, следовательно, обеспечить требуемый комплекс механических свойств. Учитывая, что применяемые в настоящее время по СТП 012-2000* параметры режима автоматической сварки под флюсом стыковых соединений толщиной 20-40 мм обеспечивают практически максимально допустимую погонную энергию сварки (см. таблицу 1). Достижение поставленной цели на первый взгляд казалось практически невыполнимо, т.е. возникало техническое
противоречие: с одной стороны, для увеличения производительности необходимо увеличение погонной энергии, с другой, - максимально допустимая величина погонной энергии по нормам не может быть превышена.
Решение было найдено путем увеличения вылета электродной проволоки. В этом случае изменялся целый ряд параметров сварки, главными из которых являются два: во-первых, предварительный подогрев электродной проволоки проходящим сварочным током; во-вторых, новые условия горения дуги при подогретой проволоке, требующие меньшей погонной энергии сварки. Рассмотрим это подробнее.
пл
эл
пл
пл
эл
эл
Процесс автоматической сварки будет возможен и устойчив только тогда, когда скорость плавления проволоки (V) будет соответствовать (равна) скорости подачи проволоки (V). От скорости подачи проволоки (м/ч) зависит сила сварочного тока (прямая зависимость) и объем наплавленного металла (производительность). Скорость плавления проволоки зависит от коэффициента расплавления проволоки Кр (гр/А·ч). Коэффициент расплавления проволоки зависит от нескольких факторов: материала проволоки, диаметра, начальной температуры проволоки и т.д. Увеличивая вылет электрода от 35-40 мм до 180 мм (при диаметре 5 мм) мы достигает того, что по участку вылета идет сварочный ток, разогревая проволоку. Перед сварочной дугой проволока имеет температуру ~ 600-800°С. Резкое повышение начальной температуры проволоки повышает ее коэффициент расплавления с ~ 12 (гр/А·ч) до ~ 25-30 (гр/А·ч). В результате увеличения коэффициента расплавления проволоки увеличивается скорость плавления проволоки (V) и снижается сварочный ток. Чтобы процесс автоматической сварки был устойчивым, необходимо увеличить скорость подачи проволоки, т. е. выполнить вышеуказанное условие автоматической сварки V=V. Поэтому скорость подачи проволоки (V) увеличивается с ~ 49 м/ч до ~ 100-140 м/ч. Увеличение скорости подачи проволоки есть
увеличение объема наплавленного металла за единицу времени, т. е. за 1 проход сварочного автомата. Следовательно, мы увеличили производительность сварки ~ в 2-2,5 раза. При этом уменьшение количества проходов сварочного автомата уменьшило машинное время сварки, тем самым имеется существенная экономия энергоресурсов (кВт/час) при той же погонной энергии автоматической сварки, которая по старой технологии близка к максимально допустимой (10000 кал/см) для низколегированных сталей, применяемых в мостостроении, при этом безусловно обеспечивается требуемое качество сварных стыковых соединений (полное отсутствие недопустимых дефектов) и весь комплекс требуемых механических свойств, включая и конструкции северного исполнения.
В результате предложенного технического решения производительность сварки резко увеличилась (таблица 2).
Таблица 1Количество проходов (слоев стыкового шва) сварочного автомата при выполнении стыковых соединений толщиной 20-40 мм по СТП 012-2000*
Толщина проката в
Количество слоев стыкового шва
Общее количество
Погонная энергия
Максимально допустимая погонная
стыковом соединении, мм
I-я сторона
II-я сторона
проходов сварочного автомата
сварки по СТП 012-2000*, (кал/см)
энергия автомат. сварки под флюсом по СТП 012-2000* (кал/см),
20
2
1-2
3-1
8400
25
2-3
2-3
5-6
8600
10000
32
4-5
4-5
9-10
9100
40
6-7
6-7
13-14
9100
Таблица 2Параметры режима автоматической сварки стыковых соединений
Технология автоматич. сварки
Номер техн. проб
Тол-щина про-ката, мм
Число проходов, необход. для заполне-ния сечения стыка
Параметры режима автоматической сварки в каждом проходе
Вылет элект-рода ⌀ 5 мм (L), мм
Скорость подачи проволоки (V<sub>эл</sub>), м/час
Сила сварочного тока, (J<sub>св</sub>)
Напряжение на дуге (U<sub>д</sub>), В
Скорость сварки (V<sub>cв</sub>), м/час
1
2
3
4
5
6
7
8
9
СТП 012-2000*
1
25
5
38
55
750-800
32-34
21,0
«ДВ»
2
25
2
120
135
750-800
32-34
21,0
СТП 012-2000*
3
32
9
38
55
750-800
32-34
21,0
«ДВ»
4
32
4
120
135
750-800
32-34
21,0
Примечание: Для достижения результатов колонки 4 при фиксированных данных колонок 3, 5, 6, 9 показатели колонок 7, 8 в конкретных экспериментах колебались в пределах ±10%.