СТЕНД ДЛЯ СВАРКИ БАЛОК

Полезная модель относится к области изготовления сварных металлических конструкций.
Известен стенд для сварки балок, когда сварку осуществляют вручную. Для этого сварку производят на сборочном стенде, т.е. совмещают на одном стенде и сборку, и сварку (Г.А.Николаев. Сварочные конструкции. М., Машгиз, 1951, с.181, с.184, фиг.117, а). Недостатком является малая производительность.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является стенд для сварки балок, содержащий опоры с наклонными опорными элементами, на которых смонтированы упоры для установки балок, сварочное устройство для наложения швов между стенкой и поясом балки, устройство для въезда сварочного устройства на балку и съезда его с балки, устройство для подъема и перекантовки балок. При этом сварка производится по схеме «в лодочку»
(Е.П.Воронов, Л.Ф.Колесниченко. Оборудование заводов металлических конструкций. М., Машиностроение, 1981, с.159, рис.114).
Недостатком стенда является то, что он не обеспечивает возможности предварительного подогрева места сварки, а также то, что после сварки на этом стенде в поясе балки образуются остаточные деформации грибовидности.
Предлагаемой полезной моделью решается задача снижения энергозатрат на сварку балок при снижении остаточных деформаций грибовидности до допустимого уровня.
Для решения поставленной задачи стенд для сварки балок, содержащий опоры с наклонными опорными элементами, на которых смонтированы упоры для установки собранных на прихватках балок, устройство для сварки швов между стенкой и поясом балки, приспособления для въезда на балку и съезда с балки устройства для сварки швов и устройство для подъема, транспортировки и перекантовки свариваемых балок, содержит механизированное нагревательное устройство, осуществляющее нагрев балки с внешней стороны ее пояса, причем положение нагревателя может регулироваться по всей ширине пояса балки, а приспособления для въезда на балку и съезда с балки устройства для сварки швов служат также и для въезда и съезда механизированного нагревательного устройства.
Кроме того, механизированное нагревательное устройство может состоять из нагревателя, корпуса с опорными роликами, устанавливаемого на стенку свариваемой балки, прижимного ролика, упирающегося в пояс свариваемой балки, электродвигателя с редуктором и системой, регулирующей скорость перемещения, коромысла, огибающего пояс балки, шарнирно прикрепленного к корпусу в одной точке и соединенного с корпусом пружиной растяжения в другой точке, при этом с внешней стороны пояса балки коромысло снабжено упорной системой,
упирающейся в пояс балки ниже уровня стенки и регулировочным устройством, на котором прикреплен нагреватель и которое позволяет регулировать положение нагревателя относительно плоскости стенки балки по высоте.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами,
где на фиг.1 изображен общий вид стенда в аксонометрии;
на фиг.2 представлена схема механизированного нагревательного устройства для нагрева балки с внешней стороны ее пояса;
на фиг.3 представлена схема расположения характерных точек поперечного сечения свариваемой балки, по температуре которых контролируется технологический процесс;
на фиг.4 представлены графики изменения во времени температуры в характерных точках поперечного сечения балки (см. фиг.3).
Стенд для сварки балок содержит опоры 1 с наклонными опорными элементами 2, на которых смонтированы упоры 3 для установки собранных на прихватках балок 4, устройство 5 для сварки швов между стенкой 6 и поясом 7 балки 4, механизированное нагревательное устройство 8, которое производит нагрев с внешней стороны пояса 7 с помощью нагревателя 9, приспособление 10 для въезда на балку 4 и приспособление 11 для съезда с балки 4, устройство 12 для подъема, транспортировки и перекантовки свариваемых балок. В качестве устройства 5 для сварки может использоваться обычный сварочный автомат. В качестве механизированного нагревательного устройства 8 могут использоваться различные технические решения. Например, само устройство может располагаться с внешней стороны пояса 7 балки и перемещаться по рельсам в заданном направлении. Однако рекомендуется для этой цели использовать модернизированный вариант устройства для
правки грибовидности (а.с. №580027), уже в течение многих лет оправдавшего себя в практике.
Предлагаемое механизированное нагревательное устройство 8 состоит из корпуса 13 с опорными роликами 14, устанавливаемого на стенку 6 свариваемой балки, прижимного ролика 15, упирающегося в пояс 7 свариваемой балки, коромысла 16, огибающего пояс, прикрепленного к корпусу в одной точке по высоте посредством шарнира 17 и соединенного с корпусом 13 в другой точке по высоте пружиной 18 растяжения, и нагревателя 9. В корпусе 13 размещены электродвигатель с редуктором и система для регулировки скорости перемещения. Электродвигатель через редуктор соединен с опорными роликами и обеспечивает с помощью их перемещение нагревательного устройства. Коромысло 16 с внешней стороны пояса балки снабжено упорной системой 19, содержащей упорные ролики, непосредственно упирающиеся в пояс 7 балки под действием пружины 18. На коромысле 16 смонтировано регулировочное устройство для регулировки положения нагревателя 9 по высоте пояса 7 относительно стенки 6. Оно содержит направляющий стержень 20, на котором закрепляют нагреватель 9 с помощью стопорного винта 21.
На фиг.1 приведены также следующие обозначения: позицией 22 обозначены газовые шланги для горелки нагревателя 9, позициями 23 и 24 - подводящие электропровода соответственно для нагревательного 8 и для сварочного 5 устройств, позицией 25 - траектория движения сопла газовой горелки, буквой «S» обозначено расстояние между нагревательным 8 и сварочным 5 устройствами, буквой «V» - скорость движения нагревательного устройства 8, буквой «β» - угловые деформации пояса балки после прохода механизированного нагревательного устройства, буквой «в» - ширина полосы нагрева при траектории 25 движения сопла горелки.
1
2
3
4
х
На фиг.2 буквами P, P, Р, P и Р обозначены силы, возникающие в системе «балка - механизированное нагревательное устройство» после ввода в действие пружины 18.
На фиг.3 точки А и В расположены по оси стенки балки соответственно на внешней и внутренней поверхности пояса 7 балки, точка С - в стенке 6 балки, на расстоянии 30 мм от внутренней поверхности пояса 7.
A
B
C
г
1
2
max
min
г
г
На фиг.4 по вертикальной оси показана температура нагрева t, t, t (соответственно в точках А, В, С на фиг.3), по горизонтальной - время в минутах от момента прохода соплом горелки расчетного сечения. Позициями τ, τ, τ обозначены соответственно время максимального нагрева в точке А, максимально и минимально допустимого нагревов в точках В и С. Позициями t, t, Δt обозначены максимально и минимально допустимые температуры нагрева в точках В и С, перепад температур между точками А и В в момент τ.
Стенд для сварки балок работает следующим образом. Балку 4 собирают на сборочном стенде. Пояса 7 к стенке 6 прикрепляют с помощью коротких сварочных швов - «прихваток». Далее собранную балку с помощью устройства 12 для подъема, транспортировки и перекантовки свариваемых балок устанавливают на стенд для сварки балок, размещая балку на наклонных опорных элементах 2, при этом балка удерживается от сползания вниз за счет упоров 3. Далее к балке устанавливают приспособления для въезда 10 и съезда 11. Прогрев устройством 8 и сварку устройством 5 осуществляют последовательно с некоторым разрывом «S», определяемым по расчету. После наложения шва немедленно (не допуская остывания зоны сварки) перекантовывают балку и заваривают шов с другой стороны стенки, т.е. полностью приваривают один пояс, а далее в том же порядке приваривают второй пояс.
1
2
x
1
2
3
4
Механизированное нагревательное устройство устанавливают опорными роликами 14 на стенку 6 свариваемой балки. В момент установки прижимную пружину 18 ослабляют или снимают, что позволяет свободно устанавливаться коромысловой части 16. Мощность пружины 18 (сила P) подбирается таким образом, чтобы при наклонном положении свариваемой балки упорная система 19 была прижата к поясу 7, т.е. прижимающая сила P должна быть больше «отрывающей» составляющей P, возникающей от веса навесной части устройства (присоединенной к коромыслу 16) и силы действия газовых шлангов 22 и проводов 23. Таким образом, сила растяжения P в пружине 18 должна быть таковой, чтобы прижимающие к стенке 6 и поясу 7 силы Р, Р, P были такими, при которых обеспечивается стабильность положения нагревательного устройства 8 относительно свариваемой балки 4. При этом сопло нагревателя 9 горелки всегда будет при движении точно повторять положение оси стенки 6, несмотря на всегда существующие отклонения оси стенки от оси пояса. Это очень важно, так как при отклонении центра сопла от оси стенки будет асимметричный нагрев, приводящий к образованию деформаций перекоса пояса относительно стенки.
max
min
Предлагаемый стенд для сварки балок изменяет порядок предварительного подогрева зоны наложения сварного шва, поскольку нагрев производится с внешней стороны пояса, а не с внутренней, как обычно. В момент наложения сварного шва температуры металла (см. фиг.3 и 4) в точке А (на внешней стороне пояса 7), точке В (на внутренней стороне пояса 7) и в точке С (в стенке 6 на расстоянии примерно 30 мм от внутренней поверхности пояса 7) должны быть примерно равны и быть в интервале между максимальным (t) и минимальным (t) значениями, допускаемыми действующими техническими условиями. Если рассматривать отдельно любое по длине балки поперечное сечение (фиг.3) и принять за «0» момент времени, в который сопло горелки проходит это
A
B
C
г
г
сечение, то характер изменения во времени температуры в точках А, В и С (соответственно температуры t, t и t) приведен на фиг.4. В момент τ, т.е. когда достигается максимальный нагрев в точке А образуются остаточные пластические деформации за счет перепада температур Δt, которые после выравнивания температур по сечению пояса 7 приводят к формированию остаточных угловых деформаций «β» (фиг.1). После наложения сварного шва деформации «β» ликвидируются (в пределах допуска), так что остаточные деформации грибовидности отсутствуют.
Выигрыш в данном случае определяется двумя моментами: во-первых, тепловложение при создании предварительного выгиба «β» меньше, чем при правке грибовидности той же величины (это показали экспериментальные исследования); во-вторых, это тепловложение используется одновременно для предварительного подогрева.
2
1
max
min
По мере удаления нагревательного устройства 8 от расчетного сечения на расстояние «S» температуры в точках А, В, С начинают выравниваться. Сварочное устройство 5 может производить сварку в интервале времени Δτ=τ-τ, когда указанные температуры находятся ниже t и выше t.
1
2
Значения τ, τ и другие параметры определяют расчетом в зависимости от размеров поперечного сечения, толщины сварочных швов, мощности нагревателя и т.п.
После приварки пояса к стенке предлагаемая конструкция стенда позволяет осуществить и еще одну технологическую операцию. При установке нагревателя 9 несимметрично относительно плоскости стенки возможен нагрев непрерывных или прерывистых полос. Пластические продольные деформации металла, происходящие в процессе этих нагревов, позволяют искривить пояс в плоскости самого пояса, т.е. создать балку, криволинейную в плане.
При использовании стенда предлагаемой конструкции достигается выигрыш в двух направлениях.
Во-первых, в процессе сварки удается исключить одну из трех технологических операций. Обычно производится три операции: предварительный подогрев зоны сварки, сварка и правка остаточных деформаций грибовидности. В предложенном стенде предварительный подогрев делается по другой схеме, что позволяет создать предварительный выгиб пояса. После сварки остаточных деформаций грибовидности либо нет, либо они находятся в пределах допуска.
Во-вторых, после сварки балки на этом же стенде возможно искривление балки, т.е. создание криволинейной в плане балки. Такие балки требуются для создания криволинейных в плане эстакад, дорожных развязок и т.п. Для этого сопло горелки устанавливают на расстоянии по высоте от пояса (вверх или вниз), что позволяет нагреть полку или клинья и сформировать деформации «выгиба».