АВТОМАТ ДЛЯ СВАРКИ НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ

Полезная модель относится к области сварочного производства и может быть использована в энергетической, химической, машиностроительной и других областях промышленности, в частности для ремонта в радиационной обстановке с помощью сварки неповоротных стыков трубопроводов в труднодоступных местах, а также при монтаже оборудования на площадках АЭС.
Известно, что при сварке неповоротных стыков трубопроводов в труднодоступных местах считается наиболее удобным использование малогабаритных сварочных автоматов, корпус и вращающаяся планшайба с горелкой которых имеют С-образную форму для быстрой установки автомата на трубопровод перед сваркой и снятием его с трубопровода после сварки. Проблема состоит в том, что во время процесса сварки кольцевого неповоротного стыка трубопровода в месте выреза зубчатый венец планшайбы с горелкой, несущей электрод, во время вращения вокруг этого стыка, выходит из зацепления с приводной шестерней. Для того, чтобы в этот момент обеспечить плавное перемещение горелки с неплавящимся электродом вдоль стыка, С-обратная планшайба с горелкой вращается с помощью двух синхронно вращающихся ведущих шестерен, размещенных в корпусе привода, содержащего двигатель, редуктор и раздвоитель для синхронизации вращения шестерен. [см. справочник под редакцией Н.П.Алешина «Сварка. Резка. Контроль» Москва, «Машиностроение» 2004 г. том 1, стр.161-162, рис.4.48а].
Такое устройство имеет следующие недостатки: большие габариты и его нельзя использовать в труднодоступных местах, его кинематическая цепь сложна и требует больших затрат при изготовлении.
С целью уменьшения габаритов устройства и упрощения его кинематической цепи был разработан целый ряд устройств.
Известно устройство для сварки неповоротных стыков труб в особо затесненных условиях, содержащее C-образный корпус с направляющими для перемещения С-образной планшайбы, в которой в свою очередь выполнены направляющие для перемещения замыкающего сектора, сварочную горелку и привод ее перемещения, замыкающий сектор выполнен в виде полукольца, сварочная горелка установлена на замыкающем секторе, центральный угол планшайбы составляет d=(170-165)°, при этом на корпусе выполнены дополнительные заходные направляющие с центральным углом (180°-d) (см. а/с СССР №529922 по классу В23к 31/02, публикация 1976 г.).
Недостатком этого устройства является необходимость в двух ведущих шестернях, что значительно удлиняет кинематическую цепь от электропривода до зубчатого венца планшайбы с горелкой, а, следовательно, снижает качество сварки и увеличивает габариты устройства. Шестерни не находятся в постоянном зацеплении, то есть в процессе перемещения горелки по стыку возможны скачки и удары в работе зацепления, что также снижает качество сварного соединения. Кроме того, требуется много времени для замыкания угла закрытия (180°) при настройке устройства и подготовке его к сварке.
Известно устройство для сварки неповоротных стыков труб, содержащее две С-образные шарнирно связанные между собой направляющие и, по крайней мере, две сварочные головки, установленные с возможностью перемещения на направляющих, где С-образные направляющие установлены с возможностью перестановки друг относительно друга в направлении продольной оси трубы и снабжены откидными установочными упорами (см а/с СССР №707728 по классу В23к 32/02, публикация 1980 г.). Такое решение позволяет улучшить качество сварки путем повышения точности установки электрода на стык, подлежащий сварке, однако, это устройство требует длительной ручной работы по подготовке его к сварке, что недопустимо при выполнении работ в условиях высокой радиации.
Известен также автомат для сварки кольцевых швов неповоротных стыков труб, содержащий корпус, на котором смонтирована планшайба с фиксатором и приводной кинематической цепью, автомат снабжен механизмом отключения приводной кинематической цепи, встроенным в корпусе, а планшайба выполнена в виде двух приводных шестерен (С-образных планшайб с идентичными зубчатыми венцами), установленных одна на другой на общей оси, причем торцы шестерен снабжены отверстиями для фиксации их относительно друг друга, при этом механизм отключения приводной кинематической цепи выполнен в виде плоского переключателя, один конец которого установлен в кольцевой проточке ведущей шестерни приводной кинематической цепи, а другой смонтирован на подвижной оси, установленной с возможностью ее фиксации подпружиненным шариковым фиксатором (см а/с СССР №1039673 по классу В23к 37/02, публикация 1983 г.).
Такое решение значительно упростило конструкцию автомата и сократило время на его установку на изделие, однако операция фиксации взаимного положения планшайбы приводной и планшайбы с горелкой друг относительно друга во время выполнения сварки выполняется вручную, что требует дополнительного присутствия персонала в зоне радиации. Кроме того, наличие в автомате рычажных механизмов приводит к появлению люфтов, что снижает точность настройки горелки с электродом на стык, а это снижает качество сварного соединения. Плохо сказывается на качестве сварки возможные рывки при вхождении зубьев в зацепление, которые также увеличивают износ зубчатого зацепления.
Автомат для сварки неповоротных стыков по а/с СССР №1039673 по своей технологической сущности и достигаемому техническому результату является наиболее близким к предполагаемому техническому решению и его выбрали за прототип.
Задача состоит в создании простого и надежного автомата для сварки неповоротных стыков при выполнении ремонтных работ трубопроводов в условиях радиации, где надо качественно в труднодоступных местах выполнить сварку, значительно сократив при этом время присутствия персонала.
Сущность предлагаемого технического решения состоит в получении возможности дистанционного управления сварочным автоматом путем упрощения его конструкции и автоматизации всех операций обеспечения его работы за счет исключения ручной настройки фиксации взаимного положения С-образных планшайб во время сварки при переходе выреза планшайбы с горелкой через ведущую шестерню привода, а также во время размещения автомата на трубопроводе перед сваркой и перед снятием его после сварки. При этом улучшается качество сварного соединения путем повышения точности настройки электрода на стык за счет исключения люфтов от рычажных механизмов и рывков при вхождении и выходе зубьев ведущей шестерни и венцов планшайб из зацепления. Значительно упрощается технология изготовления кинематической цепи автомата, что снижает его себестоимость, при этом за счет полной автоматизации процесса повышается производительность ремонтной сварки и значительно сокращается время присутствия персонала в зоне радиации.
Указанный выше технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом автомате для сварки неповоротных стыков труб неплавящимся электродом, содержащем C-образный корпус с электроприводом и приводной шестерней, установленные на корпусе с возможностью вращения на одной и той же оси приводную С-образную планшайбу с зубчатым венцом и идентичную ей С-образную планшайбу с горелкой, а также фиксатор взаимного положения планшайб относительно друг друга во время сварки и механизм отключения привода, который выполнен в виде электромагнитной муфты и зубчатой шестерни с хвостовиком, который подпружинен относительно корпуса автомата и пропущен через муфту, при этом шестерня с хвостовиком надета на свободный торец приводного вала с возможностью вращения и осевого перемещения относительно приводной шестерни, которая находится в постоянном зацеплении с зубчатым венцом приводной планшайбы, шестерня с хвостовиком - в постоянном зацеплении с зубчатым венцом планшайбы с горелкой, а фиксатор выполнен в виде ответных друг другу элементов бесступенчатой передачи на обоих торцах зубчатой шестерни с хвостовиком, на торце приводной шестерни и в стенке корпуса, при этом элементы бесступенчатой передачи выполнены в виде зубчатых венцов или в виде фрикционных накладок, а на торце хвостовика шестерни механизма отключения привода выполнен элемент ручной корректировки положения горелки с электродом вдоль оси вращения ее планшайбы.
Выполнение механизма отключения привода планшайбы с горелкой от электропривода в виде электромагнитной муфты и зубчатой шестерни с хвостовиком, который подпружинен относительно корпуса и пропущен через муфту, при этом шестерня с хвостовиком надета на свободный торец приводного вала с возможностью вращения и осевого перемещения относительно приводной планшайбы, которая находится в постоянном зацеплении с зубчатым венцом приводной планшайбы, а шестерня с хвостовиком - в постоянном зацеплении с зубчатым венцом планшайбы с горелкой. Такое решение по сравнению с прототипом позволяет значительно повысить качество сварного соединения, так как исключены люфты рычажных механизмов прототипа, а также рывки и удары при входе и выходе из зацепления зубьев планшайбы с горелкой. Кроме того, значительно упростилась конструкция автомата, его изготовление и эксплуатация.
Выполнение фиксатора в виде ответных друг другу элементов бесступенчатой передачи фрикционных накладок или зубчатых венцов на обоих торцах зубчатой шестерни с хвостовиком, на торце приводной шестерни и в стенке корпуса позволяет шестерне механизма отключения электропривода при ее осевом перемещении не только подключать и отключать горелку с электродом от электропривода, но и фиксировать необходимое положение обеих планшайб во время процесса сварки, особенно при переходе выреза планшайбы с горелкой через приводную шестерню, а также в моменты установки автомата на трубопровод перед сваркой и снятия его после сварки. То есть шестерня механизма отключения привода выполняет две функции: с одной стороны находясь постоянно в зацеплении с зубчатым венцом планшайбы с горелкой при своем осевом перемещении относительно привода автомата, вращающего обе планшайбы, она то подключает, то отключает планшайбу с горелкой от этого привода. С другой стороны - контактируя с ответными зубчатыми венцами на торцах приводной шестерни автомата и в стенке корпуса, фиксирует требуемое положение обоих планшайб во время всего процесса заварки стыка. Такая упрощенная конструкция автомата позволяет автоматизировать весь процесс заварки стыка и осуществить его на дистанции, то есть исключить присутствие персонала в радиационной зоне.
Выполнение на торце хвостовика шестерни механизма отключения электропривода элемента ручной корректировки положения электрода с горелкой вдоль оси вращения ее планшайбы перед началом сварки позволяет значительно повысить качество сварного соединения.
Признаки, приведенные в формуле предложенной полезной модели являются необходимыми и достаточными для достижения указанного выше нового технического результата (по сравнению с прототипом): упрощение конструкции автомата при повышении качества сварного соединения, полная автоматизация процесса с повышением производительности, а также возможность выполнения сварочных работ на монтажных трубопроводах на дистанции от стыка и при этом значительное упрощение технологии изготовления автомата, особенно его кинематической цепи и повышение безопасности обслуживающего персонала.
Таким образом, заявлено техническое решение поставленной задачи.
В процессе анализа современного уровня техники указанная в формуляре сумма признаков не выявлена.
Наличие отличительных признаков предложения по отношению к выбранному прототипу свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию «новая» по действующему законодательству.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления предложенной полезной модели с получением указанного выше технического результата, поясняются чертежами.
На фиг.1 показан в разрезе предлагаемый автомат для сварки неповоротных стыков труб, закрепленный на ремонтируемом трубопроводе в исходном положении, когда шестерня механизма отключения электропривода, постоянно находясь в зацеплении с планшайбой, несущей горелку с электродом, находится в зацеплении с приводной планшайбой, находящейся в постоянном зацеплении с приводной шестерней, при этом горелка с электродом находится в верхней части трубопровода, а вырезы обеих планшайб совмещены и находятся в нижней части трубопровода.
На фиг.2 показан в разрезе предлагаемый автомат для сварки неповоротных стыков труб, когда шестерня с хвостовиком механизма отключения электропривода находится в зацеплении с элементами бесступенчатой передачи в стенке корпуса, фиксируя таким образом необходимое положение планшайб во время перехода выреза планшайбы с грелкой через приводную шестерню, а также в момент установки автомата на трубопровод и снятия с него.
На фиг.3 показан вид А фиг.1, когда горелка с электродом находятся в верхней части трубопровода, а вырезы обеих планшайб при этом совпадают.
На фиг.4 показан вид Б фиг.2, когда вырез в планшайбе с горелкой находится в нижней части трубопровода, а приводная планшайба развернута и зафиксирована относительно первой таким образом, чтобы вместе они могли при вращении пройти через приводную шестерню.
На фиг.5 показано положение зафиксированных относительно друг друга планшайб в момент, когда планшайба с горелкой развернулась на 180° и заварена половина неповоротного стыка и горелка находится в нижней части стыка.
Предложенный автомат для сварки неплавящимся электродом неповоротных стыков трубопроводов в труднодоступных местах в условиях радиации состоит (см. фиг.1, 2), из C-образного корпуса 1 с приводной зубчатой шестерней 2, связанной с электроприводом 3 и приводной С-образной планшайбой 4 с зубчатым венцом, поворотно-установленной на оси 5, на которой также с возможностью вращения и установлена идентичная С-образная планшайба 6 с зубчатым венцом, на которой жестко закреплена горелка 7 с электродом 8. На приводном валу 9 электропривода 3 с возможностью вращения и осевого перемещения установлена также зубчатая шестерня 10 с хвостовиком 11 механизма отключения электропривода 3, которая находится в постоянном зацеплении с планшайбой 6 с горелкой 7. Хвостовик 11 шестерни 10 с возможностью осевого перемещения пропущен через электромагнитную муфту 12, имеет элемент 13 ручной корректировки положения горелки 7 с электродом 8 вдоль оси вращения планшайбы 6 и подпружинен пружиной 14 относительно корпуса 1 автомата.
На контактных торцах шестерни 10 с хвостовиком 11, приводной шестерни 2 и в стенке 15 корпуса 1 выполнены элементы 16 бесступенчатой передачи в виде зубчатых венцов или фрикционных накладок, которые в процессе работы автомата выполняют функции фиксатора взаимного положения обеих планшайб для обеспечения совместного плавного прохода выреза Д (см. фиг.4, 5) в планшайбе 6 с горелкой 7 и выреза Г в приводной планшайбе 4 через приводную шестерню 2, а также их совмещения во время установки автомата на трубопровод перед сваркой и снятия его после сварки.
Автомат для сварки неповоротных стыков трубопроводов работает следующим образом. После проведения предварительных операций автомат устанавливают и закрепляют на ремонтируем трубопроводе 17. Вырезы в корпусе 1, Г в приводной планшайбе 4 и Д в планшайбе 6 с горелкой 7 и электродом 8 совмещены. Горелка 7 с электродом 8 находится в верхней части стыка трубопровода (см. фиг.1, фиг.3 и вид А). При нажатии кнопки «пуск» включается электромагнитная муфта 12 и зубчатая шестерня 10 с хвостовиком 11 перемещается влево (см. фиг.2), сжимая пружину 14 и элементы 16 бесступенчатой передачи (фрикционные накладки или зубчатые венцы) на контактных торцах зубчатой шестерни 10 выходят из зацепления с ответными элементами 16 бесступенчатой передачи на контактном торце приводной зубчатой шестерни 2 и элементами 16 бесступенчатой передачи на другом ее торце входят в зацепление с ответными элементами 16 в стенке 15 корпуса 1. Теперь включается электропривод 3 и начинает вращаться зубчатая приводная шестерня 2, которая в свою очередь вращает С-образную приводную планшайбу 4 до тех пор пока ее вырез Г не уйдет из зоны выреза Д планшайбы 6 с горелкой 7 и перекроет ее вырез Д зубчатым венцом планшайбы 4 (см. фиг.4). После этого выключается электромагнитная муфта 12 и зубчатая шестерня 10 с хвостовиком 11 под действием пружины 14 перемещается по приводному валу 9 вправо и ее элементы 16 бесступенчатой передачи выходят из зацепления с ответными элементами 16 бесступенчатой передачи в стенке 15 корпуса 1, а элементы на другом ее торце входят в зацепление с ответными элементами 16 в торце приводной шестерни 2. Теперь включается электропривод 3 и обе С-образные планшайбы 4 и 6 уже вращаются совместно в направлении Е (см. фиг.5) и далее, совершив оборот на 360° возвращаются в исходное положение (см. фиг.4), когда горелка 7 с электродом 8 находится в верхней части трубопровода и заварен первый проход свариваемого стыка. Далее все повторяется до полной сварки стыка ремонтируемого трубопровод. Затем электропривод 3 отключают и включают электромагнитную муфту 12, при этом хвостовик 11 шестерни 10 втягивается в муфту 12 и шестерня 10 выходит из зацепления с приводной шестерней 2 и перемещаясь вдоль приводного вала 9 входит в зацепление с ответными элементами 16 в стенке 15 корпуса 1. Снова включается электропривод 3 и с помощью приводной шестерни 2 приводная планшайба 4 разворачивается до тех пор пока вырезы Г и Д не совпадут (см. фиг.3). Затем привод 3 отключают, а автомат снимают с заваренного стыка. Направление вращения планшайб 4 и 6 может быть как по часовой стрелке, так и в обратном направлении.
Перед сваркой для ручной корректировки положение горелки 7 с электродом 8, относительно оси вращения ее планшайбы зубчатую шестерню 10 с хвостовиком 11 следует с помощью элемента 13 оттянуть влево. Элементы 16 бесступенчатой передачи на торце зубчатой шестерни 10 выйдут из зацепления с ответными элементами 16 в торце приводной зубчатой шестерни 2, но не войдут в зацепление с ответными элементами 16 в стенке 15 корпус 1. В этом положении зубчатая шестерня 10 находится в свободном состоянии и планшайбу 6 с горелкой 7 можно повернуть вручную, например, для проверки дугового промежутка между стыком, подлежащем сварке, и концом электрода 8. После освобождения элемента 13 зубчатая шестерня 10 с хвостовиком 11 под действием пружины 14 переместится вправо и элементы 16 войдут в зацепление с ответными элементами 16 на контактном торце приводной шестерни 2 для фиксации планшайбы 6 с горелкой 7 в требуемое в настоящий момент положение относительно стыка, подлежащего сварке.
Таким образом, заявлено техническое решение указанной выше задачи, совокупность признаков которого неизвестна из настоящего уровня техники, обладает новизной по сравнению с выбранным прототипом, технически выполняемо, промышленно применимо, что соответствует критериям, характеризующим полезную модель.
В настоящее время изготовлен опытный образец, который прошел испытания и доказал не только промышленную применимость, но и полностью подтвердил новый технический результат, который заключается в создании и реализации простого и надежного оборудования, которое позволило значительно повысить качество сварных швов ремонтируемого трубопровода расположенного в труднодоступных местах АЭС, а также автоматизировать его и управлять процессом на дистанции, что в условиях радиации позволило значительно сократить время присутствия обслуживающего персонала в зоне ремонта, то есть повысить безопасность. Кроме того данное техническое решение увеличило арсенал средств для выполнения ремонтных работ трубопроводов в труднодоступных местах в условиях радиации.