УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА ПО СТЫКУ

Полезная модель относится к сварочному производству, преимущественно к средствам автоматизации сварочных процессов и касается механических устройств для направления сварочного электрода по кромкам сварного стыка в процессе автоматической сварки плавящимся электродом в среде защитных газов или самозащитной проволокой стыковых и тавровых многослойных швов с V-образной разделкой кромок.
Известно устройство для направления электрода по стыку, содержащее сварочную головку для сварки плавящимся электродом и копирный ролик, жестко соединенный со сварочной головкой (см. «Справочные материалы для сварщиков» под редакцией проф. Г.А.Николаева, М, 1961 г., стр.115, фиг.60). Вращающийся копирный ролик выполнен из металла или износостойкого неметаллического материала и форма его (два усеченных конуса, состыкованные основаниями) зависит от поперечного сечения (ширины) разделки стыка. Расстояние между копирным роликом и осью мундштука сварочной головки принимают таким, чтобы наибольшее возможное смещение сварочного электрода от оси стыка на данной его длине не превышало недопускаемого значения отклонения электрода от оси стыка. При сварке копирный ролик с помощью балансирного механизма прижимается к разделке стыка.
Недостатком этого устройства является невозможность копирования сварного стыка при многослойной сварке из-за отсутствия контакта между кромками копирных роликов и кромками разделки, а также возникновения погрешности копирования в местах прихваток из-за бокового и вертикального смещения копирного ролика от оси разделки Кроме того, при изменении ширины разделки сварного стыка возможно заклинивание или же
выдавливание копирного ролика из ее полости, что ведет к изменениям параметров сварочной дуги и браку при сварке.
Известно также устройство для направления электрода по стыку, содержащее сварочную головку для сварки с плавящимся электродом и копирный ролик, жестко соединенный со сварочной головкой (авт. свид. СССР №745617 В 23 К 9/10, заявл. 20.10.77 г., опубл. 07.07.80 г.) При этом, копирный ролик снабжен дополнительным опорным роликом, расположенным рядом с копирным и опирающимся в процессе сварки на поверхность свариваемой детали около разделки сварного шва.
Недостатком данного устройства является невозможность копирования сварного стыка при многослойной сварке из-за отсутствия контакта между кромками ролика и кромками разделки, а также возникновения погрешности копирования в местах прихваток из-за бокового и вертикального смещения копирного ролика от оси разделки.
Кроме того, наличие дополнительного опорного ролика усложняет конструкцию устройства, увеличивает его габариты и снижает его технологические возможности, так как не во всяких сварных конструкциях есть свободное место в околошовной зоне для размещения механизма дополнительного опорного ролика.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для направления электрода по стыку, содержащее сварочную головку для сварки плавящимся электродом и копирный ролик, соединенный со сварочной головкой (авт. свид. СССР №929375 В 23 К 37/02, заявл. 13.10.1980 г., опубл. 23.05.1982 г.). Копирный ролик выполнен из двух подпружиненных полых корпусов, установленных телескопически и образующих общую рабочую камеру, подключенную к пневмоцилиндру. При изменении раствора разделки изменяется объем рабочей камеры. Форма копирного ролика повторяет форму разделки стыка (два усеченных конуса, состыкованные большими основаниями).
При смещении оси разделки стыка, свободно посаженный на оси копирный ролик перемещается вслед за разделкой, и благодаря постоянному давлению в пневмоцилиндре и рабочей камере обеспечивается постоянный контакт ролика с разделкой стыка. А наличие свободного пространства в виде прямоугольной канавки между двумя подпружиненными корпусами копирного ролика позволяет осуществлять многослойную сварку металла значительных толщин, так как слои наплавленного металла, заполняющие разделку сварного стыка в процессе дуговой сварки, размещаются внутри канавки, не препятствуя контактам кромок копирных роликов с кромками разделки.
Недостаток известной конструкции устройства для направления электрода по стыку заключается в конструктивной сложности и значительных габаритах его механизма копирования, не позволяющего оснащать им обычные, универсального назначения, сварочные головки и автоматы, и требующие для своего применения специализированных видов сварочного оборудования.
Другим недостатком известной конструкции устройства является ограниченность его технологических возможностей, так как требует для своего использования только сварные изделия со свободным по обе стороны разделки пространством, где должны размещаться элементы конструкции устройства.
Задача настоящей полезной модели состоит в создании устройства для направления электрода по стыку простой конструкции и обеспечивающего качественное слежение за стыком при многослойной сварке плавящимся электродом швов с V-образной разделкой соединений металлов средних и больших толщин (более 10 мм).
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для направления электрода по стыку, содержащем сварочную головку с плавящимся электродом и копирный ролик, соединенный со сварочной головкой, согласно полезной модели, копирный ролик выполнен в виде
эллипсоида вращения относительно малой оси эллипса, совпадающей с осью вращения ролика, длина которой превышает на 3-5 мм максимальную ширину разделки стыка, а длина большой оси в 3-3,5 раза больше длины малой оси, при этом по большой оси эллипсоида вращения на торце копирного ролика выполнена U-образная канавка, ширина которой равна 0,7-0,8 ширины разделки стыка, а глубина канавки равна 0,3-0,4 глубины разделки стыка.
Такое конструктивное выполнение устройства для направления электрода по стыку позволяет иметь простой с минимальными габаритами механизм копирования и обеспечить качественное слежение за стыком, так как зона контакта рабочих поверхностей копирного ролика предложенной формы с кромками разделки сварного шва всегда будет находиться в верхней части кромок в течение всего процесса сварки: и при сварке корня шва, и при заполнении самой разделки, благодаря тому, что копирный ролик имеет форму эллипсоида вращения с малой осью, превышающей ширину разделки, то есть такой геометрической фигуры, которая вписывается в пространство равнобедренного треугольника сечения разделки сварного шва С 17 по ГОСТ 14771-84 (стр.29) по линии, не доходящей до основания треугольника разделки на величину толщины завершающего слоя наплавленного металла сварного шва.
Причем большая ось эллипса определяет диаметр копирного ролика и зависит от размеров, взаимосвязанных между собой элементов системы: копирный ролик - ось вращения ролика - ширина разделки - корпус механизма копирования. При этом глубина утапливания ролика в разделку не может быть больше 1/3 диаметра ролика, иначе ось вращения ролика не закрепить в корпусе устройства. Экспериментами установлено, что диаметр копирного ролика должен быть равен 3-3,5 длины малой оси эллипса (не менее трех величин ширины разделки сварного шва).
Экспериментами также установлено, что выполненная на копирном ролике канавка указанных размеров позволяет заполнять разделку сварного шва до завершающего, так называемого облицовочного слоя сварного шва,
то есть полностью заваривать сварной шов согласно параметрам, определенным ГОСТом 14771-84 к сварным соединения С17.
Для пояснения полезной модели ниже приводится конкретный пример выполнения полезной модели со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 - изображено устройство для направления электрода по стыку, общий вид;
на фиг.2 - разделка стыка сварного шва;
на фиг.3 копирный ролик, установленный в разделку стыка.
1
1
1
1
1
Устройство для направления электрода по стыку состоит из сварочной головки 1 с электродом 2 и копирного ролика 3. Копирный ролик 3 смонтирован с возможностью вращения на оси 4, закрепленной в вилке 5, соединенной со сварочной головкой 1. Копирный ролик 3 выполнен в виде эллипсоида вращения относительно малой оси О-О эллипса, длина которой превышает ширину «С» V-образной разделки 6 стыка на 3-5 мм. Длина большой оси O-O эллипса в 3-3,5 раза больше малой оси О-О. По большой оси O-O эллипса на торце копирного ролика 3 выполнена U-образная канавка 7, ширина «В» которой равна 0,7-0,8 ширины «С» разделки 6 стыка и глубина «Н» канавки равна 0,3-0,4 глубины «S» разделки стыка.
Копирный ролик 3 выполнен из термостойкого и не проводящего электрический ток материала (керамика, металлокерамика и тому подобное) для предотвращения возможности забрызгивания его поверхности каплями расплавленного металла сварочной дуги.
Пример.
Общий угол раскрытия разделки шва при стыковых швах типа С17 согласно ГОСТу 14771-76 должен быть равен 40° (при толщине металла больше 10 мм).
Так как угол наклона кромок разделки свариваемых металлических деталей должен быть одинаков, то в сечении разделки мы будем иметь
геометрическую фигуру в виде равнобедренного треугольника с углом в вершине, равным 40°, и основанием, равным ширине «С» разделки.
Толщина свариваемого металла, мм
Ширина разделки В, мм
Глубина разделки S<sub>1</sub>, мм
Малая ось эллипса, мм
Большая ось эллипса, мм
Ширина канавки, мм 0,7-0,8 С
Глубина канавки, мм 0,3-0,4 S<sub>1</sub>
10
7,2
7-10
10-12
30-36
5,0-6,0
2,0-3,0
20
14,4
17-20
17-20
51-60
10,0-11,0
5,0-7,0
30
21,6
27-30
24-27
72-81
15,0-17,0
8,0-11,0
40
28,8
37-40
32-34
96-102
19,0-23,0
12,0-14,0
50
36,0
47-50
39-41
117-123
25,0-29,0
15,0-18,0
Устройство работает следующим образом.
Копирный ролик 3 устанавливают по стыку (по оси разделки 6) и, следовательно, электрод 2 сварочной головки 1 также устанавливается по стыку. Начинают процесс сварки, при этом сварочная головка 1 может быть размещена перед копирным роликом 3, после него или вплотную к нему, непосредственно в полости канавки 7.
При многослойной дуговой сварке металла значительных толщин (больше 10 мм) с V-образной разделкой стыкового шва сначала заваривается корень шва 8. Сварка идет за один проход. Толщина заваренного слоя 5-6 мм, ширина 8-10 мм. Далее идет заполнение разделки отдельными валиками 9 за 2-3 и более проходов. Толщина валиков 4-6 мм, ширина 8-14 мм (см. «PTM-1c», Москва, ПЧО О6Т 2001, стр.78, 108). Валики наплавленного металла заполняют пространство разделки сварного шва и пространство канавки 7 вплоть до завершающего, так называемого, облицовочного валика 10, который образуется уже за копирным роликом 3 по направлению сварки и не мешает процессу копирования.
Предложенное устройство для направления электрода по стыку по сравнению с известными позволяет повысить качество сварного шва за счет осуществления возможности копирования V-образной разделки сварного шва стыковых сварных соединений металлов значительных толщин (более 10 мм) независимо от количества технологических проходов, так как зона контакта рабочих поверхностей копирного ролика с кромками разделки всегда осуществляется в их верхней части, не препятствуя процессу сварки.
Устройство позволяет также упростить механизм копирования за счет отказа от дополнительного механизма для изменения рабочей ширины копирного ролика в зависимости от количества используемых при сварке технологических проходов.