УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ПРИСАДОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ ИЗ СПЛАВА Ti-Ni

Техническое решение относится к сварочному оборудованию и является разновидностью устройства подачи присадочной проволоки в сварочную ванну при использовании метода роботизированной сварки и наплавки неплавящимся электродом ответственных изделий с повышенными требованиями к качеству сварного шва.
Стандартное устройство подачи сварочной проволоки содержит корпус, внутри которого смонтированы подающие пары роликов: прижимной и приводной. Данные пары роликов расположены по ходу движения присадочной проволоки и служат для ее захвата и транспортировки к сварочной ванне через подающих канал. Источником проволоки служит катушка, присадочная проволока с которой сматывается под действием работы приводного ролика.
Использование стандартного подающего устройства для присадочной проволоки из сплава Ti-Ni осложняется пропорционально увеличению диаметра присадки за счет ее упругости. Присадочная проволока, сматываемая с катушки, стремится вернуться в округлое состояние (состояние намотки на катушке), что затрудняет ее транспортировку через подающий канал. Присадочная проволока начинает упираться в стены подающего канала, вызывая тем самым нарушение стабильности процесса, повышенный износ канала подачи и разброс в положении конца проволоки относительно выходного отверстия канала подачи. Помимо всего прочего, большинство каналов подачи имеет в своей геометрической форме угловой загиб для облегчения его крепления на сварочной горелке и удобной транспортировки присадочной проволоки в зону сварки. Данный загиб негативно влияет на стабильность процесса подачи присадочной проволоки сплава Ti-Ni ввиду жесткости последней. Проходя через такой канал подачи, присадочная проволока упирается в его внутренние стенки, особенно в области загиба, сильно затрудняя процесс подачи.
Известно устройство для выпрямления присадочной проволоки (см. патент РФ ПМ №129855, МПК B21F 1/02 (2006.01)), конструкция которого включает корпус, два ряда последовательно установленных гибочных роликов с возможностью изменения амплитуды волны изгиба присадочной проволоки.
Конструкция и принцип работы данной полезной модели позволяют говорить о возможности успешного ее применения для правки присадочных проволок. Но данная модель не подходит для внедрения ее в систему подачи присадочной проволоки сплава Ti-Ni, обладающей эффектом памяти формы, так как не учитывает нагрев присадочной проволоки вблизи сварочной ванны, который возникает на этапе прохождения присадочной проволоки через канал подачи из-за расположения последнего на очень малом расстоянии от дуги. Данного нагрева может быть достаточно в большинстве вариаций химического состава используемой присадочной проволоки сплава Ti-Ni для начала в ней фазового превращения, ведущего к возвращению присадочной проволоки в первоначальную форму под воздействием тепловой энергии. Первоначальной же формой присадочной проволоки, в данном случае, является цилиндрическая форма обмотки катушки, преданная ей на стадии производства для облегчения транспортировки. Таким образом, увеличивается трение проволоки о внутреннюю поверхность канала подачи и теряется контроль над смещением конца присадочной проволоки относительно выходного отверстия канала подачи, что отражается на стабильности всего процесса.
Наиболее близким аналогом является устройство для подачи присадочной проволоки (см. патент РФ ПМ №128851, кл. B23K 9/12, 2006 г.), содержащее правильные и подающие ролики, предназначенные, соответственно, для правки присадочной проволоки, сматываемой с рулона, и подачи ее через отверстие канала подачи в зону сварки. Достоинством данного устройства является смещение подающих роликов в радиальном направлении относительно правильных. Величина смещения составляет 5-10 мм. Она должна обеспечивать изгиб присадочной проволоки в пределах ее упругости. Кроме того, канал подачи в системе имеет прямую геометрию, установлен наклонно и оснащен выполненным соосно с его отверстием продольным угловым вырезом. Учитывая, что присадочная проволока, поступая в подающие ролики, изгибается в одну сторону, а при выходе из канала подачи - в другую, в процессе ее подачи обеспечивается постоянный упругий поджим к поверхности углового выреза канала, что позволяет обеспечить ее стабильное положение относительно сварочной ванны. Контактирующие с присадочной проволокой поверхности углового выреза рекомендуется выполнять из износостойкого материала или покрывать износостойким слоем.
Анализируя описанное устройство, следует сделать вывод, что его использование позволит уменьшить износ внутренней поверхности канала подачи и обеспечить контроль над смещением конца присадочной проволоки относительно выходного отверстия канала подачи, вместе с этим улучшить контроль над геометрической формой присадочной проволоки, проходящей через систему подачи. Но данная полезная модель, как и описанная ранее, не учитывает эффект памяти формы подаваемой присадочной проволоки, возникающий под воздействием температуры внутри корпуса канала подачи. Таким образом, использование данной полезной модели не может обеспечить необходимую стабильность в подаче присадочной проволоки сплава Ti-Ni, обладающей эффектом памяти формы.
Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является
выпрямление присадочной проволоки сплава Ti-Ni, обладающей эффектом памяти формы, при смотке ее с катушки и транспортировке в сварочную ванну и уменьшение негативного влияния эффекта памяти формы, проявляемого при нагреве проволоки при прохождении через канал подачи, на сварочный процесс.
Решение указанной технической проблемы достигается тем, что в устройство для подачи присадочной проволоки, помимо системы подающих роликов (двух пар подающих роликов и натягивающего ролика (по аналогии с прототипами)), включена также устройство Джоулева нагрева, располагаемое на участке прохождения присадки через систему подающих роликов. Применение устройства Джоулева нагрева обусловлено тем, что, проходя через систему подающих роликов, присадочная проволока находится в напряженном состоянии и форма ее приближена к прямой, а инициирование аустенитного превращения, которое для сплавов системы Ti-Ni протекает при достаточно низких температурах (менее 200°С), с последующим быстрым охлаждением на воздухе с протеканием мартенситного превращения позволит присадочной проволоке «запомнить» ее прямую форму, минимизировав, при этом, внутренние напряжения, вызванные ее выпрямлением в системе подающих роликов.
Прямая форма присадочной проволоки благотворно влияет на стабильность сварочного процесса и, как следствие, качество сварного соединения. При этом даже при возможном искривлении присадочной проволоки при прохождении ее через канал подачи, повторный ее нагрев на выходе из канала подачи вблизи разогретой сварочной ванны будет за счет эффекта памяти возвращать присадочной проволоке прямую форму.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является разработка конструкции устройства подачи присадочной проволоки из сплава Ti-Ni, отличительными особенностями которой являются
выполнение функции выпрямления присадочной проволоки сплава Ti-Ni, обладающей эффектом памяти формы, при смотке ее с катушки и транспортировке в сварочную ванну;
минимизация негативного влияния эффекта памяти формы, проявляемого при нагреве проволоки на выходе из канала подачи.
На прилагаемых к описанию чертежах (фиг.1) дано
1 - канал подачи, 2 - две пары подающих роликов, 3 - устройство Джоулева нагрева, 4 - нагревательный элемент (нихромовая спираль), 5 - проволока сплава Ti-Ni, 6 и 7 - кварцевые трубки, 8 - натягивающий ролик, 9 - корпус устройства, 10 - кронштейны для крепления канала-шланга и устройства Джоулева нагрева к корпусу устройства, 11 - электродвигатели, 12 - канал-шланг.
Устройство подачи присадочной проволоки из сплава Ti-Ni состоит из канала подачи 1, двух пар подающих роликов 2, системы Джоулева нагрева 3, натягивающего ролика 8, корпуса устройства 9, канала-шланга 12 для транспортировки присадочной проволоки от подающих роликов до канала подачи, электродвигателей 11, присадочная проволока сплава Ti-Ni отмечена на чертеже (фиг.1) цифрой 5. Расстояние между каналом подачи 1 и подающими роликами 2 определяется типом и видом роботизированной системы, с помощью которой осуществляется сварка, и может варьироваться в диапазоне от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров (присадочная проволока от подающих роликов транспортируется в канал подачи по специальному каналу-шлангу 12, который широко используется в стандартных сварочных системах). Канал подачи 1 соединен с каналом-шлангом 12. Канал-шланг, в свою очередь, через кронштейн 10 крепится к корпусу устройства 9. Компоновка же элементов 2, 3 и 8 (от подающих роликов до натягивающего ролика) также может быть реализована на участке разной длины, который не должен превышать 30 см. Элементы 2, 3 и 8 должны располагаться в пространстве таким образом, чтобы сварочная проволока 5, проходя от подающих роликов 2 до натягивающего ролика 8, транспортировалась по прямой линии. Для этого данные элементы закрепляются на корпусе 9. При этом для осуществления вращения подающих роликов 2 их валы крепятся к корпусу 9 через подшипники и имеют в своей оконечности посадку для крепления к электродвигателям 11. Натягивающий ролик 8 также через подшипник крепится к корпусу устройства 9. Устройство Джоулева нагрева 3 расположено по одной оси с осью транспортировки присадочной проволоки 5 на участке между элементами 2 и 8 и состоит из нагревающего элемента (нихромовой спирали) 4, заключенного между двух кварцевых трубок 6 и 7.
Выбор кварца в качестве материала для трубок системы нагрева обусловлен его низким коэффициентом термического расширения.
Данное устройство позволяет в процессе транспортировки присадочной проволоки от натягивающего ролика до подающих роликов придать присадочной проволоке форму прямого прутка. На данном участке с помощью устройства  Джоулева нагрева осуществляется термическая обработка присадочной проволоки (нагрев до температуры в диапазоне 100-120°С), в результате которой внутри проволоки протекает фазовое (аустенитное) превращение. После прохождения участка нагрева присадочная проволока естественным образом охлаждается на воздухе в процессе транспортировки, а также от контакта с подающими роликами. На данном этапе присадочная проволока «запоминает» свою форму, к которой она будет возвращаться при последующем прохождении через канал подачи при повторном нагреве от энергии сварочной дуги. Таким образом, присадочная проволока, проходя через выходное отверстие канала подачи, будет удерживать прямую форму.