УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРАВКИ И ПОДАЧИ ПРИСАДОЧНОЙ НИТИНОЛОВОЙ ПРОВОЛОКИ

Устройство относится к области сварки и сварочного оборудования, а именно является оборудованием, применяемым для правки и подачи присадочной нитиноловой проволоки при автоматизированной дуговой сварке.
Для осуществления сварочных процессов, будь то сварка отдельных узлов изделия или наплавка, в том числе аддитивное производство, в качестве материала-наполнителя сварного шва, либо материала-строителя изделия при аддитивной печати или наплавке используется присадочная проволока. В процессе сварки присадочная проволока специально вводится в область горения сварочной дуги (в качестве присадочного материала либо при сварке в защитной среде неплавящимся электродом, либо при сварке плавящимся электродом), где под воздействием высоких температур плавится и попадает в сварочную ванну, которая по мере удаления источника тепла кристаллизуется, формируя сварной шов. При сварке процесс транспортировки присадочной проволоки в сварочную ванну может быть, как автоматизированным, так осуществляться вручную сварщиком. Для реализации автоматизированного сварочного процесса необходимо сварочное оборудование, способное работать автономно и выполнять следующие задачи:
1) формировать управляемый источник тепла (сварочную дугу), способный расплавить свариваемые поверхности и присадочный материал для формирования сварного соединения;
2) осуществлять подачу в зону горения дуги присадочного материала с определенной скоростью и по заданному закону (непрерывно, либо с заданной функцией изменения скорости подачи проволоки от времени сварки);
3) осуществлять подачу защитного инертного газа в область сварки с заданной скоростью газового потока;
4) осуществлять процесс перемещения источника тепла (сварочной дуги) по заданной траектории.
Для формирования необходимого управляемого источника тепла используются различные сварочные источники и инверторы. Они отвечают за формирование сварочной дуги с заданной вольт-амперной характеристикой. Дуга в свою очередь горит между свариваемым материалом и электродом, который либо закреплен в сварочной горелке (неплавящийся вольфрамовый электрод), либо проходит через сварочную горелку (плавящийся электрод - он же присадочная проволока). Для подачи в область сварки присадочной проволоки используются специальные автоматизированные подающие механизмы и устройства, которые находятся в коммутации со сварочным источником и управляются его системой управления. Для осуществления защиты сварочного процесса инертными газами сварочная горелка соединена с системой управления подачей газа, которая через специальные каналы внутри горелки подает газ с заданной скоростью. Перемещение горелки по заданной траектории может осуществляться с помощью различных сварочных манипуляторов: сварочные траки, простые манипуляторы, сварочные роботы и т.д.
Так как присадочная проволока для автоматизированных сварочных процессов поставляется в бухтах, либо смотанной на специальных катушках, то форма ее зачастую имеет нелинейный вид, напоминающий спираль. Если присадочная проволока мягкая, то данный фактор не оказывает на сварочный процесс существенного влияния, так как в процессе ее смотки с катушки, проходя через ролики подающего устройства, проволока правится, и ее форма стремится к прямолинейной. Однако в случае, когда присадочная проволока жесткая, то проходя через подающее устройство, проволока остается в нелинейном состоянии, что затрудняет ее дальнейшую транспортировку к сварочной ванне. При этом криволинейность формы присадочной проволоки также является причиной нестабильности сварочного процесса, вызванного тем, что присадочная проволока не попадает в одно и то же место сварочной ванны, а «гуляет» по всей ее поверхности, либо вовсе может не попасть в нее.
Использование в качестве присадочного материала проволоки из нитинолового сплава диаметром 1,2 мм затрудняется как раз по причине ее высокой жесткости, обусловленной в первую очередь ее химическим составом, а также состоянием на момент поставки.
Таким образом, для стабилизации сварочного процесса с применением присадочной проволоки необходимо править проволоку, придавая ей форму прямого стержня. Для этого в промышленности в системе подачи присадочной проволоки часто используют правильные механизмы и устройства.
Известны различные устройства для правки присадочных проволок. Основным предназначением таких устройств является придание проволоке необходимой геометрической формы путем механического воздействия. Механическое воздействие это, как правило, оказывает два ряда роликов, расположенных с двух сторон от оси движения проволоки при прохождении ее через правильное устройство, и приводит к ее пластической деформации. Например, существует 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 мундштука в зону сварки. Отличительной чертой 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, мундштук в устройстве 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 мундштука, что позволяет обеспечить ее стабильное положение относительно сварочной ванны. Достоинством данного устройства является сам факт выполняемой им функции выпрямления проволоки и подачи его в необходимую зону сварочной ванны. Однако, для корректной работы данного устройства необходимо, чтобы подающие ролики находились вблизи мундштука. Таким образом, данное устройство подачи присадочной проволоки необходимо размещать в близи области сварки, что бывает весьма затруднительно из-за габаритов свариваемого изделия, а также накладывает ограничения на используемый в сварочном процессе манипулятор. Размещение подающего и правильного устройства на достаточном расстоянии от свариваемого изделия чтобы не ограничивать перемещение сварочной горелки является более приоритетным. Особенно это касается процессов аддитивного производства изделий.
В качестве прототипа для данной полезной модели выбрано устройство для правки 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 любых присадочных проволок. Однако данное устройство используется только для правки и, в отличие от предыдущего, не может быть использовано отдельно без подающего устройства. Несмотря на это, данная полезная модель выбрана в качестве прототипа для разработки компактного устройства правки и подачи проволоки, так как имеет компактный размер.
Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является:
- правка присадочной проволоки из нитинолового сплава с одновременной подачей ее в сварочную ванну.
Для решения указанной технической проблемы в конструкции правильного устройства, состоящего из корпуса и двух рядов гибочных роликов, расположение роликов изменено таким образом, чтобы по оси движения присадочной проволоки образовались четыре пары находящихся друг напротив друга правильных роликов. Данные ролики расположены практически без зазора (около 0,1 мм) и имеют на своей рабочей поверхности V-образные вырезы. Первые две пары роликов, расположенные по ходу движения присадочной проволоки вдоль оси ее движения через устройство, имеют широкий V-образный вырез (глубина 0,5 мм и ширина 2 мм). Третья и четвертая пара роликов, расположенные по ходу движения присадочной проволоки вдоль оси ее движения через устройство, имеют узкий V-образный вырез (глубина 1 мм и ширина 1 мм). Для привода правильных роликов в конструкцию устройства включены два управляемых электродвигателя.
Выполнение расположения роликов таким образом, с наличием специальных V-образных вырезов, а также использование в конструкции двух электродвигателей позволяют осуществлять подачу проволоки через устройство в сварочную ванну, оказывая на проволоку механическое воздействие, вызывающее ее пластическую деформацию, которая способствует правке присадочной проволоки и приобретению ей формы прямого стержня.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является устройство правки присадочной проволоки из нитинолового сплава с одновременной подачей ее в сварочную ванну за счет применения в конструкции устройства четырех пар приводных правильных роликов, расположенных друг напротив друга по оси движения присадочной проволоки, и снабженных специальными V-образными вырезами для осуществления пластической деформации присадочной проволоки и ее эффективной правки.
На прилагаемых к описанию чертежах дано:
На фиг. 1 позиция 1 - электродвигатели; 2 - правильные ролики с широкими V-образными вырезами (фиг. 2); 3 - правильные ролики с узкими V-образными вырезами (фиг. 3); 4 - ведущие шестерни; 5 - ведомые шестерни; 6 - корпус; 7 - подшипники качения; 8 - присадочная проволока из нитинолового сплава диаметром 1,2 мм; 9 - винтовые соединения корпуса; 10 - опоры.
На фиг. 2 схематично изображен правильный ролик с широким V-образным вырезом.
На фиг. 3 схематично изображен правильный ролик с узким V-образным вырезом.
Устройство для правки и подачи присадочной нитиноловой проволоки состоит из усиленного сборного корпуса 6, состоящего из двух частей, соединенных между собой с помощью винтовых соединений 9. Внутри корпуса через подшипники качения 7 смонтированы двенадцать опор 10. На восьми опорах, установленных в два ряда, на жесткой посадке смонтированы восемь правильных роликов: четыре ролика 2-е широким V-образным вырезом (глубиной 0,5 мм и шириной 2 мм) и четыре ролика 3-е узким V-образным вырезом (глубиной 1 мм и шириной 1 мм), а также восемь ведомых шестерен 5. Еще две опоры смонтированы через подшипники качения с небольшим смещением таким образом, чтобы расположенные на них промежуточные ведомые шестерни приводили в движение шестерни на верхнем ряду опор 10, тем самым осуществляя движение правильных роликов на этих опорах. Оставшиеся две опоры расположены таким образом, чтобы жестко посаженные на них ведущие шестерни 4 при их вращении приводили в движение нижний ряд ведомых шестерен 5, а также передавали вращение на промежуточные ведомые шестерни и через них на верхний ряд ведомых шестерен - то есть приводили в движение все опоры 10 и жестко посаженные на них правильные ролики 2 и 3. В свою очередь две опоры с ведущими шестернями приводятся в движение двумя электродвигателями 1.
Устройство для правки и подачи присадочной нитиноловой проволоки марки ТН-1 работает следующим образом.
Конец нитиноловой проволоки 8 диаметром 1,2 мм заводят в V-образный вырез первой пары правильных роликов 2. При включении работы устройства на малой скорости (запуск электродвигателей 1), присадочная проволока проходит первую пару роликов и попадает во вторую. Небольшое расстояние между парами, равное 40 мм, позволяет проволоке даже при некотором отклонении попасть в V-образный вырез второй пары правильных роликов 2. В случае непопадания проволоки в вырез двигатели останавливают и проволоку заводят вручную, после чего вновь включают двигатели. Задача первой и второй пары правильных роликов состоит в том, чтобы по принципу работы современного прокатного оборудования, пластически деформировать присадочную проволоку, меняя ее профиль с входного круглого на овальное. Далее присадочная проволока 8 попадает в первую и вторую пару правильных роликов 3 (или третью и четвертую по счету пару правильных роликов по ходы движения присадочной проволоки). Задача третьей и четвертой пары правильных роликов состоит в том, чтобы вновь продеформировать присадочную проволоку и возвратить ее к исходной округлой форме.
Деформируя пластически изогнутую проволоку с помощью четырех пар правильных роликов удается выпрямить присадочную нитиноловую проволоку. Кроме того, устройство позволяет направить присадочную проволоку далее в направлении сварочной ванны, используя дополнительное сварочное оборудование, такое как: гибкий канал подачи и сварочная горелка.