НАКЛАДКА НА СВАРОЧНУЮ ГОРЕЛКУ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ЗАЩИТЫ

Полезная модель относится к вспомогательным устройствам для осуществления сварки поверхностей из титана или титанового сплава, в частности, к накладкам для сварочной горелки используемых для сварки кольцевых швов [B23K9/00, B23K9/32, B23K9/325].
Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОВОЙ ЗАЩИТЫ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ, СВАРОЧНОГО ШВА И ОКОЛОШОВНОЙ ЗОНЫ [RU2615103, опубл. 03.04.2017], содержащее сопло для подачи защитного газа в зону сварки и закрепленную на нем приставку, обеспечивающую защиту сварочной ванны, сварного шва и околошовной зоны, имеющую ребра, выполненные со стороны, обращенной к поверхности свариваемой детали, и снабженную опорами для перемещения по ней, причем высота опор выбрана из условия получения профилированного зазора между приставкой и защищаемой поверхностью, отличающееся тем, что упомянутые ребра приставки выполнены с образованием по меньшей мере двух прикрытых спереди боковых продольных каналов, профиль которых имеет форму, обеспечивающую вихреобразное закручивание защитного газа из сопла горелки, при этом приставка имеет открытый спереди вход, а в качестве сопла для подачи защитного газа использовано сопло сварочной горелки.
Недостатками аналога являются:
- сложность конструкции и низкое удобство использования устройства налога;
- невозможность гарантированно осуществлять подачу ламинарного потока защитного газа, без образования турбулентных завихрений в зоне сварки.
Также из уровня техники известен ЗАЩИТНЫЙ КОЖУХ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА, ЗАКРЕПЛЕННЫЙ НА СВАРОЧНОЙ ГОРЕЛКЕ [CN106862736, опубл. 20.06.2017], состоящий из основания, фиксирующей поперечины и передних кожухов, крепежная поперечина расположена посередине основания и снабжена двумя боковыми стенками для крепления сварочной горелки, передние крышки расположены симметрично по обеим сторонам боковой стенки фиксирующей поперечной балки, внутри передних крышек расположены петли первого газового контура, а петли второго газового контура вложены в первый газовый контур, в верхней части каждой передней крышки выполнены резьбовые отверстия, соединенные с патрубками наружного воздуха, в нижних частях передних крышек выполнены газоструйные отверстия, через симметричные полости, снабженные контурами газового контура и расположенные с двух сторон, отверстия газовых струй выполнены с возможностью подачи из отверстий газа, отверстия газовых струй расположены на одной линии с насадкой сварочного пистолета, защитный кожух устанавливается над сварочным валиком и закрывает весь сварной валик сверху донизу.
Недостатком аналога является:
- невозможность гарантированно осуществлять подачу ламинарного потока защитного газа, без образования турбулентных завихрений в зоне сварки.
Наиболее близким по технической сущности является ГАЗОЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ТРУБ [CN112108747, опубл. 22.12.2020], в котором жаропрочная огнеупорная ткань крепится к двум боковым кромкам нижней стороны накладки, а нижний конец жаропрочной огнеупорной ткани контактирует с наружной стенкой сварочной трубы, на нижней грани накладки закреплено устройство разделения потока газа, расположенное между жаропрочной огнеупорной тканью и предназначенное для обеспечения возможности разделения и равномерного распыления аргона вниз; входное сопло для газа, сообщающееся с источником газа, закреплено на верхней грани крышки, дуговая канавка сформирована на одном конце накладки, а пистолет для аргонно-дуговой сварки, проникающий в дуговую канавку, растягивается в положение между жаростойкой огнеупорной тканью и фиксируется на накладке через фиксирующую рамку сварочного пистолета, расположенной на верхней части крышки.
Основной технической проблемой прототипа является низкая ламинарность потоков защитного газа при осуществлении процесса сварки кольцевых швов, из-за того, что в прототипе используется однослойное устройство разделения потока газа - не гарантирующее получение на выходе ламинарного потока. Кроме того, в устройстве прототипа отсутствует торцевая защита, из-за чего не обеспечивается однонаправленное движение потока защитного газа по направлению к месту сварки.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом является повышение ламинарности потока защитного газа при осуществлении процесса сварки кольцевых швов на поверхностях из титана или титанового сплава, с использованием накладки на сварочную горелку.
Указанный технический результат достигается за счет того, что накладка на сварочную горелку для газовой защиты, содержащая стенки и закрепленную между ними верхнюю цилиндрически гнутую пластину, на которой смонтирована стойка фиксатора сварочной горелки и выполнено отверстие для закрепления в нем шланга для подачи защитного газа, причем со стороны фиксатора сварочной горелки в пластине выполнена дуговая канавка, отличающаяся тем, что стенки выполнены из алюминиевого цилиндрически гнутого профиля с пазами, на нижних гранях стенок в пазах закреплены боковые уплотнители с образованием уширения в нижней части накладки, а со стороны крепления шланга закреплен торцевой уплотнитель, при этом в отверстии для закрепления шланга смонтирован рассекатель потока газа, а под верхней цилиндрически гнутой пластиной в пазах стенок закреплена многослойная цилиндрически гнутая пластина, верхний слой которой выполнен в виде сетки, размер ячеек которой составляет от 0,2×0,2 мм до 0,5×0,5 мм, средний слой выполнен в виде сетки с ячейками 0,025×0,025 мм, а нижний слой выполнен в виде перфорированного листа с размером ячеек и шагом между ячейками от Rv 0,5-1,0 мм до Rv 0,8-1,5 мм.Краткое описание чертежей.
На фиг 1 показан общий вид накладки на сварочную горелку для кольцевых швов.
На фиг 2 показан вид снизу накладки на сварочную горелку для кольцевых швов.
На фиг 3 показан вариант реализации накладки на сварочную горелку для кольцевых швов.
На чертеже обозначено:
1 - алюминиевый профиль; 2 - верхняя цилиндрически гнутая пластина; 3 - крепление шланга; 4 - крепление стойки; 5 - фиксатор сварочной горелки; 6 - цилиндрически гнутая пластина с двухслойной сеткой и перфорированным листом; 7 - боковой уплотнитель; 8 - торцевой уплотнитель.
Описание полезной модели.
Накладка на сварочную горелку для газовой защиты состоит из двух цилиндрически гнутых алюминиевых профилей 1, располагаемых ответно друг другу. При этом, каждый алюминиевый профиль 1 выполнен с двумя пазами на внутренней стенке и одним пазом на внешней стенке.
В первых пазах, размещенных на внутренних стенках алюминиевых профилей 1, закреплена верхняя цилиндрически гнутая пластина 2, выполненная с отверстием для распределителя потока инертного газа и крепления шланга 3 с рассекателем потока газа, выполненного с возможностью подачи инертного газа. Крепление шланга 3 может быть выполнено в виде шарнирного углового резьбового соединения. Также на верхней цилиндрически гнутой пластине 2 располагается крепление стойки 4 для фиксатора сварочной горелки 5. Крепление стойки 4, может быть выполнено в виде болтового соединения. Фиксатор сварочной горелки 5 может быть выполнен в виде хомута, с возможностью фиксации сварочной горелки. Вторые пазы, размещенные на внутренних стенках алюминиевых профилей 1, располагается ниже первых, в них размещена цилиндрически гнутая пластина с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6. Также на одном из концов верхней цилиндрически гнутой пластины 2, со стороны фиксатора сварочной горелки 5 располагается дуговая канавка.
Цилиндрически гнутая пластина с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6 выполнена следующим образом: в качестве верхнего слоя выступает сетка нержавеющая тканая с квадратными ячейками размером от 0,2×0,2 мм до 0,5×0,5 мм; в качестве среднего слоя выступает сетка нержавеющая тканая с квадратными ячейками размером 0,025×0,025 мм; в качестве нижнего слоя выступает перфорированный лист с размером ячеек и шагом между ячеек от Rv 0,5-1,0 мм до Rv 0,8-1,5 мм. Все три слоя цилиндрической гнутой пластины с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6 выполнены из высоколегированной стали 12Х18Н10, и соединены в единое целое.
В пазах на внешних стенках алюминиевого профиля 1, располагаемых в нижних гранях, зафиксированы боковые уплотнители 7, выполненные из высокотемпературного силикона. Боковые уплотнители 7 своим основанием зафиксированы в пазах алюминиевых профилей 1, при этом концы уплотнителей располагаются ниже оснований алюминиевых профилей 1, образуя уширение. К боковым частям алюминиевых профилей 1 со стороны крепления шланга 3 смонтирован торцевой уплотнитель 8. Монтаж торцевого уплотнителя 8 к боковым стенкам алюминиевых профилей 1 также может быть осуществлен болтовыми креплениями.
Устройство изготавливается следующим образом.
На первом этапе осуществляют производство алюминиевого профиля 1:
- методом экструзии (для накладок с внутренним радиусом от 26,5 мм),
- для накладок радиусом от 5 мм до 15 мм боковой профиль печатается на 3D-принтере.
На втором этапе с помощью лазерной резки вырезают, верхнюю пластину, планку крепления червячного хомута фиксатора сварочной горелки 5, на станке ЧПУ изготавливается рассекатель потока газа с резьбой для крепления шланга 3.
На третьем этапе, алюминиевый профиль 1 гнут на профилегибочной машине под нужный радиус.
На четвертом этапе с помощью шаблона алюминиевый профиль 1 нарезают в нужный размер.
На пятом этапе на алюминиевом профиле 1 фрезеруются пазы.
На шестом этапе, формируют верхнюю цилиндрически гнутую пластину 2, с помощью вальцев - верхней пластине предается необходимый радиус.
На седьмом этапе к верхней цилиндрической гнутой пластине 2 приваривается рассекатель потока газа с креплением шланга 3 и винт крепления стойки 4 червячного хомута фиксатора сварочной горелки 5.
На восьмом этапе вырезают требуемых размеров верхний, средний и нижний слои цилиндрической гнутой пластины с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6 и соединяют их между собой с помощью пресса.
На девятом этапе в первый алюминиевый профиль 1, в верхний паз, верхнюю цилиндрическую гнутую пластину 2, в нижний паз устанавливают цилиндрическую гнутую пластину с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6, далее устанавливают второй алюминиевый профиль 1 и фиксируют их с помощью пресса.
На десятом этапе с помощью специальной обжимной машины производят обжим с фиксацией в алюминиевом профиле 1 верхней цилиндрически гнутой пластины 2 и цилиндрической гнутой пластины с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6.
На одиннадцатом этапе устанавливают к верхней цилиндрической гнутой пластине 2 крепление стойки 4 с фиксатором сварочной горелки 5, вкручивают крепление шланга 3, устанавливают боковые уплотнители 7 и торцевой уплотнитель 8.
Устройство функционирует следующим образом.
Первоначально подбирают накладку на сварочную горелку с радиусами изгиба алюминиевого профиля 1, верхней цилиндрической гнутой пластины 2 и цилиндрически гнутой пластины с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6 соответствующим радиусу скругленной поверхности, на которую будет наноситься кольцевой шов. Далее к креплению шланга 3 подключают шланг, соединенный с источником защитного инертного газа. В фиксаторе сварочной горелки 5 фиксируют сварочную горелку. Далее устройство своим основанием плотно фиксируют к скругленной поверхности из титана или титанового сплава, на которой находится стыковое соединение для кольцевого сварного шва. Фиксацию осуществляют таким образом, чтобы обеспечить плотное прилегание боковых уплотнителей 7 и торцевого уплотнителя 8 к скругленной поверхности, при этом боковая часть устройства со стороны фиксатора сварочной горелки 5 должна располагаться над сварным швом.
При осуществлении сварки осуществляют подачу защитного инертного газа по шлангу в рассекатель потока газа, который разделяет струю защитного газа в четырех направлениях и подает под верхнюю цилиндрически гнутую пластину 2 и далее, через цилиндрически гнутую пластину с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6 попадает в зону сварки титана или титанового сплава. Таким образом, в процессе сварки внутрь накладки подается инертный газ, который распределяется по внутренней части накладки между боковыми уплотнителями 7 и торцевым уплотнителем 8 и равномерно выходит на сварной шов.
При этом, при подаче инертного газа через цилиндрически гнутую пластину с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6, он сначала проходит через верхний слой из нержавеющей тканой сетки с квадратными ячейками размером от 0,2х0,2 мм до 0,5х0,5 мм, далее через средний слой из нержавеющей тканой сетки с квадратными ячейками размером 0,025х0,025 мм и далее через нижний слой, выполненный в виде перфорированного листа с размером ячеек и шагом между ячейками от Rv 0,5-1,0 мм до Rv 0,8-1,5 мм.
Благодаря наличию боковых уплотнителей 7 и торцевому уплотнителю 8 не допускается попадания кислорода вовнутрь накладки, тем самым, предотвращается возможность расплавленному и перегретому сварному шву взаимодействовать с кислородом в воздухе.
Заявленный технический результат повышение ламинарности потока защитного газа при осуществлении процесса сварки кольцевых швов на поверхностях из титана или титанового сплава, с использованием накладки на сварочную горелку, достигается за счет того, что рассекатель потока газа равномерно распределяет поток защитного газа под верхней цилиндрически гнутой пластиной 2. Во вторых пазах алюминиевых профилей 1 размещена цилиндрически гнутая пластина с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6, при этом средний слой выполнен с самыми мелкими ячейками 0,025×0,025 мм, верхний слой может быть выполнен с ячейками размеров от 0,2×0,2 мм до 0,5×0,5 мм, нижний слой выполнен с перфорацией с размером ячеек и шагом между ячеек от Rv 0,5-1,0 мм до Rv 0,8-1,5 мм. При подаче инертного газа из источника газа - сначала реализуется первичное разбиение потока через рассекатель газа и на вход цилиндрически гнутой пластины с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6 подаются четыре потока неламинарного (турбулентного) газа. Далее верхний слой сетки разделяет потоки защитного газа на подпотоки, при этом: использование ячеек верхнего слоя размером менее 0,2×0,2 мм создает избыточное давление на средний слой; использование ячеек размером более 0,5×0,5 мм не обеспечит требуемую ламинарность потока защитного газа на выходе цилиндрически гнутой пластины с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6. Далее инертный газ поступает в средний слой, где подпотоки инертного газа повторно разбиваются. Использование в среднем слое ячеек 0,025×0,025 мм обосновывается тем, что: меньший размер ячейки повышает до недопустимого значения давление внутри камеры накладки образованной боковыми 7 и торцевыми 8 уплотнителями; больший размер ячейки не обеспечит требую ламинарность потока защитного газа на выходе цилиндрически гнутой пластины с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6. Далее инертный газ в виде ламинарных потоков поступает в нижний слой, в нижнем слое вновь происходит формирование подпотоков защитного газа за счет наличия перфорации. Формируемый, при этом, каждый подпоток защитного газа сам по себе будет являться ламинарным за счет того, что защитный газ предварительно прошел через верхний и средний слои. Необходимость наличия нижнего слоя обосновывается тем, что на выходе цилиндрически гнутой пластины с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6 необходимо иметь несколько ламинарных подпотоков с увеличенным давлением для заполнения всего пространства с учетом образованных боковыми уплотнителями 7 уширений. Использование в нижнем слое перфорации с размером ячеек и шагом между ячейками от Rv 0,5-1,0 мм до Rv 0,8-1,5 мм обосновывается тем, что: меньший размер ячейки повышает до недопустимого значения давления внутри камеры накладки образованной боковыми 7 и торцевыми 8 уплотнителями; больший размер ячейки не обеспечит необходимое значение давления внутри камеры накладки требуемое для равномерного распределения защитного ламинарного потока газа с учетом наличий уширений боковых уплотнителей 7. Таким образом, заявленное решение обеспечивает повышение ламинарности потока защитного газа при осуществлении процесса сварки кольцевых швов на поверхностях из титана или титанового сплава за счет конструкционных особенностей обеспечивающих прилегание накладки к скругленным поверхностям, а также за счет наличия цилиндрически гнутой пластины с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6, смонтированных в пазах на нижних гранях внешних стенок алюминиевых профилей 1 с образованием уширения в месте соприкосновения боковых уплотнителей 7 с поверхностью из титана или титанового сплава, на которой находится стыковое соединение для кольцевого сварного шва. Также заявленный технический результат достигается благодаря наличию торцевого уплотнителя 8, который помимо того, что обеспечивает замкнутое с трех сторон пространство под цилиндрически гнутой пластиной с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6, также обеспечивает однонаправленность движения потоков защитного газа в сторону дуговой канавки и места сварки.
Пример достижения технического результата.
Заявителем в 2022 году были разработаны опытные и промышленные образцы заявленного устройства. В частности, вариант технического решения, используемый для сварки кольцевых швов, показан на фиг 2-3. Опытная эксплуатация заявленного устройства подтвердила заявленный технический результат, за время проведения опытной эксплуатации и тестирования, ни разу не возникло случая, когда на выходе цилиндрически гнутой пластины с двухслойной сеткой и перфорированным листом 6 образовался бы неламинарный (турбулентный) поток.
Заявленное устройство изготавливается на предприятии изготовителе и является единым изделием, состоящим их механически соединенных функциональных элементов.