Шаблон сварщика

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к механическим средствам измерения размеров и может быть использована сварщиками, монтажниками или другими специалистами, выполняющими сварочно-монтажные работы.
Из уровня техники известен шаблон для измерения геометрических размеров сварных швов соединений (патент RU 2032140 C1 опубликован: 27.03.1995), содержащий корпус с базовыми и рабочими элементами и подвижный элемент, у которого корпус выполнен в виде прямоугольной пластины, рабочие элементы расположены в вершинах пластины и выполнены в виде прямоугольных выемок, предназначенных для замера катета сварного шва соединения и расположенных на поперечных торцах пластины под углом к прямоугольным выемкам и под прямым углом одна к другой дополнительных выемок, предназначенных для измерения ширины сварных швов, подвижный элемент выполнен в виде шарнирно установленной заподлицо в одной из прямоугольных выемок пластины, боковая поверхность которой представляет собой параллелограмм, две смежные кромки которого предназначены для измерения угла наклона сварного шва, а две другие являются фиксирующими, предназначенными для ограничения ее поворота, базовыми элементами являются продольные грани пластины, на которые нанесены шкалы, предназначенные для измерения длины сварных швов, а на поверхности оснований прямоугольной пластины нанесены шкалы информационных характеристик швов свариваемых соединений.
Шаблон предназначен для измерения практически всех геометрических размеров швов, включая угол наклона шва, но не позволяет измерять смещение свариваемых поверхностей относительно друг друга.
Известен шаблон универсальный сварочный шаблон (патент RU 195821 U1 опубликован: 06.02.2020 Бюл. № 4), характеризующийся тем, что содержит две полки, образующие угольник, внутренний угол которого составляет 90°; первая полка содержит внешнюю и внутреннюю опорные поверхности, расположенные параллельно друг другу, а также боковые поверхности, смыкающиеся с опорными поверхностями по их длинным сторонам и расположенные перпендикулярно опорным поверхностям; вторая полка содержит внешнюю и внутреннюю измерительные поверхности, расположенные параллельно друг другу, а также боковые поверхности, смыкающиеся с измерительными поверхностями по их длинным сторонам и расположенные перпендикулярно измерительным поверхностям; внутренний угол угольника образован внутренней опорной поверхностью первой полки и внутренней измерительной поверхностью второй полки; толщина первой полки, соответствующая расстоянию между боковыми поверхностями первой полки, превышает толщину второй полки, соответствующую расстоянию между боковыми поверхностями второй полки, при этом полки соединены таким образом, что боковые поверхности второй полки расположены между плоскостями, проходящими через боковые поверхности первой полки; ширина первой полки, соответствующая расстоянию между ее опорными поверхностями, составляет 28 мм, а ширина второй полки, соответствующая расстоянию между ее измерительными поверхностями, составляет 22 мм; со стороны внешней измерительной поверхности второй полки выполнен дополнительный элемент в виде выступа, расположенного оппозитно первой полке, при этом поверхность выступа со стороны наружной опорной поверхности первой полки расположена ближе к плоскости внутренней опорной поверхности первой полки, чем указанная выше наружная опорная поверхность; длина выступа составляет не менее 30 мм.
Шаблон обеспечивает контроль косины реза перед сваркой и возможность выполнения оценки ширины сварочного зазора. Для замера косины реза величину зазора измеряют с помощью набора щупов, которые конструктивно представляют собой выступ, например, в виде игольчатого щупа или измерительного клина L, которые в процессе эксплуатации подвергаются заломам, изгибам или могут сломаться, т.е. такой шаблон ненадежен в эксплуатации. Кроме того, этот шаблон не позволяет измерить смещение свариваемых поверхностей относительно друг друга.
Известен универсальный шаблон сварщика (патент RU 53767 U1, опубликован: 27.05.2006 Бюл. № 15), содержащий корпус в виде прямоугольной пластины, продольные грани которой являются верхней и нижней базовыми поверхностями, имеющей сквозные проточки для калибровки электродов, снабженной лицевым основанием с отсчетными шкалами и оборотным основанием, и подвижный элемент, при этом пластина выполнена с боковыми базовыми поверхностями и содержит уступ, образующий торцевую грань, подвижный элемент закреплен на пластине с возможностью свободного перемещения и выполнен, например, в виде движка, содержащего базовую поверхность, измерительный указатель, клин и отсчетную шкалу для измерения величины зазора в соединении при сопряжении клина с зазором, на лицевом основании нанесена двунаправленная вертикальная отсчетная шкала, ответная траектории движка, с нанесенными штрихами слева и справа от нулевого значения, для измерения высоты усиления шва при сопряжении нижней базовой поверхности с поверхностью изделия и измерительного указателя движка с вершиной шва и снятии показаний по штрихам слева от нулевого значения на этой шкале против риски на движке и для измерения превышения кромок, глубины дефектов (вмятин, забоин) и глубины разделки шва до корневого слоя при сопряжении нижней базовой поверхности с поверхностью изделия и измерительного указателя движка с контролируемой поверхностью изделия и снятии показаний по штрихам справа от нулевого значения на этой шкале против риски на движке, на лицевом основании в нижней его части нанесена горизонтальная отсчетная шкала для измерения притупления кромок и ширины шва при сопряжении границы шва с торцевой гранью и установке отсчетной шкалы перпендикулярно оси шва, на лицевом основании в верхней его части нанесена угловая отсчетная шкала для измерения угла скоса кромки при сопряжении верхней базовой поверхности с поверхностью изделия и базовой поверхности движка с кромкой изделия и снятии показаний по штрихам на этой шкале, на оборотном основании нанесена линейная отсчетная шкала и закреплено устройство, например, в виде наконечника, с нанесенными на нем левой и правой рисками относительно последней шкалы, для измерения рабочей толщины углового шва при сопряжении двух из боковых базовых поверхностей, выполненных со скосами, с угловыми поверхностями изделия и наконечника с вершиной шва и снятии показаний по штрихам этой шкалы против правой риски наконечника, а также для измерения высоты усиления шва при сопряжении двух других боковых базовых поверхностей с поверхностями изделия и наконечника с вершиной шва и снятии показаний по штрихам этой шкалы против левой риски наконечника, при этом последняя шкала имеет диапазон величин, отличный от диапазона их на двунаправленной вертикальной отсчетной шкале при проведении тех же измерений, кроме того, в верхней части пластины выполнены пазы для калибровки электродов и нанесены цифровые обозначения величин их диаметров.
Универсальный шаблон сварщика (УШС) обеспечивает расширение функциональных возможностей, но измерение смещения свариваемых поверхностей, например, кромок труб с надетым поверх центратором звенным затруднительно, т.к. длина УШС превышает расстояние между параллельными звеньями центратора наружного, поэтому УШС прикладывают наклонно с заходом одним его концом на звено центратора (т.е. под наклоном), поэтому измерение имеет некоторую погрешность, определяемую глазомером сварщика. Измерение величины зазора в соединении осуществляют по отсчетной шкале на подвижном элементе в виде движка с измерительным указателем. Движок с измерительным элементом выполнен как дополнительный элемент, закрепленный на поверхности УШС с помощью винтового соединения, и в процессе эксплуатации подвержен изгибам, заломам, а кончик измерительного элемента стачивается (стирается), что приводит к неточности измерения или физической поломке, следовательно, такой УШС является ненадёжным.
Несмотря кажущуюся простоту известных универсальных шаблонов для сварщиков, каждый из них имеет недостаток, например, дополнительные элементы - движок, клин или размер шаблона, превышающий расстояние области проверки, вследствие которых использование ненадежно, неудобно, что приводит к увеличению времени подготовки и проведению сварочно-монтажных работ.
Техническая проблема заключается в расширении арсенала существующих шаблонов сварщиков, обеспечивающих контроль скоса кромки свариваемой поверхности, измерение смещения свариваемых поверхностей относительно друг друга, измерение зазора и контроль угла, между свариваемыми поверхностями.
Технический результат - создание шаблона сварщика, представляющего собой одно простое в изготовлении и использовании надежное устройство, обеспечивающее контроль и измерение основных характеристик элементов разделки под сварной шов, при этом имеющее заданный размер под соответствующие условия работы.
Технический результат обеспечивает шаблон сварщика, образованный двумя сопряженными планками, одна из которых имеет форму неправильного многоугольника, образованного верхним, одним боковым, нижним ребрами, которые между собой соединены под прямым углом, вторым боковым ребром, которое соединено с нижним ребром с образованием острого угла и с верхним ребром с образованием тупого угла, при этом нижнее ребро содержит прямой участок и криволинейный участок, на котором нанесена градуировочная шкала, а другая планка имеет форму прямоугольной трапеции, образованной верхним, боковым, нижним ребрами, которые между собой соединены под прямым углом, наклонным ребром, которое соединено с нижним ребром с образованием острого угла и с верхним ребром с образованием тупого угла, при этом на планке, имеющей форму прямоугольной трапеции, выполнены сегментные уступы с изменяемой шириной торцевой части, на которые нанесена градуировочная шкала.
Сопряженные планки шаблона сварщика могут быть выполнены в виде единой цельной детали.
Сопряженные планки шаблона сварщика могут быть жестко скреплены между собой сваркой, или склеены, или термически спаяны.
Шаблон сварщика может быть выполнен из металла, или из пластика, или из композитных материалов.
Задняя поверхность планки, имеющей форму прямоугольной трапеции, выполнена ровной.
Задняя поверхность планки, имеющей форму прямоугольной трапеции, выполнена с зеркально расположенными сегментными уступами и градуировочной шкалой.
Предложенный шаблон сварщика поясняют чертежи:
фиг. 1 - вид спереди планки в форме неправильного многоугольника и планки в форме прямоугольной трапеции шаблона сварщика;
фиг. 2 -шаблона сварщика, вид спереди;
фиг. 3 - шаблона сварщика, общий вид;
фиг. 4 - шаблон сварщика, вид с торца;
фиг. 5 - шаблон сварщика - контроль угла скоса кромки;
фиг. 6 - шаблон сварщика - измерение смещения свариваемых поверхностей;
фиг. 7 - шаблон сварщика - измерение зазора между свариваемыми поверхностями;
фиг. 8 - шаблон сварщика - контроль угла между кромками свариваемых поверхностей.
Шаблон сварщика (фиг. 1-8) образован двумя сопряженными планками 1, 2 (фиг. 1-3), одна из которых имеет форму неправильного многоугольника, а другая форму - прямоугольной трапеции. Указанные планки 1, 2 могут быть выполнены в виде единой цельной детали или могут быть жестко скреплены между собой, например, сваркой, склеены, термически спаяны или другими доступными средствами. Предложенный шаблон для сварки может быть выполнен с заданными размерами из любого материала, например, изготовлен на фрезерном станке из металла, на 3D принтере из пластика или выточен из композитных материалов.
Планка 1 (фиг.1, 2) в форме неправильного многоугольника образована соединяющимися между собой под прямым углом верхним 3, боковым 4, нижним 5 ребрами, при этом нижнее 5 ребро, имеет прямой участок и криволинейный (скошенный) участок.
Нижнее 5 ребро, имеющее прямой участок и криволинейный (скошенный) участок, соединено со вторым боковым 6 ребром и образует острый A угол, соответствующий размеру угла, образующегося при соединении (стыковке) двух кромок 15 и 17 свариваемых поверхностей 14 и 16 соответственно, а второе боковое 6 ребро соединено с верхним 3 ребром и образует тупой угол (на фиг. не обозначен). Острый A угол может быть 30°, или 45°, или 60°, или другого типоразмера, соответствующего выполняемой технологии сварки поверхностей. На криволинейном (скошенном) участке нижнего 5 ребра нанесена градуировочная шкала 7, которая соответствует вертикальному смещению L (фиг. 6) относительно друг друга кромок 15 и 17 свариваемых поверхностей 14 и 16. Криволинейный участок нижнего 5 ребра математически рассчитан так, что условно проведенная проекция вертикального смещения L свариваемых поверхностей 14 и 16 соответствует делениям на градуировочной шкале 7. Диапазон градуировочной шкалы 7 может быть любым с любым шагом, в зависимости от размера допустимых смещений выполняемой технологии сварки поверхностей, например, в диапазоне от 0 до 4 мм с шагом 0,5 мм, что соответствует допустимому диапазону при сварке труб.
Планка 2 (фиг. 1,2) в форме прямоугольной трапеции, образована верхним 8, боковым 9, нижним 10 ребрами, соединяющимися между собой под прямым углом, и наклонным 11 ребром, соединяющимся с верхним 8 ребром с образованием тупого B угла и с нижним 10 ребром с образованием острого C угла.
Планка 2 своими нижним 10 ребром сопряжена с верхним 3 ребром планки 1, при этом боковое 4 ребро планки 1 и боковое 9 ребро планки 2 расположены на одной прямой линии, а наклонное 11 ребро планки 2 при сопряжении с верхним 3 ребром планки 1 образует внешний угол X, соответствующий углу скоса кромки свариваемой поверхности, например, трубы, при этом размер угла Y скоса кромки свариваемой поверхности 14 или 16, например, трубы может быть в диапазоне от 90° до 175° в зависимости от формы разделки скоса кромки. Наиболее часто используемый размер угла Y скоса кромки свариваемой поверхности 14 или 16, например, трубы равен 120°, соответственно предложенный шаблон изготавливают так, чтобы внешний угол X, образующийся при сопряжении наклонного 11 ребра планки 2 и участка верхнего 4 ребра планки 1 был равен 120°, но при необходимости может быть иным.
На планке 2 в форме прямоугольной трапеции выполнены сегментные уступы 12 (фиг. 7) с изменяемой шириной S (фиг. 4) торцевой части, при этом диапазон изменения ширины S может быть любым с любом шагом, соответствующих ширине зазора между кромками свариваемых поверхностей согласно выполняемой технологии сварки. Наиболее используемый диапазон изменяемой ширины S сегментных уступов 12 от 3,5 до 2,0 мм с шагом 0,5 мм, что соответствует допустимой ширине S1 зазора между кромками свариваемых поверхностей 14 и 16, например, труб. На лицевой поверхности планки 2 нанесена градуировочная шкала 13 (фиг. 1), соответствующая изменяемой ширине S сегментных уступов 12. Задняя поверхность (на фиг. 4,7 позицией не обозначена) планки 2 может быть выполнена ровной или иметь зеркально расположенные сегментные уступы 12, согласующиеся с размером изменяемой ширины S торцевой части, и градуировочную шкалу 13.
Используют предложенный шаблон сварщика следующим образом.
Предложенный шаблон сварщика, например, для контроля скоса кромки (фиг. 5) свариваемой поверхности накладывают на подготовленную кромку 15 поверхности 14 для сварки, например, кромку торца трубы. Верхнее 3 ребро планки 1 располагают на свариваемой поверхности 14, например, на теле трубы, а наклонное 11 ребро планки 2 располагают на скосе кромки 15 свариваемой поверхности 14, например, на кромке торца трубы. Если указанные ребро 3 планки 1, наклонное 11 ребро планки 2 и их угол X прилегают плотно без каких-либо зазоров/просветов к свариваемой поверхности 14, кромке 15 и углу Y, значит скос кромки 15 свариваемой поверхности 14 имеет заданный размер угла и выполнен с требуемой точностью, в противном случае - скос кромки 15 свариваемой поверхности 14 имеет дефект и требует доработки. Тоже повторяют для второй свариваемой поверхности 16 со скосом кромки 17.
Измерение смещения L (фиг. 6) свариваемых поверхностей относительно друг друга проводят, когда две свариваемые поверхности 14 и 16 состыкованы для сварки. На одну свариваемую поверхность, например, свариваемую поверхность 14 устанавливают предложенный шаблон так, что планка 1 своим нижним 5 ребром с градуировочной шкалой 7 установлена на этой свариваемой поверхности 14, продвигают шаблон сварщика до соприкосновения с верхней точкой скоса кромки 17 второй свариваемой поверхности 16 и по градуировочной шкале 7 определяют размер смещения в миллиметрах свариваемых поверхностей 14 и 16 относительно друг друга.
Для измерения зазора F (фиг.7) между свариваемыми поверхностями 14 и 16 шаблон вводят планкой 2, имеющей форму прямоугольной трапеции с выполненными сегментными уступами 12 с изменяемой шириной S (фиг. 4) торцевой части, между свариваемыми поверхностями 14 и 16 до упора, и по градуировочной шкале 13 определяют величину зазора.
Для контроля угла Z (фиг. 8) между кромками свариваемых поверхностей 14 и 16 шаблон вводят углом A планки 1. Если нижнее 5 ребро и второе боковое 6 ребро планки 1 равно соприкасаются со скосами кромок 15 и 17 свариваемых поверхностей 14 и 16, значит стыковка свариваемых поверхностей 14 и 16 выполнена верно и скосы кромок 15 и 17 имеют требуемый размер, в противном случае - требуется доработка.
Т.о. созданный шаблон для сварщика представляет собой одно простое в изготовлении и использовании надежное устройство, имеющее заданный размер под соответствующие условия работы, расширяет арсенал существующих шаблонов сварщиков, обеспечивающих контроль скоса кромки свариваемой поверхности, измерение смещения свариваемых поверхностей относительно друг друга, измерение зазора и контроль угла, между свариваемыми поверхностями.
Пример
Предложенный шаблон выполнен цельным из листового алюминия на токарном станке и имеет следующие размеры. Планка 1 (фиг. 2) в форме неправильного многоугольника имеет одно боковое 4 ребро длиной 20 мм, верхнее 3 ребро длиной 65 мм, нижнее 5 ребро длиной 80 мм, соединяющиеся между собой под прямым углом, а также второе боковым 6 ребро длиной 18 мм, образующее с нижним 5 ребром угол A равный 60°. Планка 2 в форме прямоугольной трапеции имеет верхнее 8 ребро длиной 14 мм, одно боковое 9 ребро длиной 38 мм, нижнее 10 ребро длиной 37 мм, соединяющиеся между собой под прямым углом и второе боковое - оно же наклонное 11 ребро длиной 44 мм, соединяющееся с верхним 8 ребром с образованием тупого B угла равного 120° и с нижним 10 ребром с образованием острого C (фиг. 1) угла равного 60°. При сопряжении наклонного 11 ребра планки 2 с верхним 6 ребром планки 1 образован внешний угол X равный 120°.
Подготавливают и стыкуют для сварки две поверхности 14 и 16 (фиг. 5-8), одна из которых труба диаметром 720 мм, а другая - «катушка» диаметром 720 мм. Предложенным шаблоном контролируют (фиг. 5) разделку скоса кромки 15 свариваемой поверхности 14 (трубы). Верхнее 3 (фиг. 1, 2) ребро планки 1 установили на свариваемой поверхность 14 (на теле трубы), а наклонное 11 ребро планки 2 расположили на скосе кромки 15 свариваемой поверхности 14 (торец трубы), при этом верхнее 3 ребро планки 1 и наклонное 11 ребро планки 2, а также их угол X и угол Y свариваемой поверхности 14 прилегают плотно без каких-либо зазоров/просветов, следовательно, разделка кромки 15 свариваемой поверхности 14 (трубы) имеет угол 120° (заданный размер угла) и выполнена с требуемой точностью. При наложении предложенного шаблона на вторую свариваемую поверхность 16 («катушку») обнаружили зазор (на фиг 5-8 не показан) между углами X и Y (неплотное прилегание), следовательно, при разделке кромки 17 свариваемой поверхности 16 («катушки») допущена неточность и требуется доработка. После дополнительной обработки кромки 17 свариваемой поверхности 16 («катушки») проведен повторный контроль с помощью предложенного шаблона, который показал плотное прилегание без зазора (на фиг 5-8 не показан) планок 1 и 2 шаблона к кромке 17 свариваемой поверхности 16 («катушки») и к самой свариваемой поверхности 16 (тело «катушки»).
Далее на состыкованные свариваемые поверхности 14 и 16 (трубу и «катушку») надевают центратор звенный (на фиг. 1-8 не показан), расстояние N между параллельными звеньями 18 (фиг. 6) центратора равно 120 мм. Перед непосредственным выполнением сварки по всему периметру стыка измеряют величину смещения L свариваемых поверхностей 14 и 16 (трубы и «катушки») относительно друг друга. На одну свариваемую поверхность 14 установили предложенный шаблон, при этом планка 1 нижним 5 ребром с градуировочной шкалой 7 установлена на этой свариваемой поверхности 14 (на трубе), затем продвинули шаблон до соприкосновения с верхней точкой скоса кромки 17 второй свариваемой поверхности 16 («катушки») и по градуировочной шкале 7 определили, что размер смещения свариваемых поверхностей 14 (трубы) и 16 («катушки») относительно друг друга равен 3 мм, что соответствует допустимому смещению при сварке трубопровода. Повторили измерения смещения не менее чем в четырех точках, а также в местах видимых изменений, установили, что в двух точках измерения по периметру стыка свариваемых поверхностей 14 и 16 (трубы и «катушки») относительно друг друга смещение превышает 4 мм, что не допустимо. Выполнили дополнительное центрирование, провели повторное измерение смещения так, как описано выше, и убедились, что величина смещения по всему периметру стыка свариваемых поверхностей 14 и 16 относительно друг друга не превышает допустимых 3 мм. Т.к. нижнее 5 ребро планки 1 шаблона имеет длину 80 мм, а расстояние N между параллельными звеньями 18 центратора равно 120 мм (для справки: длина аналога УШС равна 130 мм), то предложенный шаблон для измерения смещения свариваемых поверхностей 14 (труба) и 16 (катушка) свободно помешается между параллельными звеньями 18 центратора, следовательно, измерение более точное, не затрудняет подготовку сварочных работ и в целом не увеличивает время выполнения ремонтных работ.
Для измерения зазора F (фиг.7) между свариваемыми поверхностями 14 (трубой) и 16 («катушкой») шаблон ввели верхним ребром 8 планки 2 (фиг. 1, 2), имеющей форму прямоугольной трапеции, на которой выполнены сегментные уступы 12 с изменяемой шириной S (фиг. 4) торцевой части от 2 мм до 3,5 мм до упора. По градуировочной шкале 13 определили величину зазора F=2,5 мм, что соответствует допустимой величине зазора.
В завершении выполнили контроль угла Z (фиг. 8) между состыкованными свариваемыми поверхностями 14 и 16. Шаблон ввели углом A планки 1, который равен 60°, между кромками 15 и 17 свариваемых поверхностей 14 и 16, при этом нижнее 5 ребро и второе боковое 6 ребро планки 1 соприкасаются равно со скосами кромок 15 и 17 свариваемых поверхностей 14 и 16, значит стыковка свариваемых поверхностей 14 и 16 выполнена с требуемой точностью.