УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ПРИСАДОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ ПРИ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКЕ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ, УСТАНОВКА ДЛЯ АРГОНОДУГОВОЙ СВАРКИ

Устройство для подачи присадочной проволоки при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом, установка для аргонодуговой сварки.
Изобретение относится к области сварочного оборудования и может быть использовано для дуговой сварки неплавящимся электродом с подачей присадочной проволоки.
Известны способы и установки для аргонодуговой сварки, в которых присадочная проволока подается либо вручную, либо автоматически.
При ручной подаче присадочной проволоки сварщик вручную контролирует перемещение сварочной горелки и подачу проволоки. Ручная подача присадочной проволоки является самым распространенным способом и широко применяется в различных отраслях промышленности. Основными недостатками ручной подачи является низкая скорость формирования валика шва, невысокий коэффициент наплавки, малая производительность процесса. Крупнокапельный перенос материала присадочной проволоки, повышенный нагрев материалов в зоне сварки и затруднительность сварки горизонтальных швов сверху вниз и ряд других недостатков также свойственны ручному способу.
Однако, при сварке в ручном режиме обеспечивается универсальность применения, возможность достижения высокого качества исполнения сварного соединения при соответствующей квалификации сварщика.
При автоматической аргонодуговой сварке горелка и присадочная проволока перемещаются без участия сварщика. При этом используются, соответственно, устройство с автоматической подачей присадочной проволоки.
Автоматическая сварка применяется, в основном, в случаях непрерывного кольцеобразного сварного соединения с большим коэффициентом заполнения. Применение автоматической сварки на относительно небольших участках затруднительно в силу сложности организации старт-стопного процесса, обусловленного необходимостью дополнительной синхронизации подачи/отключения газа, проволоки и напряжения в зону сварки.
Известно устройство для автоматической подачи присадочной проволоки при дуговой сварке неплавящимся электродом по патенту RU 2074071. Известное устройство содержит корпус с установленным в нем механизмом непрерывной подачи проволоки, включающим электропривод, направляющие ролики, гибкую оболочку для подачи проволоки и цилиндрический корпус с наконечником, жестко закрепленный на кронштейне. При этом, устройство снабжено механизмом возвратно-поступательного перемещения проволоки, состоящим из электродвигателя, редуктора, закрепленного на его валу кулачка, подпружиненного рычага и обоймы, при этом один конец рычага снабжен роликом, взаимодействующим с кулачком, а другой соединен с обоймой, установленной в цилиндрическом корпусе с возможностью продольного перемещения и связанной с гибким шлангом.
В известном устройстве механизм возвратно-поступательного перемещения проволоки связан с наконечником, через который проходит проволока, который осуществляет возвратно-поступательного перемещения, тем самым обеспечивая непрерывную подачу проволоки и ее возвратно-поступательное перемещение.
Указанное устройство может быть использовано с различными сварочными горелками, так как конструктивно не связано со сварочной горелкой.
Однако, в результате того, что возвратно-поступательное перемещение проволоки осуществляется путем возвратно-поступательного перемещения наконечника на конце оболочки, через который проходит проволока, требуется специальное жесткое крепление наконечника с оболочкой протяжки проволоки на неподвижном приспособлении (кронштейне), что усложняет конструкцию устройства для протяжки проволоки.
При этом известное устройство может быть использовано только в автоматическом режиме сварки, так как сварщик не может удержать в руке наконечник, осуществляющий возвратно-поступательное перемещение, что снижает эксплуатационные характеристики известного устройства.
Известна установка для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом и устройство для автоматической подачи присадочной проволоки при дуговой сварке неплавящимся электродом по патенту ЕР1080818.
Известная установка содержит сварочную горелку, конструктивно соединенную с устройством для автоматической подачи присадочной проволоки. В известной установке, устройство для автоматической подачи присадочной проволоки обеспечивает непрерывную протяжку сварочной проволоки, при котором сварочная проволока совершает маятниковое (возвратно-поступательное) движение. Устройство для автоматической подачи присадочной проволоки содержит корпус, в котором зафиксировано устройство протяжки и приводной мотор устройства протяжки, Корпус закреплен неподвижно на направляющих салазках, которые соединены с отдельным приводным мотором посредством эксцентрика и приводного штока. Указанный приводной мотор приводит направляющие салазки в линейное возвратно-поступательное движение. Оболочка для протяжки проволоки конструктивно соединена со сварочной горелкой, а именно, конец оболочки неразъемно закреплен в корпусе сварочной горелки.
В указанном устройстве возвратно-поступательное перемещение осуществляет непосредственно проволока в оболочке протяжки, что упрощает конструкцию устройства.
Однако, поскольку оболочка протяжки проволоки проходит через сварочную горелку, данное устройство для подачи проволоки может быть использовано только в составе описанной установки для сварки, предусматривающей неразъемное крепление конца оболочки в корпусе сварочной горелке, которая должна при этом иметь специальную конструкцию, приспособленную для устройства протяжки проволоки.
При этом, известные установка для сварки и устройство для подачи проволоки могут быть использованы только в полуавтоматическом режиме сварки, так как конец оболочки протяжки проходит через корпус сварочной горелки, что снижает эксплуатационные характеристики известных установки и устройства подачи проволоки.
В основу настоящей полезной модели положена задача создать такое устройство для подачи проволоки, которое бы обеспечивало при ручном режиме аргонодуговой сварки механизированную протяжку проволоки с возвратно-поступательным перемещением, с тем, чтобы повысить производительность и качество сварки при ручном режиме сварки, а также обеспечить возможность использования устройства в полуавтоматическом или автоматическом режимах, а также создать установку для аргонодуговой сварки, позволяющую осуществлять сварку как в ручном, так и а полуавтоматическом или автоматическом режимах.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для подачи присадочной проволоки при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом, содержащем узел протяжки присадочной проволоки, механизм возвратно-поступательного перемещения указанного узла протяжки, гибкую оболочку, соединенную с одного конца с узлом протяжки проволоки с возможностью пропуска проволоки с возвратно-поступательным ее перемещением вдоль указанной гибкой оболочки, согласно предлагаемому решению, устройство снабжено жестким наконечником на втором, свободном, конце гибкой оболочки.
В предлагаемом устройстве протяжки проволоки отсутствует постоянная конструктивная связь между неплавящимся электродом и проволокой, а именно между корпусом сварочной горелки и концевым участком гибкой оболочки устройства подачи проволоки, что позволяет использовать устройство подачи проволоки в качестве самостоятельного устройства в ручном режиме сварки с разными видами сварочных горелок, когда сварщик рукой перемещает концевой участок проволоки отдельно от электрода. Использование предлагаемого устройства при ручном режиме сварки возможно также благодаря тому, что присадочная проволока перемещается в оболочке, которая при этом не испытывает колебательных движений.
При этом, механизированная протяжка проволоки с возвратно-поступательным перемещением позволяет в ручном режиме сварки повысить общую производительность сварочного процесса за счет преимуществ, получаемых в основном и вспомогательном процессах сварки.
Наличие жесткого наконечника обеспечивает возможность удержания сварщиком в руке оболочки с присадочной проволокой, подаваемой в зону сварки с механизированным возвратно-поступательным перемещением по оболочке и через наконечник.
Преимущества по видам процесса состоят в следующем:
Основной сварочный процесс
- Высокая скорость наложения сварного валика, сокращение технологического времени
- Отсутствие необходимости удаления шлаков между валиками
- Меньший нагрев горелки, что позволяет применить более жесткий режим без ухудшения параметров энергетики сварочного процесса
- Исключение вспомогательных материалов, защищающих от брызг
- Отсутствие переделок после контроля за счет высокой стабильности и качества шва
- Уменьшение отходов за счет непрерывной подачи
- Снижение расхода защитного газа
- Динамический процесс улучшает показатели приведенной энергии, исключается перегрев соединяемых материалов
Подготовительные и заключительные операции
- Увеличение допустимых зазоров, упрощение предварительной сборки,
- Инвариантность в части положения сварного шва, отсутствие промежуточных перемещений
- Менее строгие требования к углам разделки, удешевление подготовительных работ
- Отсутствие операций по удаления брызг, шлака
Снижение требований к квалификации персонала
Для удобства удержания наконечника рукой сварщика целесообразно, чтобы он имел внешний диаметр от 8 до 10 мм и длину от 50 до 100 мм.
Экспериментально авторами выявлено, что при диаметре наконечника менее 8 мм ограничивает функциональные характеристики устройства по возможной толщине проволоки, а также при диаметре наконечника менее 8 мм и длине менее 50 мм держать наконечник неудобно, то есть такое устройство будет характеризоваться низкими эксплуатационными характеристиками. Увеличение диаметра более 10 мм затрудняет работу с таким наконечником, а также является нерациональным, так как приводит к увеличению веса устройства. Увеличение длины наконечника более 100 мм нерационально, так как приводит к увеличению веса наконечника и не влияет на улучшение эксплуатационных характеристик.
Целесообразно, чтобы жесткий наконечник содержал жесткий корпус с цилиндрическим каналом и сужающимся концом для пропуска присадочной проволоки, при этом конец гибкий оболочки установлен в указанном канале корпуса.
Такое выполнение жесткого наконечника является технологичным. Корпус наконечника может быть выполнен достаточно эргономичным, например, цилиндрической формы и содержать резиновую насадку для удобства его удержания.
Целесообразно, чтобы устройство содержало средство разъемного соединения наконечника гибкой оболочки и сварочной горелки, используемой в сварочном процессе, выполненное с возможностью подачи присадочной проволоки и неплавящегося электрода в заданном положении друг относительно друга.
Наличие указанного средства разъемного соединения обеспечивает возможность использования предлагаемого устройства также в полуавтоматическом режиме, когда наконечник, через который подается проволока в зону сварки, закреплен на корпусе переносной сварочной горелки, которую удерживает сварщик в одной руке, одновременно осуществляя непрерывную возвратно-поступательную подачу присадочной проволоки и электрода в зону сварки, и, кроме того в автоматическом режиме при креплении наконечника к стационарно закрепленной горелке при организации автоматической или орбитальной сварки. При этом наличие жесткого наконечника позволяет использовать достаточно простую конструкцию средства крепления.
В одном из вариантов выполнения средство разъемного соединения содержит два элемента съемного крепления соответственно на корпусе сварочной горелки и на наконечнике гибкой оболочки, и соединительную часть между ними, соединяющую указанные элементы под углом друг к другу с возможностью изменения величины указанного угла.
Известно, что при аргонодуговой сварке электрод и присадочная проволока должны быть установлены с заданным зазором и углом друг относительно друг друга, как описано, например, в патенте RU 2074071. Предлагаемое средство разъемного соединения позволяет изменять, в зависимости от задач сварки, как зазор так и угол между электродом и присадочной проволокой.
Согласно оному из простых вариантов выполнения средства разъемного соединения элементы съемного крепления выполнены в виде проушин, надеваемых, соответственно, на корпус горелки и наконечник устройства, при этом оси вращения отверстий проушин расположены под заданным углом друг относительно друга. В предпочтительном варианте на внутренней поверхности отверстий проушин выполнена винтовая нарезка, при этом на корпусе наконечника выполнена ответная винтовая нарезка.
Проушины являются известными крепежными средствами, обеспечивающими легко осуществляемое разборное крепление деталей.
Согласно одному из вариантов соединительная часть выполнена виде упругой пластины, изогнутой под заданным углом с возможностью изменения угла изгиба.
Благодаря тому, что пластина выполнена упругой, возможно изменение угла между осями отверстий проушин в некотором диапазоне. Такое выполнение обеспечивает простоту конструкции средства соединения (далее именуемое также как крепежное средство).
Согласно другому варианту соединительная часть выполнена в виде двух стержней, соединенных между собой с возможностью изменения угла между ними.
Такое выполнение позволяет изменять угол между осями отверстий проушин в большем диапазоне.
Для удобства работы в полуавтоматическом и автоматическом режимах, целесообразно наличие хотя бы двух обвязок для крепления гибкой оболочки к корпусу горелки.
Поставленная задача решается также тем, что в установке для аргонодуговой сварки, содержащей сварочную горелку с неплавящимся электродом и устройство для подачи присадочной проволоки, выполненное с возможностью непрерывной подачи проволоки с возвратно-поступательным перемещением, содержащее гибкую оболочку для пропуска присадочной проволоки с концевым участком для подачи проволоки в зону сварки в заданном положении относительно неплавящегося электрода, согласно предлагаемому решению, установка выполнена с возможностью разъемного соединения сварочной горелки и устройства для подачи присадочной проволоки.
Отсутствие конструктивной неразъемной связи между устройством протяжки проволоки, а именно его гибкой оболочки, и сварочной горелкой с электродом, позволяет использовать установку при сварке, как в ручном режиме так и автоматическом или полуавтоматическом. При этом, устройство для подачи присадочной проволоки может быть использовано с разными типами сварочных горелок.
Целесообразно, чтобы установка содержала средство съемного соединения, выполненное с возможностью съемного крепления на сварочной горелке и на устройстве для подачи присадочной проволоки с возможностью фиксации электрода и концевого участка гибкой оболочки в заданном положении друг относительно друга.
Наличие средства съемного соединения позволяет использовать предлагаемую установку, как при ручном режиме сварки, так и полуавтоматическом или автоматическом.
Целесообразно, чтобы концевой участок гибкой оболочки был выполнен в виде жесткого наконечника, содержащего корпус с сужающимся концом и цилиндрическим каналом внутри корпуса.
Наличие жесткого наконечника облегчает работу сварщика в ручном режиме сварки, а также облегчает разъемное соединение устройства протяжки и сварочной горелки.
В дальнейшем предполагаемая полезная модель будет более подробно раскрыта на примерах ее выполнения со ссылками на фигуры, на которых изображены:
Фиг.1 - схематично изображает устройство для подачи присадочной проволоки
Фиг.2 - схематично изображает сварочную горелку
Фиг.3 - вариант средства разъемного соединения
Фиг.4 - вариант средства разъемного соединения
Фиг.5 - средство разъемного соединения на Фиг.3, соединенное со сварочной горелкой и наконечником
Фиг.6 - устройство для подачи присадочной проволоки, соединенное со сварочной горелкой
Устройство 1 для подачи присадочной проволоки, показанное на Фиг.1, содержит бобину 11 с присадочной проволокой 12, узел 13 непрерывной протяжки проволоки, направляющие 14, соединенные через приводной шток с эксцентриковый механизм 15, гибкую оболочку 16. Один конец гибкой оболочки 16 соединен с узлом 13 непрерывной протяжки, от которого проволока пропускается вдоль оболочки 16, второй, остается свободным и может быть выполнен жестким, например с наконечником 17. Через указанный свободный конец оболочки 16 или наконечник 17 присадочная проволока 12 от узла 13 подается в зону сварки.
Узел 13 непрерывной протяжки проволоки 12 может быть выполнен известным образом, например, состоящим из четырех направляющих роликов 131, заключенных в корпусе 132, и электродвигателя (не показан), приводящего в действие направляющие ролики 131. Корпус 132 неподвижно установлен на направляющих 14, которым придают возвратно-поступательное перемещение приводным мотором (не показан) через эксцентриковый механизм 15. Направляющие 14, приводной мотор с эксцентриковым механизмом 15 образуют механизм возвратно-поступательного перемещения узла 13 непрерывной протяжки присадочной проволоки и, соответственно, возвратно-поступательное перемещение проволоки 12.
Гибкая оболочка 16 выполнена известным образом, и содержит, например неметаллический защитный слой, витую металлическую трубку, неметаллическую вставку, обеспечивающую повышенное скольжение проволоки в оболочке.
Жесткий наконечник 17 может быть выполнен, например, в виде съемного наконечника, содержащего корпус 171 с сужающимся концом 172. Внутри корпуса 171 выполнен цилиндрический канал 173, в который сверху входит конец гибкой оболочки 16, а через узкий конец 172 выходит присадочная проволока 12. Диаметр цилиндрического канала 173 наконечника 17 выбирается таким образом, чтобы гибкая оболочка 16 удерживалась в канале 173 силой трения.
Отсутствие неразъемной конструктивной связи между устройством подачи проволоки, а именно концом его гибкой оболочки, и сварочной горелкой с электродом, позволяет использовать предлагаемое устройство при сварке в ручном режиме, когда сварщик держит в руке и управляет свободным концевым участком гибкой оболочки, через который в зону сварки подается присадочная проволока.
Наличие жесткого наконечника 17 обеспечивает ручное удержание и управление свободным концом гибкой оболочки.
Благодаря тому, что присадочная проволока при постоянной подаче совершает возвратно-поступательное перемещение непосредственно внутри оболочки 16 и жесткого наконечника 17, наконечник 17 не перемещается вместе с проволокой 12, и, соответственно, отсутствует необходимость жесткого крепления оболочки 16 с наконечником 17 на неподвижной опоре, что позволяет использовать указанное устройство подачи проволоки при сварке в ручном режиме.
При этом, поскольку присадочная проволока подается непрерывно от бобины 11, можно выполнить практически любой по длине шов без прерывания режима.
Кроме того, автоматическое возвратно-поступательное движение проволоки при ручном режиме сварки обеспечивает более равномерное распределение металла в сварочной ванне, увеличение коэффициента наплавки и стабильность скорости наложения шва, повышая эффективность процесса в целом.
Наконечник 17 может быть выполнен из любого, достаточно жесткого материала, например, металла, пластмассы и пр.
Для облегчения удержания жесткого наконечника 17 в руке, в предпочтительном варианте, наконечник 7 выполнен в форме цилиндра с внешним диаметром от 8 до 10 мм и длиной от 50 до 100 мм. Возможно использование резиновой или каучуковой насадки (не показан) на наконечнике для удобства его удержания.
Также, благодаря тому, что присадочная проволока подается через наконечник 17 в автоматическом режиме, возможно использование такого устройства 1 как в ручном, так и в полуавтоматическом или автоматическом режимах.
С целью обеспечения использования описанного устройства 1 подачи проволоки в полуавтоматическом или автоматическом режимах, устройство снабжено средством 2 разъемного соединения указанного устройства подачи проволоки и сварочной горелки, используемой при сварке.
Широкое распространение при аргонодуговой сварке получили промышленно выпускаемые сварочные горелки разных производителей с воздушным или жидкостным охлаждением, стандартизованные в соответствии со стандартом EN 60-974, например типа SRT или TS.
На Фиг.2 схематично изображена типовая сварочная горелка 3, содержащая корпус 31 с соплом 32, через который проходит неплавящийся электрод 33. Сопло 32 и корпус 31 имеют винтовое соединение (не показано). Сварочная горелка силовым кабелем 34 соединена со сварочным инвертором (не показано).
Средство 2 (Фиг.3, Фиг.4) разъемного соединения содержит два элемента 21 съемного крепления соответственно на корпусе 31 сварочной горелки 3 и на наконечнике 17 устройства 1 подачи проволоки, и соединительную часть 22 между ними, соединяющую элементы 21 под углом друг к другу с возможностью изменения величины указанного угла.
Каждый элемент 21 съемного крепления может быть выполнен, например, в виде проушины 21, предпочтительно с винтовой резьбой на внутренней поверхности отверстия 211 проушины 21. Одна проушина 21 имеют диаметр отверстия 211, соответствующий диаметру корпуса 31 горелки 3 в месте резьбового соединения с соплом 32, а отверстие 211 второй проушины 21 имеет диаметр, соответствующий внешнему диаметру цилиндрической части наконечника 17, так чтобы проушины 21 одевались, соответственно, на корпус 31 горелки 3 и наконечник 17 устройства 1. При этом оси вращения отверстий проушин 21 размещены под заданным углом.
Возможно иное выполнение элементов съемного крепления, например, в виде разъемных втулок, хомутов и пр.
Соединительная часть 22 в одном из вариантов, показанном на Фиг.3, выполнена, например, в виде гнутой упругой пластины, изготовленной совместно с элементами 21. Благодаря тому, что пластина выполнена упругой, возможно изменение угла изгиба 221 и, соответственно, угла между осями отверстий проушин 21 в некотором диапазоне. Такое выполнение обеспечивает простоту конструкции крепежного средства.
Также возможно выполнение соединительной части 22, состоящей из двух стержней 222 (Фиг.4), каждый из которых выполнен за одно целое с соответствующей проушиной 21, при этом концы стержней 222 соединены с возможностью изменения угла между продольными осями стержней, например, посредством болтового соединения 223.
Такое выполнение позволяет изменять угол между осями отверстий проушин в большем диапазоне.
В вариантах выполнения, показанных на Фиг.3 и Фиг.4, длина участков соединительной части 22 от обеих проушин 21 до изгиба 221 или длина стержней 222 до соединения одинаковая, однако, при решении специальных задач соотношения длин указанных участков может меняться.
На Фиг.5 показано крепление разъемного средства 2 соединения со сварочной горелкой 3 и устройством 1 подачи проволоки.
Одну проушину 21 навинчивают на резьбу, имеющуюся на корпусе на корпусе 31 сварочной горелки 3 перед соплом 32, которое навинчивают на корпус следом за проушиной 21, закрепляя ее.
Вторую проушину 21 навинчивают на резьбовую часть наконечника 17, закрепляя ее двумя гайками 23 с двух сторон.
При этом средство 2 разъемного соединения выполняют таким образом, чтобы, в зависимости от задач сварки, обеспечить расстояние между электродом 33 и проволокой 12, выходящей из наконечника 17 от 1 до 4 мм и угол между их продольными осями 130°-140°. Параметры средства 2 крепления могут быть определены известными расчетами и/или экспериментальным путем.
Например, для наиболее типовых видов сварочных горелок средство 2 разъемного соединения, в предпочтительном варианте, имеет следующие параметры: диаметр отверстий проушин 21: для корпуса 31 горелки 3 - 20-25 мм, для наконечника 17 - 8-10 мм, длина соединительной части 22 от проушины 21 до изгиба 221 - (24 - 30) мм, угол между продольными осями участков соединительной части 22 или между стержнями 222 (угол изгиба) - 130°-140°.
Для удобства работы гибкая оболочка 16 устройства 1 подачи дополнительно крепится к корпусу 31 сварочной горелки 3 обвязочными элементами 24, например лентами на липучках.
Сварочная горелка 3 и устройство 1 подачи проволоки, соединенные посредством средства 2 разъемного соединения образуют сварочную установку (Фиг.6), которая обеспечивает сварку в полуавтоматическом режиме сварки, когда используется ручная сварочная горелка, или в автоматическом режиме при использовании стационарно закрепленной сварочной горелки. Возможность изменения угла между осями проушин 21 средства 2 соединения позволяет настраивать устройство под разные задачи сварки, в частности для соединения двух различных материалов.
Кроме того, предлагаемая сварочная установка может быть использована при сварке в ручном режиме, когда устройство подачи и сварочная горелка не соединены между собой.
Устройство для подачи проволоки может быть использовано с различными типами сварочных горелок, как при ручном режиме, так и в полуавтоматическом или автоматическом режимах сварки, что расширяет функциональные характеристики устройства подачи проволоки.
Процесс сварки, как в ручном, так и в полуавтоматическом или автоматическом режимах с помощью предлагаемого устройства и/или установки осуществляется известным образом.