УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СТЫКОВОЙ СВАРКИ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ ПОДОГРЕВОМ ИЗДЕЛИЙ КОЛЬЦЕВОГО ЗАМКНУТОГО ПРОФИЛЯ КОМПАКТНОГО СЕЧЕНИЯ
DEVICE FOR CONTACT BUTT-SEAM WELDING WITH PRE-HEATING OF PRODUCTS WITH ANNULAR CLOSED PROFILE OF COMPACT SECTION

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к устройствам для контактной стыковой сварки с предварительным подогревом изделий кольцевого замкнутого профиля компактного сечения.
Использование сварки заготовок в виде свальцованных полуколец для получения замкнутых изделий, таких как ободья колес, бандажи и т.д., из различных профилей алюминиевых, магниевых и титановых сплавов имеет большую экономическую выгоду, так как исключает затратные операции по механообработке заготовок. Однако применяемая в таких случаях контактная стыковая сварка непрерывным оплавлением требует строгого выполнения и воспроизводимости режимов сварки для получения точности сваренных деталей по диаметру, периметру, овальности, планшетности и т.д.
Брак при изготовлении таких изделий, особенно больших диаметров, практически не допустим, так как приводит к значительным затратам в случаях, когда бракованные изделия невозможно исправить раскаткой или обработкой резанием. Качество сварных швов во многом зависит от правильности установки заготовок с оптимальным вылетом их концов из губок машины и соответствующего выбора исходного расстояния между губками, определяемого линейными параметрами режима сварки:
Δисх=Δприп+Δопл+Δос+Δк,
где Δприп - выплавляемый припуск заготовки;
Δопл - припуск на оплавление;
Δос - припуск на осадку;
Δк - конечное расстояние между губками после осадки.
Известна машина К-393 для сварки бандажей диаметром больше 1200 мм (см., например, Н.С.Кабанов. «Сварка на контактных машинах». М.: «Высшая школа», 1979 г., стр.99) с использованием дополнительного, охватывающего по всему периметру свариваемое кольцо бандажа, который позволяет сваривать чистовые профили с высокой геометрической точностью (0,5-1 мм) по периметру и овальности. Однако такие машины и технология целесообразны для массового производства однотипных деталей и при изменении номенклатуры деталей требуется сложная перестройка машины со сменой дополнительного бандажа.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является машина для контактной стыковой сварки полос оплавлением (см. SU 1609576 А1, МПК В23K 11/04, 11/24, 30.11.90 г.), содержащая подвижную и неподвижную станины с установленными на них электродами, привод перемещения подвижной станины, а также датчик положения и скорости перемещения подвижной станины, механизм регулирования конечного расстояния с приводом и блоком управления, задатчик параметров свариваемых полос, дешифратор, блок заданий и блок ввода графиков перемещений подвижной станины, сумматор и блоки коррекции и вычисления величины осадки, что позволяет устранять влияние на величину осадки упругой деформации силовых элементов машины при осадке.
Недостатком известного устройства является необходимость проведения пробной сварки для определения фактической величины осадки и соответствующей корректировки ее на следующей сварке, что приводит к потерям металла заготовок и вызывает дополнительные материальные затраты.
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение качества сварного шва, увеличение производительности работы машины и простоты ее обслуживания, повышение точности настройки оптимальных параметров режима сварки и ограничение влияние субъективного фактора при настройке сварочных машин, получение готовых изделий с повышенной точностью по диаметру и периметру без применения дополнительных пробных сварок.
Технический результат обеспечивается тем, что при использовании устройства контактной стыковой сварки с предварительным подогревом изделий кольцевого замкнутого профиля компактного сечения, содержащего неподвижную и подвижную станины с зажимами и сварочными губками, соединенный с ними привод перемещения подвижной станины, выполненный в виде гидроцилиндра с регулятором скорости и гидрораспределителем осадки, датчик положения подвижной станины, датчики тока и измерения длины, связанные с системой программного управления процессом, включающей в себя программируемый контроллер, соединенный с исполнительными механизмами машины и блоками задачи исходного расстояния и вычисления размера укорочения заготовок перед оплавлением и осадкой, система управления дополнительно снабжена модулями измерения и передачи длины окружности полуколец, модулями приема и вычисления фактического размера укорочения заготовок при сварке первого стыка полуколец и модуля корректировки размера укорочения полуколец при сварке второго стыка. При этом датчик измерения длины заготовок установлен на неприводной тележке, снабженной двумя колесами, взаимодействующими своими ребордами с внешним ребром полуколец.
Устройство оснащено высокоточным датчиком, регистрирующим фактическое положение подвижной станины при ее движении, и системой управления, позволяющей останавливать станину в заданных позициях по показаниям упомянутого датчика. Система управления реализуется на базе программируемого контроллера и обеспечивает заложенный в его память не только алгоритм работы механизмов устройства как при установке заготовок в губках устройства, так и при обеспечении выплавления припуска заготовок, припусков на оплавление и осадку, но и пакет программ технологических режимов сварки с выбором оптимальных значений припусков на оплавление и осадку, конечных расстояний между губками после осадки в зависимости от сечения заготовок, к которым затем добавляется припуск на выплавление с учетом длины заготовок. Устройство снабжено многооборотным датчиком абсолютного положения для ручного измерения длины образующей поверхности заготовок, выполненным по принципу «вал-код» с закрепленным на валу непроскальзывающим колесом известного диаметра и снабженным кнопкой «начало/конец» измерения, а также кабелем связи с системой управления.
Заявляемое устройство для контактной стыковой сварки с предварительным подогревом изделий кольцевого замкнутого профиля компактного сечения иллюстрируются чертежами, на которых:
- на фиг.1 схематично показаны сварочное устройство и блок-схема системы управления;
- на фиг.2 приведена схема подготовки к установке полуколец перед сваркой первого стыка.
Устройство для контактной стыковой сварки с предварительным подогревом изделий кольцевого замкнутого профиля компактного сечения содержит неподвижную 1 и подвижную 2 станины с устройствами, оснащенными зажимными губками 3 и 4, в которых устанавливают и зажимают перед сваркой заготовки в виде полуколец 5 и 6. В ходе оплавления и осадки подвижная станина 2 перемещается гидравлическим цилиндром 7, корпус которого смонтирован на неподвижной станине 1, а шток соединен с подвижной станиной 2, цилиндр 7 управляется гидрораспределителем 8 пропорционального управления. Устройство оснащено сварочным трансформатором 9; датчиком линейных перемещений 10, связанным с подвижной 2 и неподвижной 1 станинами, который регистрирует фактическое положение подвижной станины 2 и посылает соответствующие сигналы в систему управления 11 машиной для остановки станины 2 в заданных точках и переключения скоростей перемещения на участке оплавления; датчиком температуры 12, который контролирует температуру подогрева и выдает сигнал в систему управления 11 на выключение трансформатора и отвод станины 2; датчиком тока 13, который фиксирует отсутствие тока при образовании зазора, дает команду на отсчет линейных параметров при появлении первого импульса тока в начале оплавления, а в момент превышения тока при оплавлении выдает команду на остановку подвижной станины. Система управления 11 реализована на базе программируемого контроллера и обеспечивает заложенный в его память алгоритм работы механизмов устройства как при установке заготовок 5, 6 в губках 3, 4, так и при обеспечении выплавления припуска заготовок, припусков на оплавление и осадку, имеет также в памяти пакет программ технологических режимов сварки с выбором оптимальных значений припусков на оплавление и осадку, конечных расстояний между губками 3, 4 после осадки в зависимости от сечения заготовок, к которым затем добавляется припуск на выплавление с учетом длины заготовок. Система управления 11 дополнительно снабжена модулями измерения 14 и передачи 15 длины окружности полуколец, модулями приема 16 и анализа 17 размера заготовок, модулем замера 18 укорочения заготовок при сварке первого стыка полуколец и модулем корректировки 19 размера укорочения полуколец при сварке второго стыка. Устройство снабжено многооборотным датчиком 20 абсолютного положения для ручного измерения длины образующей поверхности заготовок, выполненным по принципу «вал-код» с закрепленным на валу не проскальзывающим колесом известного диаметра и снабженным кнопкой «начало/конец» измерения, а также кабелем связи с системой управления. Датчик 20 измерения длины заготовок установлен на неприводной тележке 21, снабженной двумя колесами 22, взаимодействующими своими ребордами с внешним ребром полуколец 5 и 6.
Заявляемое устройство для контактной стыковой сварки с предварительным подогревом изделий кольцевого замкнутого профиля компактного сечения работает следующим образом:
- при подготовке к сварке изделий в задатчик программ системы управления 11 вводят код изделия, по которому система управления 11 выбирает из библиотеки программ, сохраняемых в ее памяти, размер изделия по диаметру и наружной окружности;
- перед установкой под сварку заготовок 5 и 6 в виде полуколец датчиком 20 измеряют их линейный размер по окружности, который из модуля измерения 14 через модули передачи 15 и приема 16 вводят в систему управления 11;
- в модуле анализа 17 системы управления 11 сравнивают измеренные размеры заготовок с требуемыми размерами изделий и рассчитывают величину излишнего (выплавляемого) припуска Δприп на два стыка, а затем определяют величину исходного расстояния между губками Δисх с учетом (выплавляемого) припуска на первом стыке, припусков на оплавление Δопл и осадку Δос заготовок 5 и 6, конечного расстояния Δк между губками после осадки;
- после отвода подвижного зажима 4 на величину исходного расстояния Δисх выполняют операции по установке под сварку и зажатию заготовок 5 и 6 в зажимах 3 и 4;
- сжимают торцы заготовок 5 и 6 подвижной станиной 2 и включают сварочный трансформатор 9 для подогрева;
- после достижения в торцах требуемой температуры по сигналу датчика 12 выключают сварочный трансформатор 9, а подвижную станину 2 отводят до образования зазора между торцами заготовок 5 и 6;
- затем включают сварочный трансформатор 9 и перемещение подвижной станины 2 вперед с постоянной скоростью, а при появлении тока оплавления, который фиксирует датчик тока 13, начинают отсчет припусков на выплавление Δприп, оплавление Δопл и осадку Δос заготовок 5 и 6;
- в конце участка выплавления Δприп по показаниям датчика положения 10 включают оплавление с постоянно возрастающей скоростью на участке Δопл, а в конце его по датчику положения 10 включают осадку и осаживают заготовки на величину Δос;
- в конце процесса осадки по датчику положения 10 подвижной станины 2 определяют фактическое конечное расстояние Δк и по нему вычисляют отклонение фактического укорочения заготовок 5 и 6, сваренных первым стыком от заданного;
- система управления 11 сравнивает полученный в модуле замера 18 фактический размер заготовок 5 и 6 с заданным размером кольца, вычисляет в модуле корректировки 19 припуск на выплавление Δприп2 для получения кольца требуемого размера и определяет исходное расстояние Δисх2 при сварке второго стыка с учетом рассчитанного выплавляемого припуска Δприп2, припусков на оплавление Δопл и осадку Δос, а также фактического конечного расстояния Δк, полученного на первом стыке;
- для сварки второго стыка полуколец разжимают губки 3 и 4, отводят подвижную станину 2 на величину вычисленного исходного расстояния Δисх2, подают второй стык полуколец к зажимам 3 и 4 сварочной машины, устанавливают его в губках зажимов 3 и 4 и зажимают;
- после этого сваривают стык по алгоритму первого стыка, разжимают губки 3 и 4, удаляют из сварочной машины готовое изделие.
Таким образом, предлагаемое устройство контактной стыковой сварки с предварительным подогревом изделий кольцевого замкнутого профиля компактного сечения позволяет:
- повысить качество сварного стыка за счет использования оптимальных параметров режима сварки и ограничения влияния субъективного фактора при настройке сварочных машин;
- увеличить производительность работы машины за счет исключения повторного замера заготовок после сварки первого стыка;
- решить задачу получения готовых изделий с повышенной точностью по диаметру и периметру без использования пробных сварок.
Наиболее эффективно его использование на стыкосварочных машинах, которые предназначены для сварки изделий замкнутого профиля широкого ассортимента различного сечения.