Внутренний центратор для сборки и сварки кольцевых швов с формированием обратной стороны шва
INTERNAL CLAMP FOR ASSEMBLY AND WELDING OF ANNULAR SEAMS WITH THE FORMATION OF THE REVERSE SIDE OF THE SEAM

Изобретение относится к области сборки и сварки кольцевых швов, в частности к устройствам формирования шва при дуговой сварке плавлением, и может быть использовано при сварке кольцевых швов тел вращения, например обечаек.
Известно устройство для сборки под сварку кольцевых швов [патент СССР на изобретение № SU 1472202 А1, МПК В23K 31/06, опубликовано 15.04.1989 г], включающее в себя центральную штангу с закрепленными на ней двумя фланцами, разрезную коническую втулку, механизм формирования шва, включающий в себя подкладное кольцо с формообразующей сварочной канавкой и размещенный на штанге элемент подпружинивания в виде втулки с обратным конусом. Устройство имеет механизм поджатия, выполненный в виде звездообразного элемента с эффектом памяти формы.
Общими признаками аналога и заявленной конструкции являются:
- конструкция устройства имеет центральную штангу, на которой закреплены элементы подпружинивания и формирования обратной стороны шва - подкладного кольца с формообразующей канавкой;
- элемент формирования обратной стороны шва выполнен в виде кольца с формообразующей канавкой.
Недостатками аналога являются:
- конструкция устройства функционирует от нагрева и токоподвода, что не безопасно при эксплуатации;
- высокая сложность конструкции, применение множества сложных механизмов (нагревательный элемент, разрезная втулка с обратным конусом, силовой элемент с эффектом памяти формы и т.д.) приводит к снижению надежности в работе устройства и повышению трудоемкости изготовления устройства;
- ограниченный диапазон по диаметру свариваемых кольцевых швов из-за того, что фланцы выполнены с постоянным диаметром;
- в элементе формирования обратной стороны шва, выполненного в виде подкладного кольца, не предусмотрены выходы защитного газа, что отрицательно влияет на качество сварных швов.
Известен внутренний центратор для сборки под сварку кольцевых швов [патент СССР на изобретение №SU 408743 А1, МПК В23K 37/04, опубликовано 06.06.1974 г], состоящий из отдельных элементов поджатия и формирования шва, включающих в себя упругие ленты, имеющие облицовку. Упругие ленты смонтированы на тягах, связанных шарнирно со штангами, расположенными по оси центратора и поворачивающимися одна относительно другой. При этом тяги, смонтированные на штанге, выполняют функцию поджатия. Тяги выполнены телескопическими с компенсационными амортизаторами.
Общими признаками прототипа и заявленной конструкции являются:
- конструкция внутреннего центратора имеет штангу, на которой закреплены элементы поджатия и формирования обратной стороны шва, имеющие облицовку;
- элементы поджатия и формирования обратной стороны шва связаны с механизмом поджатия.
Недостатками прототипа являются:
- высокая сложность конструкции, применение множества механизмов (гибкая лента с облицовкой, тяги, телескопические штанги) приводят к снижению надежности и повышению трудоемкости изготовления устройства;
- применение гибких элементов в конструкции внутреннего центратора и отсутствия формообразующей канавки не позволяют обеспечить качественное формирование обратной стороны шва, т.к. за счет использования упругих элементов происходит «залипание» проплава сварного шва к облицовке, а также образование дефектов (непровары, не обеспечиваются геометрические параметры шва с обратной стороны, трещины);
- конструкцией устройства не предусмотрена подача защитного газа в зону обратной стороны шва, нет защиты от окисления, что отрицательно влияет на качество сварных швов;
- в связи с тем, что усилия поджима элементов формирования обратной стороны шва, выполненных виде упругих лент одинаковое, не обеспечивается равномерность усилия прилегания облицовки к внутренней поверхности стыкуемых деталей в связи с овальностью изделия и протяженностью указанных элементов, что отрицательно влияет на качество сварного шва.
Все это в совокупности приводит к снижению качества сварки.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в разработке устройства с минимальными экономическими и трудовыми затратами, имеющего упрощенную конструкцию, обеспечивающего надежность работы и качество сварного шва.
При решении поставленной задачи достигаются следующие технические результаты:
- повышение качества сварного шва с формированием обратной стороны шва путем выполнения канавки в облицовке и подачи защитного газа в зону обратной стороны шва;
- повышение надежности в работе за счет упрощения конструкции и сокращения используемых сборочных единиц в конструкции внутреннего центратора;
- обеспечение пружинящего точечного взаимодействия элемента формирования шва - ролика с облицовкой и внутренней поверхности стыкуемых деталей, в результате чего обеспечивается равномерность прилегания облицовки с учетом овальности внутренней поверхности свариваемого изделия.
Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что во внутреннем центраторе для сборки и сварки кольцевых швов с формированием обратной стороны шва, содержащем элемент формирования обратной стороны шва, имеющий облицовку, связанный с механизмом поджатия, соединенным со штангой, расположенной по оси центратора, согласно изобретению элемент формирования обратной стороны шва выполнен в виде ролика, имеющего паз по периметру, посередине ширины паза по всей его длине выполнены равноудаленые друг от друга сквозные отверстия, а облицовка выполнена в виде кольца, закрепленного на ролике с полным перекрытием паза по ширине и частичным по глубине для образования кольцевого зазора, при этом облицовка на наружной поверхности в центре имеет канавку, посередине ширины которой по всей ее длине выполнены равноудаленые друг от друга сквозные отверстия, кроме того центратор имеет по меньшей мере один прижимной центрирующий ролик с самостоятельным механизмом поджатия, при этом упомянутые ролики вращающиеся и расположены в вертикальной плоскости вдоль свариваемого стыка.
На рис. 1 представлен общий вид внутреннего центратора, на рис. 2 - схема расположения роликов.
Заявленный в качестве изобретения внутренний центратор для сборки и сварки обечаек с формированием обратной стороны шва состоит как минимум из 2 вращающихся роликов, расположенных в вертикальной плоскости. В качестве примера на рис. 2 показаны 3 ролика, один из которых является формирующим роликом 1, а другие - центрирующими роликами 2. На внешней поверхности формирующего ролика 1 по периметру выполнен кольцевой паз 3. На формирующем ролике 1 смонтирована облицовка, выполненная в виде кольца 4 и закрепленная на ролике 1 с полным перекрытием паза 3 по ширине и частичным по глубине для образования кольцевого зазора, при этом облицовка - кольцо 4 по периметру с внешней стороны в средней части имеет кольцевую канавку 5, по длине которой на одинаковом расстоянии друг от друга выполнены сквозные отверстия 6. Посередине ширины паза 3 по всей его длине выполнены на одинаковом расстоянии друг от друга сквозные отверстия 7. Паз 3 и сквозные отверстия 6, 7 предназначены для подачи защитного газа в зону обратной стороны шва. Кроме того внутренний центратор содержит втулку 8, сообщенную с отверстиями 7 формирующего ролика 1 для подачи защитного газа через сквозные отверстия 7 в паз 3, а затем через отверстия 6 в облицовке- кольце 4 в зону обратной стороны шва. Формирующий ролик 1 и центрирующие ролики 2 смонтированы на механизмах поджатия, состоящих из вилки 9, которая в свою очередь соединена с пружиной 10, обеспечивающей пружинящее точечное взаимодействие элемента формирования шва - формирующего ролика 1 с облицовкой - кольцом 4 к внутренней поверхности стыкуемых деталей. В результате чего обеспечивается равномерность и плотность прилегания облицовки 4 к свариваемым кромкам с учетом овальности внутренней поверхности свариваемого изделия, а совместно с роликами 2 обеспечивается центрирование изделия в целом. Механизмы поджатия, состоящие из вилки 9 и пружины 10, соединены со штангой 11 посредством разъемного резьбового зажима 12, расположенной по оси центратора.
Работа с внутренним центратором осуществляется следующим образом:
Механизмы поджатия внутреннего центратора, состоящие из вилки 9 и пружины 10, совмещенные с разъемным резьбовым зажимом 12, перемещают в продольном направлении на необходимое расстояние вдоль жестко зафиксированной 11, после чего закрепляют на ней с помощью разъемного резьбового зажима 12. После этого к формирующему ролику 1, расположенному в вертикальной плоскости и установленному на подпружиненной тяге, состоящей из вилки 9 и пружины 10, через втулку 8 подводят защитный газ, который через отверстия 7 и паз 3, имеющиеся в формирующем ролике 1, и отверстия 6, имеющиеся в облицовке - кольце 4, закрепленном на ролике 1 с полным перекрытием паза 3 по ширине и частичным по глубине для образования кольцевого зазора, поступает в зону обратной стороны шва. За счет подачи газа через отверстия 7 и 6, паз 3 выполняется равномерная подача защитного газа в зону обратной стороны шва, что обеспечивает защиту обратной стороны шва от окисления и благоприятно влияет на качество сварного шва. После этого штангу 11 с жестко закрепленным на ней внутренним центратором перемещают внутрь свариваемого изделия, ориентируя формирующий ролик 1 по центру стыка свариваемых кромок. Далее осуществляют процесс сварки. При этом происходит вращение цилиндрической обечайки вокруг своей оси, которое приводит во вращательное движение формирующего шов ролика 1 и прижимных центрирующих роликов 2 - относительно плоскости сварного шва. При этом конструкция внутреннего центратора за исключением роликов 1 и 2 не совершает вращения - неподвижна, т.к. она жестко зафиксирована на штанге 11. Равномерность прилегания внешней поверхности облицовки-кольца 4, смонтированной на ролике 1, к внутренней поверхности свариваемых кромок изделия, с учетом овальности, обеспечивается за счет пружинящего точечного взаимодействия элемента формирования шва - ролика 1 с облицовкой и внутренней поверхности стыкуемых деталей.
Внутренний центратор для сборки и сварки кольцевых швов с формированием обратной стороны шва по сравнению с прототипом обеспечивает повышение качества сварного шва с формированием обратной стороны шва, путем выполнения канавки в облицовке и подачи защитного газа в зону обратной стороны шва; повышение надежности в работе за счет сокращения количества сборочных единиц в конструкции внутреннего центратора; обеспечение пружинящего точечного взаимодействия элемента формирования шва - ролика с облицовкой и внутренней поверхности стыкуемых деталей, в результате чего обеспечивается равномерность прилегания облицовки с учетом овальности внутренней поверхности свариваемого изделия.