УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ КОЛЬЦЕВЫХ ШВОВ

Полезная модель относится к сварочной технике, в частности к малогабаритным устройствам для сварки, как кольцевых швов, расположенных в плоскости перпендикулярной оси вращения свариваемого изделия, так и швов, имеющих кривизну в осевом направлении, например, швы седелочных отводов трубопроводной арматуры. Полезная модель используется для дуговой, плазменной, лазерной и других видов сварки, в которых не требуется фиксации свариваемых деталей большим усилием.
Известно устройство для сварки кольцевых швов цилиндрических изделий по патенту на изобретение РФ №2417144 B23K 37/04 (2006.01) опубл. 27.04.2011, в котором свариваемое изделие закреплено с возможностью вращения от электропривода в многопозиционном манипуляторе, а сварочный инструмент установлен с возможностью наведения на сварной стык. Каждая позиция манипулятора в момент сварки представляет собой неподвижный корпус, выполненный в виде диска, в котором установлен шпиндель, связанный с приводом через зубчатое зацепление. На корпусе манипулятора параллельно оси закреплены направляющие, в которых, с возможностью линейного перемещения установлен опорный корпус, выполненный в виде диска. В опорном корпусе на одной оси со шпинделем установлен подпружиненный центр, служащий для крепления к шпинделю свариваемого изделия.
Недостатком данного технического решения является отсутствие быстродействующего устройства фиксации опорного корпуса в направляющих, что приводит к увеличению времени вспомогательной операции - установка и зажим изделия и, как следствие, снижает производительность устройства.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для сварки кольцевых швов по патенту на полезную модель РФ №139695 B23K 37/04 (2006.01) опубл. 20.04.2014, которое состоит из неподвижного корпуса, шпинделя, установленного в неподвижном корпусе, электропривода, связанного со шпинделем через зубчатое зацепление, направляющих, параллельных оси шпинделя, опорного корпуса, установленного с возможностью перемещения в направляющих, подпружиненного центра, установленного на одной оси со шпинделем и сварочного инструмента, установленного с возможностью наведения на сварной стык. Подпружиненный центр соединен со штоком, установленным в опорном корпусе с возможностью продольного перемещения. При этом опорный корпус снабжен быстродействующим механизмом зажима штока.
Наличие быстродействующего механизма зажима штока позволяет сократить время вспомогательной операции - установка и зажим изделия и, как следствие, повысить производительность устройства. Однако технологические возможности данного устройства ограничены автоматической сваркой только кольцевых швов, расположенных в плоскости перпендикулярной оси вращения свариваемого изделия. Задачей полезной модели является расширение технологических возможностей устройства для сварки кольцевых швов, за счет обеспечения возможности автоматической сварки швов, имеющих кривизну в осевом направлении, например, швов седелочных отводов трубопроводной арматуры
Технический результат достигается тем, что в устройстве для сварки кольцевых швов, состоящем из неподвижного корпуса, шпинделя, установленного в неподвижном корпусе, электропривода связанного со шпинделем через зубчатое зацепление, направляющих параллельных оси шпинделя, сварочного инструмента, установленного с возможностью наведения на сварной стык, подпружиненного центра, установленного на одной оси со шпинделем и соединенного со штоком, установленным с возможностью продольного перемещения в опорном корпусе, снабженным быстродействующим механизмом зажима штока, и установленным с возможностью перемещения в направляющих, на шпинделе, с возможностью осевого перемещения установлен фланец, на торце фланца со стороны подпружиненного центра закреплены элементы базирования свариваемого изделия, а на противоположном торце на одной оси со шпинделем закреплен торцевой кулачок, криволинейная поверхность, которого контактирует с опорным роликом, установленным в направляющих с возможностью перемещения.
Сопоставительный анализ с прототипом, позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство отличается тем, что на шпиндель устройства для сварки кольцевых швов установлен фланец имеющий возможность перемещения вдоль оси шпинделя. На торце фланца со стороны подпружиненного центра закреплены элементы базирования свариваемого изделия, а на противоположном торце на одной оси со шпинделем закреплен торцевой кулачок. На направляющих устройства с возможностью перемещения установлен опорный ролик, контактирующий с криволинейной поверхностью торцевого кулачка.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично изображен общий вид устройства
Устройство состоит из неподвижного корпуса 1, в котором установлен шпиндель 2 связанный с электроприводом посредством зубчатого зацепления (электропривод и зубчатое зацепление на чертеже не показаны). Также на корпусе 1 закреплены параллельные оси шпинделя 2 направляющие 3, в которых с возможностью перемещения установлен опорный корпус 4. Сварочный инструмент 5, например, горелка для сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа, и механизм наведения на сварной стык 6, например, винтовой или реечный механизм, закреплены на неподвижной стойке 7. В опорном корпусе 4 с возможностью продольного перемещения установлен цилиндрический шток 8. На конце штока 8, в подшипниках 9, установлен центр 10, подпружиненный пружиной сжатия 11 относительно штока 8. Опорный корпус 4 снабжен быстродействующим механизмом зажима 12 цилиндрического штока 8. На шпинделе 2 установлен фланец 13 имеющий возможность перемещения вдоль оси шпинделя 2 за счет скользящего шпоночного соединения 14. На торце фланца 13 со стороны центра 10 закреплены элементы базирования 15 свариваемого изделия 16, представляющие собой, например, две параллельные призмы. На противоположном торце фланца 13 на одной оси со шпинделем 2 закреплен торцевой кулачек 17 криволинейная поверхность 18, которого соответствует контуру сварного шва 19 свариваемого изделия 16. На направляющих 3, с возможностью перемещения, установлен опорный ролик 20 контактирующий с криволинейной поверхностью 18 торцевого кулачка 17.
Устройство работает следующим образом. При сварке криволинейных швов свариваемое изделие 16 устанавливается на фланец 13, базируется при помощи элементов 15, центрируется и поджимается подпружиненным центром 10, который фиксируется в рабочем положение при помощи закрепления штока 8 быстродействующим механизмом зажима 12. При этом фланец 13 перемещается вдоль оси шпинделя 2 до упора криволинейной поверхности 18 торцевого кулачка 17 в опорный ролик 20, который в этот момент неподвижно закреплен на направляющих 3. Величина сжатия пружины 11 должна обеспечивать осевое перемещение фланца 13 вместе со свариваемым изделием 16 на величину равную разности между максимальной и минимальной высотой торцевого кулачка 17. После установки и зажима свариваемого изделия 16 сварочный инструмент 5 наводится на стык сварного шва 19 при помощи механизма наведения 6. Включается вращение шпинделя 2, производиться сварка. В процессе сварки свариваемое изделие 16 вместе с фланцем 13 совершает сложное движение, состоящее из вращения вместе со шпинделем 2 и линейного перемещения вдоль оси шпинделя 2. Линейное перемещение фланца 13 соответствующее контуру сварного шва 19, определяется профилем торцевого кулачка 17 и обеспечивается поджатием пружины 11.
В предлагаемом устройстве скорость сварки является величиной определяемой, как векторная сумма скоростей вращательного и поступательного движения. При использовании в устройстве электропривода с постоянной скоростью вращения, скорость сварки является величиной переменной, так как линейное перемещение фланца 13 и свариваемого изделия 16 происходит, как правило, по нелинейному закону. Например, для двух взаимно перпендикулярных труб (седелочный отвод) разность между максимальной и минимальной скоростью сварки зависит от диаметра свариваемого отвода d и диаметра основной детали D. Максимальная скорость сварки будет при повороте свариваемого изделия 16 на угол 45, 135, 225 и 315 градусов считая от положения, указанного на фиг. 1. Минимальная скорость будет при повороте на угол 0, 90, 180 и 360 градусов. При этом при отношении диаметров d/D=0,5 максимальная скорость сварки будет превышать минимальную скорость на 3,5%, при отношении диаметров d/D=0,7 на 11%, при отношении диаметров d/D=1 на 42%. Поэтому электропривод с постоянной скоростью вращения в данном устройстве используется для деталей с диаметрами в отношении d/D не более 0,7. Для диаметров в отношении более 0,7 в данном устройстве необходимо использовать программируемый электропривод, увеличивающий или уменьшающий скорость вращения свариваемого изделия 16 в зависимости от угла его поворота, так чтобы скорость сварки оставалась величиной постоянной. Для сварки кольцевых швов, расположенных в плоскости перпендикулярной оси вращения свариваемого изделия на фланец 13 устанавливается базирующий элемент 15 соответствующий форме свариваемого изделия. Опорный ролик 20 перемещается по направляющим 3 и фиксируется в положение обеспечивающим упор фланца 13 в уступ 21 шпинделя 2. Свариваемое изделие устанавливается и поджимается центром 10. Производится сварка без линейного перемещения.
Заявляемая полезная модель была опробована при сварке изделий представляющие собой стальные сварные корпуса малогабаритных газовых клапанов. Сваривались седелочные отводы диаметром d=13 мм к основной детали диаметром D=22 мм. Сварка в среде углекислого газа плавящимся электродом, линейное перемещение вдоль оси шпинделя 2 мм, разность скоростей 5% не корректировалась. Базирующий элемент - параллельные призмы. Также сваривались отводы диаметром d=13 мм к плоскости основной детали имеющий форму прямоугольной призмы с размерами 24×24×40 мм. Базирующий элемент - специализированное приспособление.
Сварные швы с катетом 3 мм проходили испытания на герметичность при давлении 1,6 МПа.
Таким образом, конструкция предлагаемой полезной модели позволяет производить автоматическую сварку не только круговых швов, но и швов, имеющих кривизну в осевом направлении, что существенно расширяет технологические возможности автоматических сварочных установок.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость».