Способ и устройство для изготовления оребренной тонколистовой панели

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления оребренной тонколистовой панели и может быть использовано в конструкциях рекуперативных теплообменников. Изготавливают оребренную тонколистовую панель, которая содержит выполненное из металлического листа основание (1) и приваренные к нему металлические ребра (2). Для приварки ребер (2) к основанию (1) используют зажимное устройство (3), главными рабочими элементами которого являются опорные (4) и зажимные (5) рейки. Ребра вставляются в соответствующие пазы устройства. С помощью системы эксцентриковых зажимов или с помощью винтов натягивают зажимные рейки (5), тем самым жестко фиксируя ребра (2) в пространстве. Устанавливают лист-основание, жестко фиксируют с одной стороны и в подвижные зажимы (6) с другой стороны. Производят натяжение листа-основания. С помощью станка с ЧПУ по заданной программе производят приварку ребер (2) к основанию через лист-основание (1). Изобретение упрощает изготовление крупногабаритных плоских тонколистовых оребренных панелей с листовыми ребрами, позволяет сократить материалоемкость изделия и снизить количество брака при изготовлении. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области сварки, теплоэнергетики, металлургии, энергосберегающей технике, может найти применение в машиностроении и двигателестроении, в первую очередь может быть использована в конструкциях рекуперативных теплообменников в качестве базового элемента.

Известен способ для линейной сварки листов в сварную листовую заготовку посредством лазера (патент RU №2150362, МПК B23K 26/42, B23K 101:16, опубл. 10.06.2000), при котором в процессе сварки уменьшают зазор между листами перед зоной сварки путем пластической деформации по меньшей мере одного из листов посредством раздавливания кромок в направлении другого листа и частично закрывают зазор между листами, при этом деформирование осуществляют с помощью ролика в зоне листа, граничащей с торцевой поверхностью листа, а лазерный луч направляют в зависимости от заданного деформацией положения зазора.

Известный способ обеспечивает оптимальный зазор для лазерной сварки от 0,05 до 0,08 мм и позволяет получить высокое качество сварки, при котором отпадает необходимость в точной резке и позиционировании листов.

Недостатком известного способа является то, что он может быть использован только для стыковой сварки плоских листовых заготовок. При тавровом расположении свариваемых листов, например для приварки длинных листовых ребер, расположенных перпендикулярно к листовой заготовке, известный способ и устройство применить невозможно.

Известен способ изготовления оребренной листовой панели (патент РФ №2279619, МПК B23K 101/18, F28F 3/02, опубл. 10.07.2006), включающий формовку по спирали цилиндрической заготовки из металлического листа, представляющего собой основание панели, приварку токами высокой частоты к наружной стороне основания панели по спирали ребер и разворачивание полученной оребренной панели до заданного радиуса кривизны, при этом на обратной стороне основания панели образуют выступы путем продавливания основания панели ребрами в процессе их приварки к наружной стороне.

Известным способом можно изготовить листовые панели толщиной до 1 мм с определенным радиусом кривизны. Однако получить плоские оребренные листовые панели невозможно как в процессе выполнения способа, так и после сварки методом правки.

Известен способ для линейной сварки встык тонких металлических листов (патент RU №2432243, МПК B23K 37/04, B23K 26/42, B23K 15/10, опубл. 27.10.2011), включающий установку на опорном столе, металлического листа и вертикальное его закрепление посредством прижимного элемента, установку второго металлического листа встык со свариваемой кромкой первого листа, вертикальное его закрепление посредством второго прижимного элемента, горизонтальное давление второго металлического листа до образования остаточного зазора 0,05 мм между листами и производят последующую лазерную сварку в среде защитного газа путем перемещения сварочной головки.

Данный способ позволяет получать методом сварки большие плоские металлические листы - сборные заготовки из отдельных частей путем выравнивания кромок и минимизации зазора между ними, применяя вертикальное и горизонтальное давление на лист, что позволяет повысить качество сварки и уменьшить коробление. Однако для осуществления известного способа необходимо сложное и дорогостоящее оборудование. Кроме того, данным способом невозможно изготовить крупногабаритную листовую оребренную панель с большим количеством близко расположенных листовых ребер.

Известна полезная модель - оребренная тонколистовая панель (патент RU № 193960, МПК B28F 3/06, опубл. 21.11.2019), которая содержит выполненное из металлического листа основание и расположенные на нем металлические ребра. Ребра закреплены в формованных направляющих канавках, выполненных в основании панели. Технический результат, достигаемый при осуществлении данной полезной модели, заключался в повышении технологичности изготовления оребренной тонколистовой панели. Однако при попытке осуществления известного способа для крупногабаритных панелей, возникли непреодолимые препятствия. В первую очередь это сложность и дороговизна оснастки для формования направляющих, необходимость использования оборудования большой мощности и большое коробление заготовки во всех плоскостях после формирования всех направляющих канавок. Ввиду этого осуществление данного способа при крупногабаритных панелях невозможно.

Наиболее близким по технической сущности и назначению является способ для линейной сварки плоской тонколистовой оребренной панели, раскрытая в патенте РФ на изобретение № 2 567 936 (дата публикации 10.11.2015, МПК B23K 37/04, B23K 31/02, B23K 26/70, B23K 101/18) – прототип. На панели выполнены отверстия, равномерно расположенные вдоль линий сваривания, а на ребрах выполняют шипы в виде выступов, которые затем загибают. Оребренную панель получают путем лазерной приварки ребер через лист панели.

Однако при лазерной сварке лист панели может деформироваться под воздействием температуры, вследствие чего при выполнении программы сваривания на станке с числовым программным управлением лазерный луч проходит мимо выполненных в листе панели отверстий и совмещенных с ними шипов ребер. В результате повышается процент брака, снижается технологичность изделия.

Техническим результатом является возможность изготовления крупногабаритных плоских тонколистовых оребренных панелей с листовыми ребрами, а также упрощает способ для его осуществления и позволяет в разы увеличить производительность и технологичность, а так же сократить материалоемкость изделия. Также достигаются дополнительные технические результаты, заключающиеся в снижении количества брака при изготовлении.

Указанный технический результат достигается в способе для линейной сварки плоской тонколистовой оребренной панели, включающем установку панели и ребер в специальном устройстве, крепление их и последующую сварку в среде защитного газа путем перемещения сварочной головки, согласно изобретению,

предварительно жестко фиксируют ребра в заданном положении, затем устанавливают панель в дугообразное устройство, фиксируя ее с двух сторон и натягивая ее с большой силой, тем самым выбирая зазор между ребрами и панелью, после чего производят лазерную линейную приварку ребер, по заданной программе вразброс через лист панели.

Точная установка ребер путем расположения их в пазах устройства и их фиксация путем зажатия их в ряду подвижных реек и соответствующих пар неподвижных реек, обеспечивают точное и жесткое положение ребер в пространстве, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении, что способствует уменьшению коробления панели при сварке. При этом натяжение листа опоры по дуге с большой силой позволяет выбрать вертикальный зазор между ребрами и панелью, скомпенсировать изменение размеров листа основания при термическом воздействии луча лазера, в то время как ребра неподвижны. Все это дает возможность производить приварку ребер, с лицевой стороны через лист панели, попадая лучом лазера в их середину и обеспечивая глубокое проплавление и качественный герметичный шов.

Выполнение лазерной сварки через лист вразброс стежками определенной длины в два-три прохода согласно алгоритму, заложенному в управляющем устройстве, позволяет улучшить теплоотвод от сваренных деталей, что исключает коробление крупногабаритной тонколистовой оребренной панели. Отказ от предварительных прихваток ребер и необходимости расплавления выступающей части шипов, позволяет сократить основное время сварки и ее сложность в разы, обеспечивая при этом герметичную приварку ребер по всей длине. Герметичность обусловлена точным попаданием луча лазера в середину ребра и плавностью движения сварочной головки без рывков и остановок.

Установка панели в дугообразное устройство, с выпуклой наружной частью, позволяет панели повторять контур выпуклой части дуги, что значительно увеличивает жесткость панели в поперечном направлении и уменьшает ее коробление после сварки. Готовая панель не имеет больших геометрических дефектов и легко высвобождается после сварки, благодаря широким базирующим пазам устройства в раскрытом виде.

Технологический процесс состоит всего из 4 простых параллельных операций: 1) раскрой листа заготовки на ЧПУ станке; 2) гибка краев листа основания на ЧПУ станке; 3) снятие готовой предыдущей панели, установка ребер и листа основания в устройство; 4) сварка оребренной панели на ЧПУ станке.

Предлагаемая последовательность операций способа позволяет изготавливать с высоким качеством методом лазерной сварки крупногабаритные оребренные панели из тонких металлических листов. При этом цикл изготовления одной панели, ограниченный самой долгой операцией – сваркой, сокращается с 45-60 минут при существующем способе, до 12-15 минут при данном способе. Экономия машинного времени оборудования сокращается в разы.

Предлагаемый способ, позволяет существенно сократить материалоемкость и трудозатраты на изготовление оребренных панелей, при этом сохраняя герметичность и надежность соединения ребра с листом основанием.

Сокращение материалоемкости обусловлено несколькими факторами. По длине панели можно устанавливать как цельные ребра, так и меньшей мере разделенные на два ребра с компенсационным зазором между ними, это позволяет создать более плотную раскладку ребер по листу заготовки при раскрое. Существует возможность герметично сваривать панель основание из нескольких листов в устройстве, путем линейной лазерной сварки встык, это позволяет экономить материал при раскрое листов, так как зачастую площадь листа заготовки на 30-40% больше суммарной площади цельного листа основания и всех ребер. Поэтому при раскрое с цельным листом основанием возможно использование только 60-70% листа заготовки. Ребра и панель при раскрое имеют простую прямоугольную форму без выступов и впадин и отверстий, контуры вырезаемых деталей можно совместить, это значительно сокращает время раскроя и позволяет экономить материал с использованием площади листа заготовки до 95-100%.

Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «новизна».

Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Условие патентоспособности «промышленная применимость» следует из примера осуществления изобретения.

На фигуре 1 изображен общий вид устройства.

На фигуре 2 изображена схема закрепления ребер и листа основания.

На фигуре 3 изображен общий вид устройства изготовленного для испытаний.

На фигуре 4 изображена панель в собранном виде во время сварки на устройстве.

На фигуре 5 изображена готовая панель в собранном виде.

Оребренная тонколистовая панель содержит выполненное из металлического листа основание (1) и приваренные к нему металлические ребра (2). Для приварки ребер (2) к основанию(1) используется специальное зажимное устройство (3), главными рабочими элементами которого являются опорные (4) и зажимные (5) рейки. Технологический процесс сварки оребренной панели выглядит следующим образом: 1) ребра вставляются в соответствующие пазы устройства; 2) с помощью системы эксцентриковых зажимов или с помощью винтов, натягиваются зажимные рейки (5), тем самым фиксируя жестко ребра(2) в пространстве; 3) устанавливается лист основание, жестко фиксируется с одной стороны и в плавающие зажимы (6) с другой стороны; 4) производится натяжение листа основания. 5) с помощью станка с ЧПУ по заданной программе, производится приварка ребер (2) к основанию через лист основание (1).

1. Устройство для установки и крепления ребер и листа-основания для изготовления сварной плоской тонколистовой оребренной панели, содержащее рейки дугообразной формы, установленные равномерно вдоль линии сваривания на одном основании, отличающееся тем, что одни рейки дугообразной формы являются опорными рейками, а другие – зажимными рейками, при этом опорные рейки закреплены неподвижно, а зажимные рейки установлены подвижно, причем подвижные зажимные рейки размещены между опорными рейками, при этом в опорных рейках выполнены пазы для базирования ребер панели, которые расположены вдоль выпуклой дуги на определенном расстоянии друг от друга, а в зажимных рейках выполнены пазы для базирования ребер панели, которые расположены неравномерно вдоль выпуклой дуги и положение которых определено удлинением рейки в растянутом состоянии при заданной нагрузке, при этом неподвижные опорные рейки снабжены с двух концов элементами для фиксации и натяжения листа-основания панели.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пазы в неподвижных рейках выполнены прямоугольной формы, при этом ширина пазов минимум в два раза больше толщины ребра панели.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элементы для фиксации и натяжения листа-основания панели выполнены в виде зажимных эксцентриковых элементов или винтов.

4. Способ изготовления сварной плоской тонколистовой оребренной панели, включающий установку листа-основания и ребер в устройстве по пп.1-3, крепление их и последующую сварку в среде защитного газа путем перемещения лазерной сварочной головки, при этом предварительно ребра устанавливают в соответствующие пазы неподвижных реек устройства и с помощью зажимных подвижных реек жестко фиксируют ребра в заданном положении на определенном расстоянии друг от друга вдоль выпуклой дуги, затем устанавливают лист-основание панели поверх ребер, фиксируют его с двух сторон и натягивают, выбирая зазор между ребрами и листом-основанием, после чего выполняют лазерную линейную приварку ребер по заданной программе вразброс через лист-основание панели.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что при сварке лист-основание панели растягивают, оставляя неподвижными привариваемые ребра.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что ребра приваривают швами заданной длины в два или три прохода без предварительной прихватки точками.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что перед установкой ребер в упомянутое устройство их разделяют по меньшей мере на две части, которые затем устанавливают с зазором между собой.

8. Способ по п.4, отличающийся тем, что ребра и лист-основание панели раскраивают в виде прямоугольных листов без выступов, впадин и отверстий.

9. Способ по п.4, отличающийся тем, что лист-основание панели герметично сваривают из нескольких листов в упомянутом устройстве путем линейной лазерной сварки встык.

10. Способ по п.4, отличающийся тем, что после сварки готовую панель высвобождают из устройства.