Дата опубликования описания 300681 (53) V@K 621.791. .753.5(088.8) В.A.Òèì÷åíêî, Е.Ф.Маличенко, Б.С.Касаткин, А.К.Царюк, .Ю.А.Вдовнченко, Д.A.Редько, О.Н.Гудима, Н.Н.Сакало, В.A Êóðàñîâ, В.Д.Иваненко, Н.Ф.Кравченко и В.И.Оверчук (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина и ордена Трудового Красного институт электросварки им. Е.О. Патона (71) Заявитель

Гькя. : .. ..4d

AH ГОЛОВКА gPIH МНОГОПРОХОДЪОй

СВАРКИ ГЛУБОКИХ РАЗДЕЛОК ., > (54) СВАРОЧН

Изобретение относится к оборудованию для электродуговой сварки металлов, а именно к устройствам для управления положением электрода относительно свариваемых поверхностей изделий, н может быть использовано при многопроходной сварке с сопустствующим подогревом глубоких разделок на изделиях тяжелого и энергетического машиностроения, например на резервуарах, котлах, корпусах реакторов и т.п. или колоннах для нефтехимического машиностроения.

Известно устройство для автоматической многопроходной сварки кольцевЫх стыков с глубокой разделкой кромок изделий типа роторов турбин.

Указ@нное устройство обеспечивает перйкещение конца электрода в требуемое положение при сварке глубоких разделок при обязательном условии: отсутствии биения >поверхностей разделки относительно сва. рочного аппарата при вращении ротора. Это обеспечивается тем, что заготовки под сварку предварительно точно обтачиваются и собирают, а вращателем при сварке служит устройство типа токарного станка с точ- ной фиксацией изделия (1).

Известно, что изделия типа резервуаров, котлов, колонн синтеза и т.п. не могут быть точно зафиксированы при сварке. Они устанавливаются на роликовом вращении и поверхности разделки, при вращении имеют радиаль ное и осевое биение относительно конца электрода, значительно превышающее допустимое смещение. электрода относительно свариваемых кромок.

При сварке узких разделок глубиной до 400 мм наблюдение за местом свар15 ки черезвычайно затруднительно из-за малых размеров разделки и достаточно высокой температуры нагрева изделия (до 450 С).

Известно также, что при сварке

20 глубоких разделок с числом валиков более трех в одном слое, особенно на обечайках из рулонированного листового материала, возникает деформация кромок разделки в процессе

2 сварки, и что поддержание точного положения электрода относительно боковых стенок разделки исключает появление дефектов в сварном соединении (таких как шлаковые включе30 ния, несплавления и т.п.). Поэтому

841838 для получения качественной сварки необходимо кроме поверхности направ ленного металла копировать кромки разделки при сварке соответствук их крайних валиков в слое.

Известно устройство для автоматического слежения за положениеМ поверхностей при сварке глубоких разделок. В укаэанном устройстве обеспечивается копирование поверхности направленного металла и только одной из кромок разделки 2 .

Однако положение электрода относительно противоположной кромки не корректируется указанным устройством и не учитывает изменения ширины разделки в процессе свар ки. Кроме того, применение известног устройства невозможно при сварке деталей с сопутствующим подогревом, так как тепловой поток от изделия через щуп проходит к чувствительным преобразователям датчика.

Наиболее близким к предлагаемому является сварочная головка для многопроходной сварки глубоких разделок, содержащая электрод и установленный на кронштейне датчик положения свариваемых поверхностей, выполненный в виде корпуса, на шаровой опоре которого смонтирован двуплечий рычаг. На одном плече рычага закреплен щуп, а на другомвЂ” вилка с взаимно перпендикулярными парами лепестков. Кроме того, в корпусе датчика смонтированы преобразователь поперечного перемел1ения шупа и преобразователь продольного перемещения щупа, расположенные между соответствующими им пара ми лепестков вилки. Рычаг между щупом и шаровой опорой выполнен составным для предохранения датчика от поломок при случайных больших отклонениях щупа и для предохранения передачи тепла на преобразователи. В известном устройстве щуп поджимается одновременно к поверхности направленного металла и одной из KpolvIQK разделки с помощью одной пружины, у которой отогнутый конец проволоки последнего витка смещен относительно шаровой опоры на 90, что обеспечивает поворот рычага со щупом по биссектрисе угла между кромкой и нижней частью разделки $3) .

Недостатками известного устройст,.вЂ” ва являются невозможность копирования обеих кромок разделки и подцержания требуемого по технологии положения электрода относительно как левой так и правой кромки разделки, трудности ввода и вывода щупа датчика из разделки, так как он постоянно отклоняется пружиной из среднего положения.

Цель изобретения вЂ” повышенйе качества многопроходной сварки путем исключения влияния на сварку криволинейности свариваемых поверхностей, повышение точности расположения электрода относительно каждой из кромок разделки, упрощение установки щупа в положение сварки.

С этой целью корпус датчика положения свариваемых поверхностей установлен на кронштейне с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения электрода, на плече рычага датчика, оснащенного вилкой, закреплен ролик, а в корпусе указанного датчи15 ка смонтировано . два подпружиненных рычага, взаимодействующих с.роликом.

В корпусе датчика также смонтирован дополнительный преобразователь поперечного перемещения щупа в

20 электрические сигналы, установленный между соответствующими парами лепестков вилки рычага параллельно вышеуказанному преобразователю поперечных перемещений щупа в элект-. рические сигналы, и закреплен регулируемый упор для фиксации положения одного из подпружиненных рычагов, причем сила сжатия пружины этого рычага равна двум силам сжатия пружины второго подпружиненного рычага.

На фиг.1 изображена сварочная головка, общий вид; на фиг.2 вЂ” сечение A-А на фиг.1; на фиг.3 вЂ” се .чение Б-Б на фиг.2; на фиг.4 вЂ” вид

В на .фиг.1.

Сварочная головка содержит кор- пус 1 с устройствами для перемещения конца электрода 2 поперек разделки на изделии 3. Она жестко зак40 реплена на поперечном суппорте 4 с приводом 5, которые в свою очередь установлены на вертикальной каретке б с приводом 7. Направляющие вертикальной каретки монтируются на механизме 8 установочного перемещения корпуса 1 головки относительно изделия 3. На кронштейне 9 сварочной головки посредством оси 10 установлен датчик 11 положения свариваемых поверхностей. Кронштейн 9 электри1 ! чески. изолирован от корпуса 1. Датчик 11 содержит износостойкий контактный щуп 12, закрепленный на плече 13 рычага. Второе измерительное плечо 14 рычага соединено с пле55 чом 13 посредством фланца 15 со сферическим выступом и кольцевой опорой на периферии водоохлаждаемого фланца 16 с центральным коническим отверстием и сжимающих фланцы пруф0 жин.

На измерительном плече рычага жестко закреплены фланец 16, кольцо

17, ролик 18 и вилка 19. В корпусе датчика 11 и кольце 17 выполнены

65 конические отверстия, между которыми

841838 установлен шарик 20. Такая конструкция обеспечивает плечам 13 и 14 подвижность, аналогичную закреплению в шаровом шарнире. Диаметрально противоположно шарику 20 в корпус жестко установлен штифт 21, который свободно проходит в отверстия тонкой стенки кольца 17, что исключает возможность поворота плеча рычага вокруг своей оси, но не ограничивает подвижность шарнира вокруг шарика 20. Для удобства устройства положение шарика .20 и штифта 21 условно повернуто на 90О до совпадения с плоскостью чертежа. Их положение в корпусе датчика совпадает со средней плоскостью разделки.

Кольцо 17 поджимается через шарик

20 к корпусу датчика 11 с помощью пружины 22 сжатия. Упорная крышка

23 ограничивает величину поворота рычага. Вилка 19 имеет две пары лепестков, повернутых друг относительно друга на 90, между которыми установлены два преобразователя 24 поперечных перемещений щупа в электрические сигналы и преобразователь

25 продольных перемещений щупа в электрические сигналы. В качестве преобразователей используют например, дифтрансформаторы из приборов типа

МЭД 2360 или ДМ3570, содержащие одну питающую и две измерительные обмотки, включенные встречно. Все обмотки уложены на один .каркас с центральным отверстием, в котором располагается якорь. Смещение якоря .из среднего положения вызывает появление на выходе измерительной цепи электрического сигнала, знак которого определяет направление смещения, а величина сигнала пропорциональна величине смещения якоря. Якори преобразователей и без зазора конвЂ” тактируют с вилкой 19. Преобразователь 25 установлен вдоль, а преобразователи 24 вЂ” поперек разделки.

С роликом 18 (фиг.З) взаимодействуют рычаг 26, поворачивающийся вок

pyr оси 27 под действием пружины

28 растяжения,и рычаг 29,который пово рачивается на оси 30 под действием пружины 31. Положение рычага 29 фиксируется регулируемым упором 32, сила сжатия пружины 31 в два раза больше силы сжатий пружины 28. На оси 10 корпуса датчика 11 жестко закреплен рычаг 33 (фиг.4), с которым взаимодействует механизм поворота датчика поперек разделки, выполненный, например, в виде двух пневмоцилиндров 34 и 35. Крайние положения рычага 33 фиксируются регу- лируемыми упорами 36 и 37. Кроме того, с рычагом ЗЗ взаимодействуют пружинные упоры 38 и 39. Ось 10 располагают в плоскости симметрии разделки, чем обеспечивается возможность перемещения щупа поперек

40 штука и настройки оборудования иа сварку.

Под действием пружины 22 плечи 13 и 14, поворачиваясь вокруг шарнира

20, занимают крайнее положение в направлении к нижней поверхности разделки. Преобразователи 24 отключены от схемы управления корректором, а на преобразователе 25 возникает электрический сигнал максимального удаления от нижней поверхности разделки.

При вводе мундштука и датчика в раэделку плечо 13 рычага устанавливают приблизительно по середине разделки.

При опускании щуп 12 упирается в нижнюю поверхность разделки, поворачивает плечи 13 и 14 рычага вокруг шарика 20 и через вилку 19 смещает якорь преобразователя 25. Когда выходной электрический сигнал преобразователя 25 станет равным нулю, перемещение привода 7 отключается и величина вылета электрода устанавливается равной заданной по технологическим требованиям. В зависимости от того, возле какой кромки разделки необходимо начинать сварку, включа-. ют пневмоцилиндр 34 и 35. Для положения, изображенного на фиг.2 (нап-. лавка первого валика у левой кромки разделки), включают пневмоцилиндр узкой разделки с сохранением постоянного вылета электрода у левой и правой кромки разделки.

Сварочная головка работает следующим образом.

В исходном положении, при отсутствии контакта щупа с изделием, пневмоцилиндры 34 и 35 отведены от рычага 33, и он под действием пружинных упоров 38 и 39 занимает среднее положение, при котором корпус датчика 11 располагается параллельно разделке. При этом образуется зазор между рычагом 33 и упорами 36 и

37, а также штоками пневмоцилиндров

34 и 35. Упоры 38 и 39 регулируются

15 таким образом, стобу суммарный зазор между ними и рычагом 33 был минимальный (0,1-0,3 мм), что не нарушает положения плеча 13 рычага с щупом относительно разделки.

20 Плечо 14 занимает среднее положение в направлении поперек разделки под действием рычагов 26 и 29. Пружина 31 поворачивает рычаг 29 до упора 32, а пружина 28 поджимает рычаг 26 к ролику 18 и рычагу 29. Таким образом,ролик 18,а следовательно, и плечо 14 рычага беэ зазоров зажаты между рычагами 26 и 29. Так как пружина 31 значительно жестче пружины 28, то рычаг 2.9 всегда прижат к упору 32, которым регулируется положение плеч

13 и 14 рычага относительно разделки.

Указанное положение плеча 13 со щупом 12 обеспечивает удобство ввода и вывода датчика и электрода иэ разделки для замены наконечника мунд841838

35 его шток упирается в рычаг 33, новременно отключает пневмоцилиндр и, сжимая пружину упора 38, поворачи- 35 и включает пневмоцилиндр 34 . его вает рычаг до упора 36. Корпус датчи- шток упирается в рычаг 33 и повока 11 поворачивается на оси 10,и пле- рачивает его до упора 37, сжимая чо 13 рычага наклоняется в сторону ле- пружину упора 39. Корпус датчика вой кромки разделки. Одновременно с вклю- - 11 поворачивается на оси 10, и рычением пневмоцилиндра 35 подключают чаг наклоняется в сторону правой

24 выход одного из преобразователей кромки разделки. К схеме управл н к схеме управления приводом 5 кор- приводом 5 подключается другой преректора электрода поперек разделки. образователь 24, а первый отключаетВторой преобразователь 24 остается ся. При встрече контактног

10 н го щупа отключенным от схемы управления. 12 с правой кромкой разделки рыВыходной сигнал первого преобразо- чаг поворачивается вокруг шарика вателя 24 включает привод 5 для дви- . 20 относительно корпуса, который жения к левой кромке" разделки, и поворачивается до упора 37. Вилка суппорт 4 перемещает датчик и элект- 19 смещает якорь преобразователя 24 род поперек разделки. При встрече бо- 1> и соответствующий управлякщий сигковой поверхйости контактного щупа нал поступает в схему управления

12 с левой кромкой разделки рычаг приводом 5. Ролик 18 отклоняет : поворачивается вокруг шарика 20 и рычаг 29, растягивая пружину 31, а через вилку 19 смещает якорь преобразо- . рычаг 26 остается прижатым к противопователя 24, при этом ролик 18 откло- 20 ложной стороне ролика 18 под дейст28 а ычаг 29 няет рычаг 26, растягивая пружину вием пружины 28. О тключение привода а рычаг 29 остается опертым на по 32.

5 производится при достижен ии величина упор . Введение ролика 18 ны сигнала, равной нулю, на преобразначительно уменьшает трение пле- зователе 24. В этом положении элекча рычага 14 о рычаги 26 и 29 при yg трод занимает относительно правой копировании нижней поверхности раз- кромки разделки и к положение, требуемое делки и обеспечивает радиальную по технологии сварки. Наст ой пе е ач силн р д У у лия пружин 28 и 31. го положения перед началом сварки

Отключение привода 5 производится производится упором 37, который, епри достижении величи ве ичины сигнала, З0 гулируя поворот корпуса датчика отном, который, реравной нулю,на преобразователе 24. сительно плеча 14 рычага, вызывает

В этом положении электрод занимает смещение корпуса преобразователя 24 относительно левой стенки разделки относительно его якоря. положение, требуемое по технологии Щуп 12 прижимается к правой к омр . у ировка этого положе- ке разделки с усилием, равным разноскромния производится упором 36, который, З5 ти усилий пружин 31 и 28, а, учитыповорачивая корпус датчика 11 от- вая указанное выше соотношение их носительно плеча чага 14 ры га 14, вызы - сил сжатия, суммарное. усилие прижима вает смещение корпуса преобразова- щупа 12 к левой и правой кромкам теля 24 относите льно его якоря.Щуп 12 разделки остается приблизительно йрижймается к левой кромке раз- . 40 одинаковым. Возникаю никающие смещения праа к нижней по- вой кромки и нижней поверхности разверхности разделки вЂ” пружиной 22. делки воздействуют на щу 12 п, вызывая щ щупа только поперек раз- поворот рычага с вилкой 19 д ает смещения якоря своими лепестками смещает якоря преелки не вызыв лко, которая преобразователя 25 и, следовательно 4 образователей 25 и 24. Смещение якопоявления выходного сигнала. рей приводит ре приводит к появлению управляюОдновременно с началом сварки которы подается в включается вращение изделия. В схему управления соответствующего случае возникновения смещения раз- .привода (5 или 7) и с 4 делки о на из ее и и суппорт или д из ее кромок и нижняя 0 каретка 6 перемещают датчик и элекповерхность разделки Йоздействуюу, трод в сторону уменьшения с г щу, вызывая поворот плеча и восстановления нулевого положения рычага с вилкой 19, которая своими преобразователей. лепестками смещает якоря преобра- Таким образом, предлагаемая конСмещение якорей струкция обеспечивает поочередное приводит к появлению управляющего копирование левой и правой кромок сигнала на соответствующем преоб- глубоких разде делок за счет поворота раэователе, который подается на . датчика вдкруг оси 10 и прижатия блок управления соответствующего контактного щупа 12 к обеим кромкам привода (5 или 7) и суппорт 4 или разделки с постоянным усилием ка ет р ка 6 перемещает датчик в сторо- Щ счет подпружиненных рычагов 26 и л ем за поддержания наиболее ну уменьшения сигнала и восстанов- 29, возможность под е ления нулевого положения преобра- оптимального по технологии сва ки зователей 25 и 24. положения электрода относительно огни сварки

Команда на перемещение электро- каждой из кромок разделки независимо да к правой кромке разделки од- - ф5 :от усадки ширины разделки в процессе

9 841838 1О сварки. Это положение достигается введением двух преобразователей 24, поочередно подключаемых к системе приводом 5 корректора, а также регулируемых упоров 36 и 37, фиксирующих положение корпуса датчика соответственно у левой и правой кромок разделки. Благодаря копированию данной кромки оптимальное положение электрода сохраняется в течение всего процесса сварки, что обеспечивает качественную сварку крайних валиков. удобство ввода и вывода датчика из разделки за счет фиксации рычага в среднем положении (параллельно разделке) путем установки ролика 18 подпружиненными рычагами 26 и 29 в положение, определяемое упором 32, а также корпуса датчика в среднее положение при помощи упороа 38 и 39 при отключенных пневмоцилиндрах 34 и 35.

Формула изобретения

1. Сварочная головка для многопроходной сварки глубоких разделок, содержащая эЛектрод и смонтированный на кронштейне корпус датчика положения свариваемых поверхностей, выполненного в виде двуплечего рычага, на одном иэ плеч которого закреплен щуп, а на другом плече смон.тирована вилка с взаимно перпендикулярными парами лепестков, а также установленных в корпусе между указан- ными лепестками преобразователя поперечных перемещений щупа и преобразователя продольных перемещений щупа в электрические сигналы, о т л ивЂ” ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества сварки путем исключения влияния криволинейности свариваемых поверхностей, корпус датчика положения сварйваемых поверхностей установлен на кронштейне с воэможностью поворота в плоскостй перпендикулярной йаправлен ию перемещения электрода, на плече рычага датчика положения - свариваеьых поверх-" ностей, оснащенного вилкой, закреплен ролик, а в корпусе указанного датчика шарнирно yciàíîâëåíû два под пружиненных рычага," взаимодействующих о с роликом.

2. Головка по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем,,что," с целью повышения точности расположения электрода относительно каждой из кромок разделки, в корпусе датчика положения

15 свариваемых поверхностей смонтирован дополнительный преобразователь поперечных перемещений щупа в электрические сигналы, установлейный между соответствующими парами лепестков

20 вилки рычага параллельно укаэанному преобразователю поперечных перемещений щупа в электрические сигналы.

3. Головка по п. 1, о т л ивЂ” ч а ю щ а я с я reM,что,с целью упро25 щения установкищупа в положение сварки,в корпусе датчик"положения св ари- ваемых поверхностей смонтировай регулируемый упор для фиксации положения одного из подпружиненных рычагов, причем сила сжатия пружины указанного рычага равна двум силам сжатия пружины второго подпружиненного рычага.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 438505, кл. В 23 К 31/06, В 23 К 37/02, G 05G 21/00, 10.08.72;

2. Патент CDJA Р 3857080, 40 кл.318-681, 1974,3. Авторское свидетельство СССР .по заявке;.. 9 2663678, кл. В 23 К 9/10, 18.09.78.

Сварочная головка для многопроходнойсварки глубоких разделок

Похожие патенты: