книги из ГПНТБ / Чвертко А.И. Установки и станки для электродуговой сварки и наплавки

нии таких механизмов привод ролика является приводом сварочного движения.

При постоянной скорости вращения ролика скорость пе­ ремещения его оси относительно копируемой поверхности ос­ тается постоянной независимо от кривизны этой поверх­ ности.

Для электродуговой сварки бортовых швов стальных канистр угольным электродом в среде углекислого газа (станки типа А465 и А668) и алюминиевых канистр вольфра­ мовым электродом в среде аргона (станок А595) созданы станки, в которых применен описанный принцип копи­ рования [27].

Станок для сварки канистр (рис. 90) состоит из специаль­ ного вращателя, сборочно-сварочного приспособления (кон­ дуктора) с пневмомеханическим зажимом изделия, сварочной головки, аппаратуры для подвода защитного газа и системы управления, аппаратура которой смонтирована в станине.

Для перемещения электрода по линии шва имеется ко­ пир, контур которого соответствует контуру шва. Привод­ ной копирующий ролик, ось вращения которого не меняет своего положения относительно сварочной головки, переме­ щается относительно профиля копира с постоянной скоростью иведет головку вдоль линии шва, чем обеспечивается постоян­ ная скорость сварки. Проскальзывание между роликом и ко­ пиром исключается благодаря наличию цевочного зацепле­ ния между звездочкой, сидящей на одной оси с копирующим роликом, и рядом цевок, оси которых лежат на продолже­ нии рабочей поверхности копира. Сварочная головка имеет две степени свободы в плоскости, параллельной плоскости шва: по горизонтали и по вертикали.

При сварке прямолинейных участков шва изделие не­ подвижно, а при сварке закруглений — поворачивается вокруг горизонтальной оси. Скорость поворота изделия та- і-фя, что за время поворота изделия на 90° головка завари­ вает закругление шва.

Подача электрода по мере его обгорания осуществляется периодически реечным механизмом вручную. Скорость свар­ ки угольным электродом 84—140лг/ч, вольфрамовым —64— 120 міч. Производительность станка: при сварке двадцати­ литровых канистр — 60 изделий/ч; а при сварке десятилитрРвых — 80 изделий/ч.

Аналогичный принцип копирования применен в станке Р917 для автоматической электродуговой сварки овальных

130

со

1 — б а л а н с и р ; 2 — « п л а в а ю щ а я » р а м а с о п о р а м и в р а щ е н и я и з д е л и я ; 3 — р а с п о р н о е п о д к л а д н о е к о л ь ц о ; 4 — о п о р н ы й р о л и к к о п и р а ; 5 — к о п и р ; 6 — п р и в о д н о й р о л и к к о п и р а ; 7 — с в а р о ч н ы е г о л о в к и .

швов алюминиевых цистерн (рис. 91). На станке одновремен­ но можно сваривать два шва; производительность его — 4 изделия/ч.

Изделие, собранное на прихватках, зажимается в центрах

сваркой.

Этот же принцип копирования применен в станке А450 (рис. 92) для приварки крышек прямоугольных конденса­

132

торов. Сварка выполняется угольным электродом в среде углекислого газа. Станок состоит из сварочной головки, механизма перемещения свариваемого изделия и станины,

вкоторой смонтирована электроаппаратура системы управ­ ления и газовая аппаратура. Во время сварки сварочная головка неподвижна, а изделие перемещается под электро­ дом с помощью специального механизма, который состоит из привода сварочного движения, приводной звездочки, опорного кольца (погона), имеющего три степени свободы, и сменного зажимного приспособления с копиром. Сменное приспособление крепится на погоне. В верхней части при­ способления имеются базовые поверхности и зажимы для фиксации и крепления изделия. В нижней части приспособ­ ления установлен копир и ряд цевок, оси которых представ­ ляют поверхность, эквидистантную линии шва. Приводная звездочка обеспечивает перемещение изделия со скоростью сварки (53—200 м/ч) под неподвижной сварочной головкой. Зацепление звездочек с рядом цевок обеспечивается нали­ чием неприводного копирного ролика и поверхностью копира. В процессе сварки изделие проворачивается вместе

спогоном (координата а), а ось изделия перемещается парал­ лельно самой себе благодаря наличию еще двух степеней свободы ф и Ѳ.

Вэтом станке предусмотрена также автоматическая кор­ ректировка положения сварочной горелки по изделию с по­ мощью шарнирной подвески сварочной головки и прямого копирования действительного контура изделия под центром зоны сварки. Производительность станка — до 40 изделий/ч.

Для сварки мелких изделий, имеющих коробчатую форму

сзакругленными углами, из нержавеющей стали и других металлов в США разработан сварочный станок с комбиниро­ ванным приводом сварочного движения [46].

Станок (рис. 93, а) имеет загрузочное устройство, сва­ рочную горелку с приводами сварочного движения и необ­ ходимую аппаратуру управления.

Загрузочное устройство представляет собой салазки с приводом от пневмоцилиндра, которые в левом положении обеспечивают свободный доступ к изделию для установки его в положение сварки, а в правом — вводят изделие под сварочную горелку. На салазках смонтировано зажимное устройство, обеспечивающее фиксацию изделия (рис. 93] б).

Сварочная горелка смонтирована на шпинделе, который,

всвою очередь, расположен на двухкоординатном суппорте.

133

Для изменения и фиксации угла q> наклона оси горелки (к вертикали) и радиуса, описываемого концом электрода при вращении шпинделя, имеется специальное устройство. Ве­ личина хода по каждой из координат (х и у) двухкоординат­ ного суппорта настраивается с помощью конечных выклю­ чателей. При сварке вначале происходит перемещение горелки по координате х, затем поворот шпинделя горелки на угол 90° (координата а), перемещение горелки по коор­ динате у, после чего снова следует поворот шпинделя го­ релки на 90° и так до окончания сварки. Предусмотрена воз­

можность независимой ре­ гулировки скорости линей­ ного и углового перемеще-

Рис. 93. Станок для сварки мелких изделий коробчатой формы (США):

а — о б щ и й вид; б — с х е м а д в и ж е н и я с в а р о ч н о й г о р е л к и о т н о с и т е л ь н о и з д е л и я .

ния горелки с тем, чтобы выбрать скорости сварки, соот­ ветствующие разным условиям теплоотвода на прямолиней­ ных участках шва и на закруглениях.

Таким образом, в этом станке изделие неподвижно,

горелки к вертикали — до 45°.

Этот станок более универсален, чем станок А450, но име­ ет значительно более сложную схему управления.

134

Для автоматизации сварочного движения по сложным траекториям могут найти применение устройства с направля­ ющими, ось которых изогнута в соответствии с заданной траекторией движения. Такие устройства для газовой рез­ ки и сварки выпускает фирма Gulley (Канада). Недостат­ ком их является невозможность применения для траекторий с малыми радиусами кривизны или с изломами под углом [42].

Значительный практический интерес представляет собой автоматизация наплавки ручьев сортопрокатных валков, рабочая поверхность которых является поверхностью тела вращения со сложной образующей, по которой необходимо автоматически перемещать точку наплавки, не прекращая вращения наплавляемого изделия.

Наплавка валка сортопрокатного стана, осуществляемая с предварительным и сопутствующим подогревом валка до температуры 400° С, представляет собой трудоемкий про­ цесс, продолжающийся иногда десятки часов. Поэтому важ­ нейшее значение приобретает автоматизация процесса соб­ ственно наплавки, позволяющая увеличить производитель­ ность, улучшить качество наплавки, а также облегчить труд наплавщика.

Для комплексной автоматизации наплавки ручьев слож­ ной конфигурации при горизонтальном расположении оси валка необходимо обеспечить автоматическое перемещение точки наплавки вдоль наплавляемого контура с заданной скоростью üK0HT (постоянной или изменяющейся по опреде­ ленному закону); автоматическое изменение угла наклона оси электрода вокруг точки наплавки в зависимости от угла а между осью валка и касательной к наплавляемому про­ филю в точке наплавки (угол подъема профиля);автомати­ ческое поддержание постоянной скорости наплавки при из­ менении диаметра валка в месте наплавки; автоматический контроль диаметра валка в процессе наплавки и управление скоростью перемещения точки наплавки вдоль контура, а также другими параметрами режима наплавки для обеспе­ чения минимального припуска на последующую механиче­ скую обработку; автоматическое удаление шлаковой корки (при наплавке под флюсом); автоматическую подачу флюса и его удержание; автоматическое поддержание заданной тем­ пературы валка; надежное возбуждение дуги.

Кроме этого, необходимо обеспечить возможность на­ плавки с ручным управлением перемещениями наплавоч-

135

ңого аппарата, а также проверки настройки системы путем быстрого обхода контура ручья без наплавки.

Наплавка ручьев сортопрокатных валков при горизон­ тальном положении оси валка в процессе наплавки позво­ ляет значительно упростить конструкцию наплавочного

4 — к а р е т к а в е р т и к а л ь н о г о с у п п о р т а ; 5 — н а п л а в о ч н а я г о л о в к а ; ff — щ у п ; 7 — к о п и р ; 8 — к о п и р у ю щ е е у с т р о й с т в о ; 9 — д и ф ф е р е н ц и а л ; 10 — п р и в о д д и ф ф е р е н ц и а л а ; 11 — б л о к у п р а в л е н и я п р и в о д а м и ; 12 — н а п л а в л я е м о е и з д е - л й е . ^

станка, но усложняет технологию, технику наплавки, а также комплексную автоматизацию процесса.

На рис. 94 представлены структурные схемы систем пря­ мого и непрямого копирования, которые могут быть приме­ нены для автоматизации перемещения точки наплавки вдоль образующей наплавляемой поверхности вращения [8].

Системы копирования прямого действия. В простейшей системе (рис. 94, а) горизонтальная подача является задаю­ щей и осуществляется от электрического или другого при­ вода с постоянной скоростью ѵѵ = const. Вторая (вертикаль­

136

ная или наклонная) подача — следящая; скорость этой" подачи определяется профилем копира и величиной уг; сле­ дящая подача осуществляется под действием собственноговеса наплавочной головки или энергии сжатой (растянутой) пружины.

Если угол ß между направлениями задающей и следя­ щей подач равен 90°, то скорость перемещения точки на­ плавки вдоль наплавляемого контура (скорость копирова­ ния) определяется соотношением

где а — угол подъема профиля.

Система копирования с углом между подачами ß = 90° (рис. 94, а) не нашла применения при наплавке валков из-за значительного колебания скорости копирования (при а = = 45° увеличение скорости копирования составляет 41 %)

Очевидно, что пконт. шіп = 0,707 ѵр при а = 45° и ß = 45°, а £>конт. max = ѵт при а = 90° и ß = 45°.

Таким образом, коле'бание скорости копирования в пре­ делах 0 С сс С 90° составляет примерно 30%, причем ско­ рость копирования уменьшается.

Недостатком системы является необходимость поворота направляющих следящего движения на 90° (ß = 45°) при переходе от наплавки правой стороны ручья валка к на­ плавке левой стороны.

Этого недостатка лишена система прямого копирования

сприводом горизонтального и вертикального перемещений от дифференциального механизма, предложенная В. К. Кобызевым [15].

При вращении входного вала дифференциала (рис. 94, б)

спостоянной скоростью ѵпр арифметическая сумма гори­ зонтальной и вертикальной скоростей постоянна, т. е.

137

В идеальном случае (силы трения отсутствуют) при ко­ пировании наклонного участка контура непрерывно вра­ щаются оба выходных вала дифференциала, однако практи­

Следовательно, колебание скорости копирования в данной системе составляет примерно 30% (скорость копирования уменьшается), что является недостатком системы.

Данное устройство может быть использовано для ав­ томатизации наплавки профилей, у которых угол подъема постоянный либо близок к 0 или к 90° с небольшим переход­ ным участком («ящичные» калибры), а также во всех случа­ ях, когда колебание скорости копирования в указанных пределах не имеет значения.

В Институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР разработана копирующая приставка А971М (рис. 95) [27], в основу которой положена система прямого копирования [15], предложенная В. К. Кобызевым.

Приставка представляет собой дифференциальный меха­ низм с двумя выходными валами, один из которых предна­ значен для перемещения электрода по вертикали, другой — по горизонтали. Копирование осуществляется перемещением копирного пальца приставки по шаблону, соответствующему калибру валка. Мундштук наплавочной головки, жестко связанный с копирным пальцем, при движении повторяет форму калибра, заданную шаблоном.

Наибольшая высота наплавляемого калибра — 150 мм, наибольший размер калибра по горизонтали ■—250 мм, ско­ рость перемещения точки наплавки вдоль образующей ка­ либра — 54—1820 мм/ч.

Системы копирования непрямого действия (рис. 94, а). Наплавочная головка перемещается по горизонтали и вер­ тикали соответствующими приводами. Вместе с головкой движется копирующее устройство, щуп к-оторого может

138

изменять свое положение относительно корпуса, жестко связанногос наплавочной головкой. Щуп находится в кон­ такте с неподвижным копиром, и любое изменение положе­ ния щупа относительно корпуса копирующего устройства, возникшее в результате взаимодействия щупа и копира, вы­ зывает рассогласование в схеме управления приводами го-

Рис. 95. Схема копирующей приставки А971М:

/ — в е р х н и й с у п п о р т ; 2 — д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы й м е х а н и з м ; 3 — к о п н р н а я п л а н а ка; 4 — н и ж н и й с у п п о р т ; 5 — м е х а н и з м п о д а ч и ; 6 — п у л ь т у п р а в л е н и я .

ризонтального и вертикального перемещения. Схема по­ строена таким образом, что приводы при их работе уменьшают возникающие рассогласования. При этом наплавочная го­ ловка и, следовательно, конец электрода движутся по тра­ ектории, идентичной траектории центра щупа.

Описанная система в зависимости от принципа получения сигнала рассогласования может быть с электрическим, гид­ равлическим или пневматическим управлением. Для обес­ печения постоянства скорости копирования ѵкстт необхо­ димо, чтобы горизонтальная ѵр и вертикальная ѵв скорости

139