книги из ГПНТБ / Севбо П.И. Комплексная механизация и автоматизация сварочного производства

В описанных выше станках наплавку валков можно произво­ дить только при их горизонтальном положении. Между тем многие валки сортопрокатных станов имеют ручьи, поверхность которых нельзя наплавить при горизонтальном положении оси валка. Для наплавки таких валков выпускаются специальные станки (рис. 75) серии КЖ-34А, позволяющие наклонять ось валка на любой прак­ тически необходимый угол в обе стороны от горизонтали. С этой целью весь центровой вращатель станка, состоящий из передней 2 и задней 5 бабки, смонтирован на поворотной траверсе (станине) 6, которая может поворачиваться вместе с наплавляемым валком на угол ± 70° от горизонтали. Следовательно, станок имеет два меха­ низма вращения: первый — для вращения валка вокруг его собст­ венной продольной оси (центровой вращатель); второй — для его поворота относительно поперечной горизонтальной оси 7 (механизм наклона валка). При наплавке цилиндрических поверхностей валка последний устанавливается и вращается в горизонтальном положе­ нии. При этом сварочная головка в процессе наплавки перемещает­ ся вдоль оси валка в соответствии с заданным шагом наплавки. При наплавке радиусных ручьев валок устанавливается так, чтобы центр окружности ручья совпадал с осью поворота валка 7. Сва­ рочная головка 3 при этом неподвижна, а валок, вращаясь вокруг собственной оси, в то же время поворачивается на шаг наплавки при каждом обороте валка. Чтобы можно было совместить центр кривизны ручья с осью наклона валка, предусмотрен специальный подъемный механизм с суппортом 8, осуществляющим перемещение центрового вращателя относительно оси его поворота.

Для подогрева валка при наплавке предусмотрен кольцевой индуктор 4, а для снятия шлаковой корки — специальный механи­ ческий коркосниматель 1.

Размеры наплавляемых на этом станке валков значительно мень­ ше, чем на предыдущем: диаметр 250—600 мм и длина до 3000 мм при весе до 4 т.

Описанные выше станки для наплавки прокатных валков яв­ ляются до известной степени универсальными, так как рассчитаны на достаточно широкий диапазон типоразмеров наплавляемых валков. В отличие от них станок КЖ-50 (рис. 76) узко специализи­ рован для наплавки рабочих поверхностей валков пильгерстана 6, имеющих сложную пространственную кривизну. По своей компо­ новке и отчасти по конструкции он напоминает станок КЖ-34А (см. рис. 75), но в отличие от него снабжен электромеханическим программным устройством, которое обеспечивает точное копирова­ ние электродом наплавляемой поверхности с сохранением горизон­ тальности наплавляемого в данный момент элемента поверхности. Это обстоятельство имеет особое значение для дуговой сварки под

268

флюсом, так как при данном способе сварки (или наплавки) недо­ пустимы никакие наклоны сварочной ванны из-за ее жидкотеку­ чести. В связи с этим техника автоматической наплавки валков пильгерстана значительно сложнее, чем валков с постоянным ра­ диусом. Кроме обычной кинематики сварочных движений н регуля­

рно. 76. Станок для наплавки валков пильгерстана.

рования известных параметров режима, при автоматической на­ плавке пилигримовых валков приходится учитывать переменную величину и скорость смещения электрода с зенита. Для выполне­ ния всех необходимых движений наплавочной головки и наплавляе­ мого валка в станке предусмотрены соответствующие электропри­ воды, управление которыми осуществляется программным устрой­ ством, обеспечивающим строгую последовательность их включения и синхронность действия.

269

Исполнительным органом перемещения наплавочной головки 5 является кинематическая система из трех суппортов 4 с электро­ приводами 3, позволяющими перемещать головку в пространстве по трем взаимно перпендикулярным направлениям.

Исполнительными органами для перемещений наплавляемого валка являются механизм вращения валка 1 вокруг его продольной оси и механизм наклона валка 2 относительно перпендикулярной

Рис. 77. Установка для наплавки лопастей гидротурбин.

оси. Таким образом, станок имеет пять исполнительных механизмов движения и соответственно пять электроприводов, управляемых программным устройством. Это устройство выполнено в виде пяти­ дискового командного аппарата, который и осуществляет заданную программу перемещений головки и валка. Программа задается про­ филированными дисками (программоносителями), воздействующими на микровыключатели в соответствии с кривизной наплавляемой поверхности. Меняя диски командоаппарата, их профиль и взаимное расположение, можно изменять и программу перемещений. Ротор командоаппарата с его дисками (кулачковыми шайбами) насажен на шпиндель передней бабки станка и, следовательно, вращается синхронно с наплавляемым валком.

Совершенно другую конструкцию имеет установка для обли­ цовочной антикавитационной наплавки лопастей гидротурбин (рис. 77), также имеющих сложную пространственную кривизну. Эта установка, как и станок для наплавки пильгервалков, снаб­ жена устройством, с помощью которого автоматически поддержи­ вается горизонтальность наплавляемого в данный момент участка

270

лопасти и в то же время сохраняется постоянной скорость наплав­ ки. Однако по принципу действия это устройство резко отличается от аналогичного устройства в описанном выше станке. Если в стан­ ке для наплавки пильгервалков исполнительные механизмы дейст­ вуют по жесткой, заранее заданной программе без обратных связей, то в рассматриваемой установке они работают по следящей системе с обратной связью. Датчиками следящего устройства являются две пары следящих (копирных) роликов 6, опирающихся на наплавляе­ мую поверхность и реагирующих на углы ее наклона в двух взаим­ но перпендикулярных вертикальных плоскостях. При отклонении поверхности от горизонтали на предельно допустимый угол (2—3°) или при переходе наплавочной головки 5 на наклонный участок лопасти соответствующая пара роликов или, точнее, соединяющие их балансирные планки наклоняются и при своем повороте воздей­ ствуют на электрические контакты, которые управляют соответст­ венно двумя исполнительными поворотными механизмами. Эти ме­ ханизмы поворачивают лопасть в нужном наплавлении до тех пор, пока не будет восстановлена горизонтальность наплавляемой пло­ щадки. Оба поворотных механизма смонтированы комплектно в ви­ де манипулятора 9 с двумя взаимно перпендикулярными осями поворота. Наплавляемая лопасть крепится на планшайбе манипу­ лятора.

С несущей конструкцией роликовых датчиков 6 жестко связана наплавочная головка 5, образующая с ними механическую плаваю­ щую систему, опирающуюся на изделие, подобно сварочному трак­ тору. Головка 5 прикреплена к свободно плавающей по вертикали штанге 4, которая, в свою очередь, связана с плавающей по горизон­ тали консолью 8. Направляющая гильза штанги закреплена на ка­ ретке 7, которая может свободно передвигаться по горизонтальной консоли 8. Консоль прикреплена к каретке 1, которая может сво­ бодно передвигаться по горизонтальным направляющим, закреп­ ленным на подъемной траверсе 3 портальной станины 2.

Таким образом, сварочная головка получает свободу «плава­ ния», т. е. пространственного перемещения параллельно самой себе, и следит за наплавляемой поверхностью. Скорость наплавки, т. е. скорость движения головки относительно наплавляемого изделия, задается скоростью принудительного вращения опорного ходового ролика головки, сцепляющегося с изделием и ведущего головку по изделию (система сварочного трактора). Равномерное вращение ходового ролика осуществляется электроприводом с регулируемой скоростью, равной скорости сварки. Благодаря такой системе отно­ сительного движения сварочной головки с одновременным «плава­ нием» ее в пространстве периодические движения лопасти при ее на­ клонах не влияют на скорость наплавки и на весь процесс наплавки.

271

Поэтому все эти движения могут производиться без обрыва дуги и без прекращения процесса наплавки. Это позволило исключить простои установки при кантовочных операциях, и следовательно, повысить ее производительность. С той же целью (повышения про­ изводительности) процесс ведется по методу широкослойной на­ плавки ленточным электродом. При этом ширина слоя составля­ ет до 100 мм с минимальной глубиной проплавления основного металла, что весьма важно с точки зрения уменьшения вредного термического влияния на основной металл.

Недостатком описанной плавающей системы является переменное положение в пространстве зоны сварки, а следовательно, и положе­ ние сварщика (иногда на значительной высоте).

Задача автоматизации наплавки поверхностей или контуров сложной кривизны может быть решена и другими способами, на­ пример С помощью следящих копировальных устройств, подобных тем, которые применяются в металлорежущих станках. В этих си­ стемах траектория перемещения наплавочной головки относитель­ но изделия определяется формой копирного шаблона, по кривой которого скользит щуп датчика, управляющего исполнительным приводом. Такая система управления является следящей. Щуп датчика как бы следит за положением головки и устраняет ее от­ клонения от заданного положения, стремясь свести величину рас­ согласования к нулю.

В наплавочных станках наиболее применимы электромеханиче­ ские копировальные системы. В этих системах палец электроконтактного датчика скользит по копирному шаблону или диску заданного профиля и управляет соответствующими электроприво­ дами, перемещающими головку в нужных направлениях. Благода­ ря наличию обратной связи траектория движения головки геомет­ рически подобна траектории датчика, а следовательно, и контуру копирного шаблона. Такие системы копирования могут приме­ няться в станках для наплавки фасонных штампов. Недостат­ ком этих систем является то, что датчик следит не за наплавля­ емой поверхностью, а за копирным шаблоном, кривизна которого не может быть идентична фактической кривизне наплавляемой поверхности или свариваемого шва со всеми их неточностями.

Для автоматической наплавки ручьев профилированных прокат­ ных валков задача копирования профиля успешно решается с по­ мощью безынерционного дифференциального механизма (рис. 78). Металлический щуп (палец или ролик) 4, упирающийся в копирный профильный шаблон 5 и скользящий по нему, жестко связан

272

с подвижной наплавочной головкой 6. Последняя прикреплена по­ следовательно к двум взаимно перпендикулярным суппортам и, следовательно, может перемещаться по двум направлениям: гори­ зонтальному — вдоль оси валка х — х — и вертикальному — вдоль оси у. Любое наклонное движение головки вдоль профиля наплав­ ляемого ручья 7 может быть получено геометрическим суммирова­ нием координатных движений

В данной конструкции (рис. 78) роль дифференциала выполняет специальная червячная пара с длинным червяком 2. Во время ра­ боты червяк все время вращается в одну сторону. Что же касается червячного колеса 3, то в зависимости от положения щупа 4 на копнрном шаблоне оно может либо вращаться вокруг своей оси и тогда наплавочная головка движется вертикально, либо быть не­ подвижным относительно своей оси, головка, при этом перемещается горизонтально. В последнем случае червячное колесо служит гай­ кой, в которую ввинчивается червяк аналогично ходовому винту

273

суппорта. На наклонных участках траектории оба движения со­ вмещаются в соответствующих долях.

Итак, в данной конструкции червячная пара 2, 3 служит распре­

КЖ 970Н.

При всей простоте и надежности это устройство обладает одним существенным недостатком. Дифференциальный механизм, как из-

Рнс. 79. Векторные диаграммы копировальных устройств.

вестно, слагает координатные скорости арифметически, а не геомет­ рически, обеспечивая постоянство их арифметической суммы ѵх -}- Ѵу = const. Между тем для постоянства контурной — вектор­ ной— скорости в данном случае необходимо постоянство геометри­

ческой суммы ] / -f v2y = const так как результирующая (век­

торная) скорость и = V ѵ\ + ѵ\- Благодаря этому в станках с рас­

сматриваемым копировальным устройством результирующая ско­ рость перемещения наплавочной головки непостоянна и зависит от ее направления. При одинаковых передаточных числах обеих кинематических цепей и, следовательно, при одинаковой кинемати­ ческой скорости обоих суппортов, равной ѵ0 (скорости любого из суппортов при заторможенном втором), результирующая скорость

ле 45°). В этом легко убедиться при сопоставлении векторных диа­

2)-f- ѵ2 = const (рис. 79, б), следовательно, результирующая

скорость постоянна и не зависит от направления. Для рассматри­ ваемой системы величина скорости в любой точке копируемого про-

274

филя определяется выражением

машин IV класса может служить любая многоэлектродная машина, в частности машина для точечной сварки деталей самоходного ком-

Рис. 80. Многоэлектродная контактная машина для точечной сварки битера самоходного комбайна.

байна (рис. 80). Эта машина предназначена для сварки кожуха би­ тера и приварки к нему четырех лопастей. Толщина свариваемых деталей 1,4— 2 мм. Кожух сваривается одним рядом точек, а каж­ дая лопасть приваривается двумя рядами точек — по 24 точки в ря­ ду. Сварка каждого ряда производится в две стадии с перемещением изделия вдоль ряда электродов на расстояние, равное шагу между точками. Такая последовательность сварки объясняется тем, что расстояние между электродами равно двойному шагу точечного шва. На более близком расстоянии электродные блоки не разме­ щаются.

Машина имеет 12 пар электродов, питаемых от шести сварочных трансформаторов мощностью по 100 та каждый. Вторичное напря-

275

жение регулируется переключателем ступеней путем изменения числа последовательно включенных в сеть витков первичной обмот­ ки сварочного трансформатора. Пневматический привод машины обеспечивает плавное изменение усилия на электродах в пределах до 750 кГ и дополнительный ход верхних электродов, необходимый для свободного поворота изделия. С помощью машины закрепля­ ются изделия в требуемом положении в зазоре между электродами и производится автоматическая сварка одного ряда точек. Поворот

изделия для каждого последующего ряда производится вручную. Заданная последовательность операций цикла сварки с плавным регулированием их длительности обеспечивается блоком реле вре­ мени. Машина снабжена транспортным устройством в виде специ­ ального стола с роликами для подачи изделия в машину и выдачи его на поток.

Для электроннолучевой сварки трубок с трубными досками при­ меняется специализированная установка У-74 (рис. 81). В состав установки входят: вакуумная камера 5, выполненная в виде верти­ кального цилиндрического сосуда с разъемом по образующей; от­ катная часть 2, в состав которой входит двухкоординатный стол 3 с суппортами и центросместителями, а также привод вращения стола 1. Установка снабжена вакуумной системой, блоком питания, электронной сварочной пушкой 4 и источником питания.

Собранное под сварку изделие (две трубные доски, соединенные трубками) устанавливается на стол вертикально в специальной

276