Устройство для поперечных колебаний сварочной горелки

 

Изобретение относится к сварке и наплавке и может быть использовано в сварочных автоматах для поперечных колебаний сварочной горелки. Цель - обеспечение независимой регулировки амплитуды и радиуса колебаний . Устройство содержит приводы 3 и , 11 для вращения и перемещения кулачка 5 с изменяющимся эксцентриситетом вдоль оси, параллельной оси горелки. Устройство снабжено шарниром 18, выполненным с возможностью перемещения вдоль двуплечего рычага 13. Шарнир 18 перемещается в пазах неподвижной опоры. Устройство позволяет регулировать скорость перемещения горелки по дуге окружности, изменять радиус колебаний, регулировать амплитуду колебаний в процессе сварки. 1 з,п. ф-лы, 13 ил. (Л ел 00 ел ел 17

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ . РЕСПУБЛИК (S1}4 В 23 К 9 30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4290099/31-27 (22) 27.07.87 (46) 23.02.89 . Бюп. У 7

{7!) Ждановский металлургический институт и Производственное объединение "Ждановтяжмаш" (72) О.Д.Темирбек, С.В.Гулаков, Н.М.Попченко, В.И.Ажажа и Ю.Л.Шишкин (53} 621.791.75.03(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 419337, кл. В 23 К 9/30,11.12.70 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОПЕРЕЧНЫХ КОЛЕБАНИЙ СВАРОЧНОЙ ГОРЕЛКИ (57} Изобретение относится к сварке и нанлавке и может быть использовано в сварочных автоматах для попе„„SU„„1459 55 А1 речных колебаний сварочной горелки °

Цель — обеспечение независимой регулировки амплитуды и радиуса колебаний. Устройство содержит приводы 3 и .

11 для вращения и перемещения кулачка 5 с изменяющимся зксцентриситетом вдоль оси, параллельной оси горелки.

Устройство снабжено шарниром 18, выполненным с возможностью перемещения вдоль двуплечего рычага 13. Шарнир

18 перемещается в пазах неподвижной опоры. Устройство позволяет регулировать скорость перемещения горелки по дуге окружности, изменять радиус колебаний, регулировать амплитуду колебаний в процессе сварки. 1 з п. ф-лы, 13 ил.

1459855

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при сварке и наплавке с колебаниями сварочной горелки.

Целью изобретения является обесЪ печение независимой регулировки амплитуды и радиуса колебаний.

На фиг. 1 представлено устройство для поперечных колебаний сварочной

° горелки, общлй вид,.на фиг.. 2 - сечение А-А на фиг. 1 на фиг. 3 - схема перемещения шарнирной опоры и взаимодействия двуплечего рычага с кулачком; на фиг. 4 — схема взаимодействия двуплечего рычага с кулачком при отсутствии колебаний; на фиг. 5 — схема колебаний сварочной горелки при различных положениях опорного шарнира; на фиг. 6 — схема формирования сварочной ванны при движении электрода по траектории с радиусом R „ на фиг. 7 — конфигурация сварочной ванны при движении электрода по траектории с радиусом К,; на 25 фиг ° 8 — схема формирования свароч" ной ванны при движении электрода по траектории с радиусом Rz R„. на фиг. 9 — конфигурация сварочной ванны при движении электрода по траекто- 30 рии с радиусом R ; на фиг. 10 — сва-. рочная ванна по фиг.. 7, поперечное сечение; на фиг. 11 — сварочная ванна по фиг. 9, поперечное сечение; на фиг. 12 — график зависимости амплитуды колебаний горелки от угла поворота кулачка; на фиг. 13 — график зависимости амплитуды колебаний горелки от перемещения кулачка вдоль.оси горелки. 40

Устройство содержит корпус 1, в ко ором установлен вал 2 с приводом

3 вращения. На валу 2 по шпонке 4 по-. сажен кулачок 5, выполненный в виде цилиндра с Осью вращения наклонной 45 к продольной оси горелки 6. При этом эксцентриситет кулачка 5 колебаний зависит от его положения в вертикальной плоскости. В верхней части кулачок 5 имеет участок 7 без эксцентри» 50 ситета и паэ 8 для размещения вилки

9, связанной с механизмрм подъема и опускания кулачка 5, состоящим из винта 10 и привода 11. Кулачок 5 контактирует своей профильной поверхностью с копирным роликом 12, предназначенным для передачи колебаний через двуплечий рычаг 13 с подвижной осью 14 вращения на сварочную горел- ку 6. Копирный ролик 12 прижимается к профильной поверхности кулачка 5 пружиной 15. Непосредственно у копирного ролика 12 на двуплечем рычаге 13 размещена фиксирующая опора

16 с роликом 17, при помощи которых рычаг 13 опирается на основание корпуса 1. Подвижная ось 14 вращения, относительно которой совершает колебания двуплечий рычаг 13, проходит через шарнир 18, имеющий гладкое отверстие в горизонтальной плоскости для прохождения двуплечего рычага 13 и отверстия с резьбой в вертикальной плоскости: верхнее для ввинчивания винта-цапфы 19, нижнее для ввинчивания цапфы 20. Шарнир 18 фиксируется в неподвижной опоре 21, закрепленной на корпусе 1 и содержащей направляющие пазы 22 и 23. В направляющих опоры 21 посредством паза 24 расположен резьбовой хвостовик 25, который фиксируется в данном положении гайкой 26. Внутри резьбового хвостовика 25 установлен винт-цапфа 19. Направляющий паз 23 опоры 21 фиксирует цапфу 20, ввинченную в нижнюю часть шарнира 18 . Горелка 6 содержит электр род 27.

Устройство работает следующим обI разом.

Электрод 27 подается к месту сварки (наплавки) через сварочную горелку 6. Последняя, будучи жестко закрепленной на двуплечем рычаге 13, осуществляет колебания, поворачива» ясь вокруг оси 14, проходящей через оси винтов-цапф 19 и 20. Колебания рычага 13 задаются вращающимся кулачком 5. Рычаг 13 своим контактным роликом 12 постоянно прижимается пружиной 15 к рабочей поверхности кулачка 5. Вращение кулачка осуществляется от отдельного привода 3 посредством приводного вала 2 и скользящей шпон ки 4. Опора 16 своей массой уравновешивает массу сварочной горелки 6 при максимальном удалении от нее шарнира 18. При повороте двуплечего рычага 13 опора 16 перекатывается по основанию корпуса t контактным роликом 17. При этом амплитуда колебаний зависит от двух факторов: величины радиуса колебаний R сварочной горел.ки 6 и положения кулачка 5 в вертикальной плоскости, характеризуемого с высотой Н. Изменение амплитуды колебаний в зависимости от кулачка 5

1459855 связано с изменением его эксцентриситета. На схемах (фиг. 4 и фиг. 5) показано взаимодействие двуплечего рычага 13 с кулачком 5 при различных положениях кулачка 5 и шарнира 18 .

Сечение рабочей. поверхности кулачка

5 (фиг. 4) заштриховано при Н = О. В данном сечении осуществляется кон-.. такт двуплечего рычага 13 через копирный ролик 12 с образующей поверхностью кулачка 5. В этом случае эксцентриситет равен нулю (е = О) и, следовательно, вращение кулачка 5 не приводит к колебаниям двуплечего рычага 13 при любых значениях радиуса

R. Сечение рабочей поверхности кулачка 5 заштриховано (фиг. 5) при его подъеме на высоту Н = Н,. При таком положении кулачка 5 контакт копирно- 2О го ролика 12 двуплечего рычага 13 осуществляется с образующей кулачка

5, имеющей эксцентриситет е = е „, что приводит к колебаниям двуплечего рычага вокруг шарнира 18 с амплиту- 25 дой, зависящей от радиуса колебаний

R. Например, при определенном значении величины подъема кулачка 5Н = Н,, при R = R „, амплитуда колебаний сварочной горелки равна А, (фиг. 5), а gp при R = Rìèêñ

При движении электрода 27 по дуге окружности радиуса (фиг, 6), возникает поток в элементарном объеме жидкого металла 28, образовавшемся в активной зоне плавления непосредственно под сварочной дугой и направленном в сторону, противоположную вектору скорости перемещения электрода

27, а затем образуется результирую- 4О щий поток. Между вектором скорости еремещения элементарного объема металла v и;и прямой, параллельной границе проплавления основного металла, образуется угол Н,(угол 45 встречи потока с границей основного металла). Угол n „ определяет условия взаимодействия потока элементарного объема перегретого жидкого металла с твердой стенкой нерасплавленного металла и существенно влияет на формирование общего результирующего потока металла в сварочной ванне. Тепловые и гидродинамические условия в элементарном объеме жидкого металла характеризуются высокими значениями температуры и скорости движения расплавленного металла, поэтому угол встречи потока с границей основного металла существенно влияет на условия теплообмена на границе сплавления и массообмена в сварочной ванне и определяет ее конфигурацию 29, а также качество формирования, состав и свойства наплавленного металла. При движении электрода ?7 по дуге окружности радиуса R (Р Е,) угол, образованный между вектором скорости перемещения элементарного объема металла v „., и прямой, параллельной границе проплавления основного металла, меньше угла d Изменение угла e(z по сравнению с d существенно влияет на процесс взаимодействия потока в элементарном объеме жидкого металла с твердой стенкой нерасплавленного основного металла и приводит к изменению результирующего потока металла в сварочной ванне. При этом существенно изменяется конфигурация сварочной ванны (фиг. 8 и 9), Кроме того, уменьшение радиуса колебаний электрода при прочих неизменных параметрах, приводит к уменьшению ширины сварочной ванны, увеЛичению времени пребывания сварочной дуги вблизи линии сплавления (в плоскости наплавки) и изменению формы проплавления (Р„ ) в поперечном сечении (фиг. 10 и 11), В общем случае эона проплавления в поперечном сечении характеризуется максимальной аакс мин

h „и минимальной h „глубинами проплавления. Увеличение времени пребывания дуги вблизи линии сплавления, вызванное уменьшением радиуса колебаний электрода, приводит к ухудшению стабильности проплавления в поперечном сечении, т.е. увеличению 4 h „p

Макс мин

= h „ — h „О . Таким образом, изменение радиуса колебаний электрода при неизменных других параметрах режима приводит к изменению всех характеристик сварочной ванны и зоны проплавления, качества формирования наплавленного металла, его состав и свойств. Эффект влияния радиуса колебаний увеличивается с увеличением амплитуды. Исходя из этого,.устройства для колебаний электрода должны обеспечивать возможность независимоro регулирования в широких пределах радиуса и амплитуды колебаний электрода.

Амплитуда колебаний сварочной горелки при постоянном радиусе R имеет прямо пропорциональную зависимость от

1459855

5 высоты подъема кулачка 5 (фиг. 13) и достигает максимального значения при

Н Н „ . Эта зависимость для минимального радиуса выражена прямой ЗЙ, 5 а для максимального радиуса — прямой

33. Амплитудные характеристики процесса колебаний в зависимости от ко- ординат генератора при различных ра- . диусах могут быть выражены семейст. вом прямых, находящихся между прямыми 32 и 33. Радиус колебанийК свароч= ной горелки 6 зависит от положения подвижного шарнира 18 и колеблется от R ц„до К акс(фиг. 3 и 5) . При 15 постоянном положении шарнира 18 и кулачка 5 в случае Н 0 координаты сварочной горелки зависят от угла поворота кулачка 5 (фиг. 5 и 12)..

Максимальное отклонение сварочной 20 горелки 6 при вращении кулачка 5 имеет место при ч= ГI2 и u=

3/2 я (фиг. 12) . Координаты экстремальных точек С и 0 зависят от радиуса и определяют амплитуду коле- 25 баний сварочной горелки.

Используя график (фиг. 13), зная радиус колебаний R и координаты кулачка 5 Н, можно определить амплитуду колебаний А сварочной горелки. 30

Из графика видно, что изменение амплитуды при постоянных координатах кулачка 5 может быть достигнуто за счет изменения радиуса. Например, при координатах генератора Н Н величина амплитуды при минимальном радиусе R = К„ „ равна А>, а при мак/ мин симальном радиусе - А . При постоянном радиусе изменение амплитуды колебаний осуществляется за счет из- дб менения координат, кулачка 5. При радиусе R = К „„ изменение координат кулачка 5 от 0 до Н приводит к увеличению амплитуды колебаний от 0 до

Аь 4S

Особый случай представляет изменение радиуса колебаний при постоянной амплитуде. Для того, чтобы изменение радиуса колебаний не привело к изменению амплитуды; необходи- 50 мо соответствующим образом изменить координаты кулачка 5. При изменении радиуса колебаний от К А,„„ до R макс для поддержания амплитуды на постоянном значении, например А = А 4, необходимо координаты кулачка 5 изменить с Н,, до Н (фиг. 13).

Для получения симметричных колебаний относительно линии перемеще6 ния сварочного автомата производится настройка устройства. Настройка осуществляется на участке 7 кулачка

5, имеющим эксцентриситет, равный нулю.

Перемещение кулачка 5 вдоль оси— вращения осуществляется от отдельного привода 11 при помощи винта 10 и вилки 9, входящей в паз 8. Дпя контроля величины амплитуды колебаний на корпусе 1 имеется шкала, а на вилке 9 — указывающая стрелка. Ради» ус колебаний изменяется следующим способом: опускается винт-цапфа. 19 и гайка 26, шарнир 18 перемещается в пазах 22 и 23 неподвижной опоры

21 и фиксируется снова гайкой 26.

Винтом-цапфой 19 в шарнире 18 фиксируется двуплечий рычаг 13.

Устройство позволяет в широких пределах управлять скоростью перемещения сварочной горелки по дуге окружности, изменять радиус колебаний, регулировать амплитуду в процессе сварки или наплавки при постоянном радиусе. Регулирование технологических и кинематическнх параметров обеспечивает управление формированием.сварочной ванны и наплавленного металла, позволяет получить рабочую поверхность различной конфигурации (применение предлагаемого устройства обеспечивает, например, реализацию способа изготовления прокатного валка с нанесением профилированной по синусоидальному закону рабочей поверхности).

Устройство позволяет восстанавливать и изготавливать технологическое оборудование с различным комплексом свойств рабочей поверхности, обеспечивающим увеличение производительности и улучшение условий его работы, Устройство предназначено для работы в комплекте с серийным сварочным оборудованием.

Формула изобретения.

1. Устройство для поперечных колебаний сварочной горелки по дуге окружности с переменным радиусом, содержащее кулачок с приводом вращения, связанный через двуплечий рычаг со сварочной горелкой, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения независимой регулировки амплитуды и радиуса колебаний, оно

1459855

Фиг.2 снабжено неподвижной опорой с направлякицими пазами, а двуплечий рычаг снабжен шарниром установленным с возможностью перемещений и фиксирования в направляющих пазах относительно двуплечего рычага, кулачок выполнен цилиндрическим с осью вращения, наклоненной к продольной оси горелки, и установлен с возможностью перемещения параллельно оси горелки.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что шарнир снабжен резьбовым хвостовиком с гайкой, расположенными в направляющем пазу неподвижной опоры, и винтом-цапфой, расположенным внутри хвостовика.

1459855

1459855

Фиг. 12

Заказ 397/ 13 Тираж 892 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 лр

Фиа)0

Составитель П.Пенчук

Редактор И.Шулла Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Патай

Ор

Фиа11 .