устройство для сварки трением

Формула изобретения

Устройство для сварки трением, содержащее зажимы для свариваемых деталей, привод их осевого сжатия и механизм создания поворотно-колебательного движения одного из зажимов, отличающееся тем, что механизм создания поворотно-колебательного движения выполнен в виде двух шпинделей, один из которых полый и связан с зажимным устройством, двух приводных валов с уравновешивающими грузами и эксцентриками, шатунов, связывающих эксцентрики с вторым шпинделем, коромысел, закрепленных на шпинделях, и тяг, связывающих коромысла между собой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для сварки трением и предназначено для сваривания крупногабаритных деталей, например труб промысловых нефте- и газопроводов, сваркой трением с помощью поворотно-колебательного движения.

Известна машина для сварки трением с помощью поворотно-колебательного движения (см. патент Франции N 1598847, МПК В 23 К 19/00,1970) сварки трением с колебательным перемещением заготовки, в котором свариваемая заготовка совершает колебательные перемещения, оставаясь все время в контакте трения с другой свариваемой заготовкой.

Предлагаемое устройство содержит регулируемое приспособление связанное с колебательным элементом и приводной механизм, также связанный с колебательным элементом и служащий для регулирования амплитуды его колебаний между максимальной и нулевой величинами. Регулируемое устройство обеспечивает прекращение колебательного перемещения между заготовками, причем в конце периода сварки возможно обеспечить взаимное положение свариваемых заготовок.

Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет сваривать длинномерные заготовки (детали) такие, как, например, трубы.

В качестве прототипа принят патент США N 4163516, кл. В 23 K 19/02,1979), согласно которому для соединения металлов в твердом состоянии располагают плоские поверхности обрабатываемых деталей одну параллельно другой в разреженной среде, прикладывают осевую нагрузку на одну из обрабатываемых деталей для прижатия указанных поверхностей вместе. Во время приложения нагрузки придают одной из обрабатываемых деталей колебания с поворотным движением с максимальным интервалом в пределах одного градуса поворота и прекращают колебания по осуществлению твердой связи.

Недостатком этого способа является то, что устройство для его осуществления обладает большой сложностью из-за необходимости иметь герметичную камеру для создания разреженной среды. Эта камера имеет отверстие (окно) для помещения свариваемых деталей в зону сварки устройства, которое герметизируется на время проведения сварки. Кроме того, при передаче одной из свариваемых деталей осевого движения, а другой колебательного кругового движения, камера снабжена сложными герметизирующими уплотнениями через которые и передаются движения на свариваемые детали. Сам факт наличия разреженной среды требует сложной системы создания разрежения как минимум вакуумного насоса. Это устройство обладает низкой производительностью, так как на установку свариваемых деталей в герметичную камеру и создания разреженной среды необходимо дополнительное время.

Одним из главных недостатков данного устройства является то, что оно имеет узкие технологические возможности по размерам свариваемых сечений. Для решения этой технической задачи машина для сварки трением, как и прототип, содержит шпиндель с зажимом для свариваемой детали, а также приводной шпиндель, связанный посредством кривошипно-шатунных механизмов с эксцентриками на двух приводных вала. Эксцентрики на этих валах повернуты друг относительно друга на 180^o и уравновешиваются неподвижно закрепленными уравновешиваемыми грузами. В отличие от прототипа рабочий шпиндель связан с приводным посредством коромысел, закрепленных на шпинделях, и связанных друг с другом тягами.

Предлагаемое устройство схематически изображено на фиг. 1, а на фиг. 2 представлена кинематическая схема.

На фиг. 1, 2 обозначено: 1 полый рабочий шпиндель; 2 свариваемая деталь-труба; 3- силовые эксцентрики; 4 приводные валы; 5 шатуны; 6 - приводной шпиндель; 7 проушина коромысла приводного шпинделя; 8 тяга; 9 - проушина коромысла рабочего шпинделя; 10 зажим свариваемой детали; 11 - уравновешивающие массы; 12 подшипники качения; 13 коромысло приводного шпинделя; 14 коромысло рабочего шпинделя; 15- устройство осевого сжатия для неподвижной детали.

Предлагаемая сварочная машина содержит рабочий полый шпиндель 1, сквозь который проходит одна из свариваемых деталей труба 2. Диаметр рабочего шпинделя 1 определяется, главным образом, размерами свариваемых деталей 2. Детали 2 закреплены одна в шпинделе 1, а другая в устройстве осевого сжатия 15 с помощью зажимов 10. Рабочий шпиндель 1 связан с приводным шпинделем 6 через кинематическую цепь; коромысло рабочего шпинделя 14, тяга 8, коромысло приводного шпинделя 13.

В машине, изображенной на фиг. 1 и 2, коромысла 13 и 14 имеют симметричные плечи, равные друг другу. В принципе возможно и несимметричное устройство, т. е. коромысла 13 и 14 будут иметь по одному плечу, причем коромысло 14 будет иметь несколько проушин 9 на разных расстояниях от рабочего шпинделя 1. В этом случае, имея набор тяг 8 разной длины, можно изменять передаточное число, а следовательно, и угловую амплитуду колебаний рабочего шпинделя 1 при неизменной амплитуде приводного шпинделя 6. Приводной шпиндель 6 посредством шатунов 5 и подшипников 12 связан с эксцентриками 3 на двух приводных вала 4. На каждом из приводных валов 4 неподвижно закреплены уравновешивающие массы 11. При этом эксцентрики 12 и массы 11 на каждом из валов 4 повернуты на 180^o друг относительно друга. Устройство работает следующим образом. Свариваемые детали, например трубы, закрепляют в зажимах 10. Один из зажимов связан с устройством осевого сжатия 15, а другой расположен на рабочем шпинделе 1. При включении привода приводных валов 4 последние вращают эксцентрики 3. При этом приводной шпиндель 6 через силовые эксцентрики 3, подшипники 12 и шатуны 5 приобретают круговое колебательное движение с определенной угловой амплитудой, определяемой величиной эксцентриситета эксцентриков 3.

Круговое колебательное движение свариваемой детали 2, помещенной в рабочий шпиндель 1, осуществляется от приводного шпинделя 6 по следующей кинематической цепи. Шпиндель 6 коромысло 13 шпинделя 6 проушина 7, тяга 8, проушина 9 коромысло 14 рабочего шпинделя 1.

При этом для машины, изображенной на фигурах, угловая амплитуда колебаний рабочего шпинделя 1 совпадает с амплитудой колебаний приводного шпинделя 6.

Передача посредством коромысел и тяг более надежна, чем цепная. Кроме того, выполнив коромысло 14 рабочего шпинделя 1 с несколькими проушинами на разной длине плеча коромысла и имея набор тяг 8 разной длины, можно менять угловую амплитуду рабочего шпинделя 1, т.е. передаточное число, как и в прототипе, с тем же техническим эффектом.

Из практики известно, что детали, подлежащие сварке при одной и той же площади сварки имеют различную конфигурацию и размеры. Например, одна из нефтепромысловых труб имеет длину 12 м, наружный диаметр 114 мм, толщину стенки 4,5 мм при площади сварки 154,7 мм². Такую же площадь сварки имеет крышка гидроцилиндра с наружным диаметром 83 мм при толщине стенки 6,75 мм. Для сварки этих деталей нужны машины одинаковой мощности, но существенно различающиеся размерами и конструкцией.

В предлагаемом устройстве при минимальных для данного сечения сварки размерах эксцентрикового механизма, шатунов и их подшипников возможна сварка деталей большого диаметра и длины. Для этого размеры коромысла 13 приводного шпинделя 6, коромысла 14 и рабочего шпинделя 1 выбирают из конструктивных соображений и в зависимости от размеров свариваемых деталей. Появляется принципиальная возможность изготавливать приводную силовую часть в виде отдельного узла, а конструкцию рабочего шпинделя изменять в соответствии с размерами свариваемой детали. В результате получают машины различного назначения.