CZ419798A3 - Zařízení pro svařování třením za pohybu - Google Patents

Description

Zařízení pro svařování třením za pohybu

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro svařování třením za pohybu, které obsahuje svářecí sondu, řídící jednotku která řídí svářecí sondu, pracovní stůl, který podpírá svařovaný obrobek nebo obrobky a nejméně jedno upínací zařízení pro upnutí obrobků navzájem a nebo k pracovnímu stolu a nebo obrobku k pracovnímu stolu v průběhu svařování.

Stav techniky

Termín třecí svařování za pohybu označuje způsob svařování, při kterém jsou spojované obrobky podél linie spoje plastifikovány přívodem tepla vzniklého třením otočné svářecí sondy, která je uzpůsobena pro pohyb podél spoje mezi oběma obrobky a zároveň tlačí proti obrobkům. Tak, jak je popsáno v přihláškách vynálezů WO 93/10935 a WO 95/26254, by měla být svařovací sonda vyrobena z tvrdšího materiálu než je materiál obrobku a v průběhu svařování by měly být obrobky pevně zajištěny, jak navzájem jeden k druhému, tak k pracovnímu stolu. V tomto ohledu se tato technologie odlišuje od obvyklého třecího svařování u kterého se třecí teplo vytváří relativním vzájemným pohybem obrobků a jejich stlačením k sobě, tj. třecí teplo je tvořeno pouze dvěma prvky, které jsou spojovány navzájem. Svařovací technika, která odpovídá svařovací technice podle výše uvedených přihlášek • · · · » * « • · » · · · vynálezů je používána pro svařování různých materiálů například plastů, kovů a tak podobně a v různých provedeních , např. ke spojování obrobků, k opravě trhlin v obrobcích atd. Uspořádání svařovací sondy je upraveno podle svařovaného materiálu a podle uvažovaného použití.

Vytlačované hliníkové tvarované dílce a nebo vytlačované tvarové dílce ze slitin hliníku jsou důležité jako stavební prvky při výrobě lodí, železničních vagónů, mostů, ropných plosin atd. a to z pohledu jejich odolnosti proti korozi, malé hmotnosti atd. Protože rozměry tvarovaných dílců vyráběné v současnosti technikou vytlačování jsou poměrně malé, a protože metody svařování používané v současnosti pro spojování hliníkových tvarovaných dílců nedokáží provést zcela uspokojivý spoj s ohledem na pevnost, povrchovou úpravu a deformace má hliník omezené použití navzdory výše uvedeným výhodám, které materiál má.

Provedením spoje za použití techniky třecího sváření za pohybu, má spodní lícová strana jemnou a hladkou povrchovou úpravu a z toho vyplývá i málo míst s koncentrací zatížení. Kromě toho pevnost spoje, vyrobeného touto spojovací metodou je téměř stejná jako pevnost základního materiálu. Při spojování hliníkových tvarovaných dílcům s použitím techniky sváření podle výše zmíněných přihlášek vynálezů se setkáme s problémem, že tato svařovací technika může být použita při svařování obrobků oddělených velmi úzkou mezerou. Jestliže vzduchová mezera překročí kritickou hodnotu, která kromě jiného závisí na tloušťce plechu z kterého je

• · · · • · ♦ • · · · « tvarový dílec vyroben, pak vyrobený spoj má vnitřní dutiny a zhoršenou pevnost. V důsledku toho, že vytlačované hliníkové tvarované části nemohou být vyrobeny stávajícími výrobními postupy se zcela s přesnými rozměry, je požadována taková jejich předběžná úprava, aby se vyhnulo příliš velkým mezerám mezi tvarovanými částmi. TO je obzvláště důležité v případě vzájemného svařování podlouhlých tvarovaných částí, u kterých se dokonce i malé deformace mohou zvýšit na nepřijatelné odchylky. Při výrobě hliníkového oplechování trupu lodě, mají hliníkové tvarované dílce šířku například 300 mm a délku 12 m. Dalším problémem se kterým je možno se setkat při třecím svařování je, že deformace tvarovaných dílců se mohou objevit také v průběhu vlastního svařování, neboť svařované části jsou vystaveny účinkům tepla. Nicméně velikost, těchto deformací je nižší než v případě MIG a nebo TIG svařování, protože teplota nikdy nedosáhne bodu tání. Nicméně výsledek může být takový, že rozměry výsledného výrobku se nedostanou do vnitřního pásma rozsahu přijatelných tolerancí, navzdory předběžné úpravě tvarovaných dílců. S tímto problémem je možné se setkat též v případech, když je rozsah dovolené odchylky výsledného výrobku nižší, než je dovolená odchylka u požitého obrobku.

Podstata vynálezu

Jedním z cílů uvedeného vynálezu je zařízení pro třecí sváření, umožňující, obrobky byly spolu k sobě svařeny tak, že vyrobit aby dva výsledný výrobek poskytuje vysokou pevnost při poklesu vnitřního rozsahu dovolených odchylek bez toho, še by se tvarované dílce musely podrobit předběžné úpravě ve specielních zařízeních, která předcházejí svářecímu zařízení a nebo mezi jednotlivými svařovacími operacemi. Tímto způsobem výroby se snižuje čas výroby tak jako i cena.

Dalším cílem uvedeného vynálezu je poskytnout zařízení pro třecí sváření za pohybu na kterém je možné vyrobit konečný výrobek, který má užší rozmezí dovolené odchylky než použitá jednotlivá dílčí část.

V souladu s uvedeným vynálezem je těchto cílů dosaženo prostřednictvím zařízení na třecí sváření za pohybu tak, jak bylo definováno v úvodu, přičemž se toto zařízení vyznačuje tím, že má také frézovací místo.

Začlenění frézovacího místa do zařízení je vhodné k provádění frézovacích úkonů před a nebo po každém samostatném svařování, což zajistí přijatelné rozmezí dovolené odchylky jak u jednotlivých hliníkových tvarovaných dílců, tak i vytváří hliníkové panely bez toho, aby části a nebo panely musely procházet přes vnější zařízení pro předběžnou a nebo dodatečnou úpravu. Další výhodou je, že hliníkové profilované dílce jsou po úpravě ofrézováním tak přímé, že vnitřní mezery mezi obrobky nepřekročí hodnotu, při které je vyroben špatný spoj.

• a * φ vyměnitelná za výše je výhodné, když je řídící jednotkou

Svářecí sonda může být uvedený frézovací nástroj a frézovací nástroj řízen obsluhující svařovací sondu, a nebo jsou alternativně svařovací sonda a frézovací nástroj řízeny samostatnou řídící jednotkou. V druhém případě může být frézovací nástroj v sousedství svařovací sondy a nebo vzdáleně, od svářecí sondy.

umístěn odděleně,

Zařízení může být provedeno s vybráním v pracovním stole před frézovacím nástrojem proto, aby frézování mohlo být provedeno na celou tloušťku obrobku. V tomto případě musí být pracovní poloha frézovacího nástroje oddělená od pracovní polohy svářecí sondy, neboť v průběhu svařování je nezbytné, aby strana pracovního stolu určená jako strana podpěrná pro spoj byla rovná proto, aby se dosáhlo hladké přední strany spoje. Upínací zařízení může být umístěno ve stejné a nebo odlišné poloze v průběhu svařování, a frézování, zatímco obrobek musí zaujmout odlišnou boční polohu v průběhu svařování a frézování a to jako výsledek deaktivace respektive aktivace upevňovacího zařízení, kterým se provede uvolnění a připevnění obrobku.

Zařízení může také obsahovat rozpěrný prvek, který je umístěn uprostřed mezi obrobkem a pracovním stolem v případě, když je frézovací nástroj v pracovní poloze. Následkem tohoto uspořádání může upevňovací zařízení a obrobek zaujmou tutéž boční polohu v průběhu svařování a frézování, a je možno se vyhnout bočnímu přemístění ·«· ··· · · · · ♦ · · φ φ · Φ··« φ · · · • · · ··· « » t »»·»·· ««···· · · φ lt ΦΦ · · ··· · φ · upevňovacího zařízení. To se jeví konstrukční výhodou.

značnou

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude následně popsán v podrobnějších detailech s odkazy na připojené výkresy, které zobrazují jednotlivá provedení vynálezu v souladu s vynálezem.

Na obrázcích	je znázorněno:
Obr. 1	je boční pohled na první	provedení
zařízení pro třecí svařování za pohybu podle
vynálezu, svařováni.	zařízení je znázorněno	v poloze
Obr. 2a	je zvětšený detail části	zařízení
podle obr. 1	•
Obr. 2b	znázorňuje tutéž část jako	obr. 2a,
ale zařízení	je znázorněno v poloze frézování.

Obr. 3a provedení, kdy frézování.

znázorňuje je zařízení příčný řez znázorněno dalšího v pozici

Obr. 3b znázorňuje třetí provedení zařízení v poloze frézování.

Obr. 4 znázorňuje příčný řez čtvrtého provedení zařízení, znázorňující zařízení v poloze kdy je prováděno jak svařování tak frézování.

0 0 0

Příklady konkrétního provedení

0*00 0 0 «

0 1

První realizace zařízení znázorněná na obr. 1 je upravená ke svařování hliníkových vytlačovaných tvarovaných dílců do tvaru hliníkových panelů 3. Výrazem hliník je zde označován bud' čistý hliník a nebo slitina hliníku s dalším kovem, například hořčíkem. Počet hliníkových tvarovaných dílců, které jsou svařovány k sobě je určen šířkou použitého tvarovaného dílce, která může například být 300 mm při její délce 12 m a požadovanou šířkou výsledného panelu. Výroba panelu je prováděna tak, že se přivaří nový hliníkový tvarovaný dílec nejbližšího předcházejícího jak je znázorněno na obrázku

1, přičemž tento nejblišší předcházející tvarovaný dílec byl předtím přivařen k pravé krajní hraně předcházejícího tvarovaného dílce. Jinými slovy vyráběného tvarovaného hliníkového s každou šířkou přivábeného k pravé krajní hraně tvarovaného dílce tak, řečeno, šířka dílu vzrůstá tvarovaného dílce

V souladu s příkladem znázorněným na obrázku 1 probíhá výroba panelu 3 rozšířením o jeden tvarovaný svařování dílců. Po dílec a tak panel svařování je vlevo tak, přerušovaně o šířku po ukončení probíhajícího obsahuje pět tvarovaných panel přesunut jak je znázorněno na obr. 1, pomocí ovládaného řetězového dopravníku odpovídající šířce použitého tvarovaného dílce. V tomtéž okamžiku je vložen nový hliníkový tvarovaný dílec pomocí podávacího zařízení 40, které je upraveno pro posouvání podél nosníku 41, který je pevně připojen k nosné konstrukci 50 zařízení.

« 4*4« 4444 · 4 4 • 44 444 a · 4 ··· 444 • 44444 4 · a

44 44 4 4 44 44

V průběhu svařování je hliníkový tvarovaný dílec společně s rozpracovaným hliníkovým panelem 3 pevně přidržována k pracovnímu stolu 7 upevňovacími prostředky 5 a 6. Upevňovací prostředky 5 a 6 obsahuji trojúhelníkově tvarované přítlačné členy, které pomocí ramen 8 a 9 a přítlačných válců 10 a 11 přidržují obrobky 2 a 3 v průběhu svařování. Přítlačné válce 10 a 11 jsou připojeny k pracovnímu stolu 7 a nebo k nosné konstrukci 50 zařízení. Přítlačné členy jsou uspořádány mezi obrobky v párech, čelní plochou podél hran spoje. Vzdálenost os dvou sousedních párů přítlačných členů je přibližně 500 mm, což záleží na individuálním případě. Vzhledem k omezenému přístupovému prostoru je každý přítlačný člen 5 ovládán samostatnými přítlačným válcem 10, zatímco dva sousední přítlačné členy 6 jsou ovládány společným přítlačný válcem 11 prostřednictvím ramene 9. Z tohoto důvodu má rameno tvar písmene U, kde jsou přítlačné členy připojeny k přírubám ramene a přítlačný válec ke stojině ramena. V tomto případě pracovní stůl obsahuje pevnou vodorovnou desku zařízení Ta, na které je napevno umístěna podpěrná tyč 7b.

Spoj mezí tvarovaným dílcem a panelem 3 je vyrovnán a seřízen s podélnou osou podpěrné tyče, přičemž obrobky nejsou umístěny přímo na pracovním stole, ale na podpěrné tyči uložené mezi stolem a obrobkem pro zajištění přesné vzdálenosti. Je mnohem vhodnější přemístit v porovnání menší podpěrnou tyč než celý pracovní stůl s tím, že horní část podpěrné tyče bude vystavena poškození v průběhu výroby panelu. Hliník je velmi měkký kov a plastifikace v průběhu svařování způsobí to, že přijme tentýž tvar jako má horní povrchu podpěrné tyče, a následná některá snížení v horní ploše • · ·» » fe »··· · fe · ··· · · fe · · · · • · · i · fe ···· · « « · • ·· · · · fe ·· ······ ···«·· · fe · fe· ·· ·· fefefe ·· fe · podpěrné tyče se opakují na spodní straně panelu. Standardní kvalita hotového hliníkového panelu se tak může snížit.

Svařování je prováděno pomocí svařovací sondy 12 provedené tak, jak je znázorněno na obr. 2a, s tělem 12a sondy ve tvaru válce a s připojeným hrotem 12b, přičemž hořejší část těla sondy je připojena k otáčejícímu vřetenu 13, ovládanému neznázorněnou řídící jednotkou, a pohonným motorem a podepřená na jezdci 14 . Jezdec se pohybuje podél obrobků 2 a 3 za pomoci neznázorněné řídící jednotky. Tělo a hrot svařovací sondy mohou být vytvořeny tak, jak vyplývá z provedeni zveřejněném v přihláškách vynálezů WO 93/10935 nebo WO 95/26254.

Pro zajištění správné pozice svařovací sondy ke spoji mezi obrobky po celé jeho délce je jezdec 14 připojen k pracovnímu stolu 7 dvěmi vodícími patkami 15a a 16a, pohybujícími se ve vodících drahách 15b a 16b umístěných podél příslušného pracovního stolu. Toto zařízení umožňuje přímkový pohyb vzhledem k pracovnímu stolu.

Na obrázku 1 je též znázorněn rozpěrný prvek 17, který je pevně připevněn k držáku 18 . Přítlačný válec 19 přemisťuje každý rozpěrný prvek z nečinné polohy { znázorněno plnou čarou ), ve které je rozpěrný prvek umístěn mimo opěrnou tyč, do polohy v záběru ( znázorněno čerchovaně ) , ve které je rozpěrný prvek umístěn na hořejší části podpěrné tyče. V této poloze je rozpěrný prvek umístěn po celé délce podpěrné tyče, což je v tomto případě 16 m a. počet držáků je určen délkou podpěrné tyče, což je v tomto případě šesti držáky.

0

0 0 0 0 0

Na obrázku 2b je svařovací sonda 12 nahrazena obvyklým frézovacím nástrojem 20, který je podobně jako svářecí sonda spojen s vřetenem 13 a tak řízen řídící jednotkou vřetene. U tohoto provedení se svářecí poloha shoduje s polohou frézování. Držák 18 zaujme polohu v záběru a rozpěrný prvek 17 je umístěn na horní část podpěrné tyče 7b. Tak je rozpracovaný panel oddělen od horního povrchu podpěrné tyče. Výsledkem tohoto opatření je, že je odstraněno nebezpečí nežádoucího opracování podpěrné tyče, a že je možné frézovat i spodní hranu pravého okraje obráběného kusu bez rizika současného frézování horního povrchu podpěrné tyče. V průběhu frézování je panel 3 upevněn k podpěrné tyči 7b pomocí přítlačných prostředků 6 tak, aby později zaujal tutéž polohu k ose c podpěrné tyče v průběhu svařování tak, jak je znázorněno na obrázku 2a.

Na obrázku 3a je rozpěrný prvek nahrazen vybráním ve tvaru drážky 21, která je provedena po celé délce podpěrné tyče 7b. Pří svařování se hliník přizpůsobí tvaru horního povrchu tyče a proto drážka nesmí být umístěná v poloze podpěrné tyče, která slouží jako forma pro obrobky 2 a 3. Následkem tohoto je, že poloha pří frézování je oddělená od polohy při frézování a vzdálenost podélné osy c podpěrné tyče od vnitřní hrany drážky 21 musí být větší a nebo rovná vzdálenosti, výše uvedené osy c a vnější hrany svářecí sondy. Místo frézování, tak jako panel 3 musí být přesunuto do leva v porovnání s polohou znázorněnou na obr.2b. Při tomto provedení je panel 3 upnut k podpěrné tyčí přítlačnými prostředky 6 tak, aby zaujal tutéž polohu k podélné ose c podpěrné tyče jako v průběhu svařování a frézování tak, jak je znázorněno na obr. 2a a nebo 2b. Avšak přítlačné ·* 9»

9 « • 9 9 9 9

9 9 <

9 9 9 • · »9 9 9

9*9 prostředky musí být uvedeny v činnost a uvolněny tak, aby bylo umožněno bočnímu posunu obrobku v době mezi svářením a frézováním. Následkem tohoto se frézovací nástroj pohybuje blíže k přítlačnému zařízení než je tomu u předcházejícího provedení, což způsobuje problémy tehdy, když obrobky spojované svařováním jsou z tenkého plechu. U tenčích obrobků musí být upínací zařízení umístěno blíže ke svařovací sondě tak, aby bylo schopno držet obrobky na místě í přes působení značných sil v průběhu svařování, a pro menší dostupný prostor musí být přizpůsoben frézovací nástroj především tehdy, když je používán frézovací nástroj běžných velikostí. Proto, aby byly odstraněny tyto problémy, může být navrženo upínací zařízení tak, aby bylo možno ho umístit v různých pozicích v průběhu svařování a frézování tak, jak je znázorněno na obrázku 3b.

Tak jak je znázorněno na obrázku i, může být samostatný frézovací nástroj a samostatné frézovací zařízení 22 řízené řídící jednotkou 23 a v tomto případě je oddělen od svářecí sondy. Následkem tohoto uspořádání je to, že v tomtéž čase, když je hliníková tvarovaný dílec svařován k rozpracovanému hliníkovému panelu 3, může být jeho krajní levá hrana podrobena vyrovnávacímu frézování, které zvýší rychlost výroby. Ačkoli je frézovací nástroj řízen oddělenou jednotkou řízení, je zajisté možné umístit ho přilehle k svářecí sondě.

Když je předem určený počet hliníkových tvarovaných dílců svařován na hliníkový panel požadované velikosti, jsou zpočátku dvě profilované hliníkové části upevněny v zařízení jl pomocí přítlačných prostředků 5 a 6 zajišťujících, aby mezera mezi krajními hranami, které jsou obráceny • 9 *

9« 99 • 9 · • 9 9 9 9 • 9 9 * • 9 9 ·

99 • 9 ««··

9 • »»» • 9 « 9 • 9 9 ··» ·

k sobě nepřekročila vzdálenost při které je vyroben spoj nedostačujíc! kvality. Tak, jak je znázorněno na obrázku 2a, je mezera vyrovnána s podélnou osou c podpěrné tyče 7b. Kritická šířka mezery je závislá na tloušťce plechu tvarovaných dílců a v případě tloušťky plechu asi 6 mm je kritická velikost mezery asi 1 mm. Svařování je prováděno pomocí svařovací sondy otáčející se určenou rychlostí, zatímco se zároveň pohybuje podél mezery předem určenou rychlostí. Tak, jak je uvedeno v úvodu, jsou krajní hrany tvarovaných dílců plastifikovány a zároveň tlačeny dohromady. Po ztuhnutí a homogenizaci má spoj vysoko pevnost. Když svařovací sonda 12 projde podél celého spoje a celé svařováni je tak hotovo, jsou uvedeny do činnosti přítlačné válce 10 a 1£ proto, aby uvolnily přítlačné prostředky 5 a 6 s tím, ze právě vyrobený hliníkový panel 3 je uvolněn z. pracovního stolu a je posunut řetězovým dopravníkem ý vlevo tak, jak je zobrazeno na obrázku 1, o vzdálenost odpovídající Šířce hliníkového tvarovaného dlíce, dovolující, aby panel byl svařen takovým způsobem ,jak je popsáno, k novému tvarovanému dílci, který je dodán podávacím zařízením £0. Když jsou svařeny například Čtyři tvarované dílce navzájem, je pravá krajní hrana takto vyrobeného panelu snímána se zřetelem na její přímost, a před svařováním jsou odstraněny frézováním pomocí frézovacího nástroje 20 odchylky překračující předem stanovenou velikost tak, jak je znázorněno na obrázcích 2b, 3a a 3b, a nebo je souběžně se svařováním provedeno frézování pomocí odděleného frézovacího zařízení 22 tak, jak je znázorněno na obrázku 4. Ό provedení podle obrázku 2b je požadováno, aby rozpěrný prvek 17 byl pomocí držáku 18 umístěn pod panel 3 před jeho uchycením pomocí přítlačných prostředků 6. Když je zařízení • · · provedeno podle obrázku 3a, musí být před frézováním vřeteno 13, tak jako i panel 3, přemístěn vlevo tak, jek je znázorněno na obrázku. V souladu s provedením na obrázku 3b musí být přítlačné prostředky 6 před frézováním přemístěny doleva tak, jak je znázorněno na obrázku. Podle těchto tří provedeních je frézování provedeno před tím, než je nová hliníkový tvarovaný dílec upnut na svém místě pomocí přítlačných prostředků 5 a toto zařízení se tedy nestřetává s frézováním.

Po frézování je frézovací nástroj 2_0 vyměněn za svářecí sondu 12, načež je opakována svářecí operace až do okamžiku, kdy je nutno provést další korekci frézováním. Četnost opakování frézování je zřejmě určena výrobní přesností tvarovaných dílců a požadovanou kvalitou výsledného hliníkového panelu.

Rozsah vynálezu není omezen pouze na výše popsaná provedení, ale může být obměňován v rámci prostoru vymezeného připojenými nároky. Tak například může být svářecí sonda automaticky vyměňována za frézovací nástroj, namísto vyměňování manuelního, pomocí neznázorněného výměnného zařízení. Zařízení může být použito ke vzájemnému svařování obrobků vyrobených z jiného kovu než z hliníku a nebo z jiných slitin, například z titanu a nebo oceli. Zpravidla se zařízení používá ke vzájemnému svařování dvou obrobků dohromady, tak jako ke svařování rozpracovaného hliníkového panelu a nového hliníkového tvarovaného dílce, ale může být rovněž tak dobře použito na opravu trhlin vytvořených v obrobku a nebo v hotovém hliníkovém panelu.

Claims (6)

1. Patentové nároky (upravené znění)

   1. Zařízení pro svařování třením za pohybu sestává ze svařovací sondy (12), řídící jednotky (13), která řídí svařovací sondu, pracovního stolu (7), který podpírá svařovaný obrobek nebo obrobky a z nejméně jednoho přítlačný prostředek (5, 6) pro upevnění obrobků navzájem a/nebo k pracovnímu stolu v průběhu svařování vyznačující se tím, že obsahuje též frézovací nástroj (20, 22) a dále obsahuje rozpěrný prvek (17), umístěný mezí obrobkem a pracovním stolem (7) v době, kdy je frézovací nástroj (20, 22) umístěn v pracovní poloze, přičemž se poloha při svařování v podstatě shoduje s polohou při sváření.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že svařovací sonda (12) je vyměnitelná za frézovací nástroj (20) a tento frézovací nástroj je řízen řídící jednotkou (13) svařovací sondy.
3. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že svařovací sonda (12) a frézovací zařízení (22) jsou řízeny samostatnými řídícími jednotkami.
4. 4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že frézovací zařízení (22) je umístěno v sousedství svařovací sondy (12) .

   v * ·«·· · · · · • · · · · • · · · · » · · • ·· ··· ··· • · · · «« »*« · · **
5. 5. Zařízení podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že přítlačné prostředky (6) jsou umístěny při svařování i při frézování v téže poloze.
6. 6.Zařízení podle nároku 1-4, vyznačující se tím, že přítlačné prostředky jsou sestaveny pro zaujmutí odlišné polohy při svařování a při frézování.