RU2137579C1

RU2137579C1 - Device for assembly intended for welding, method of welding with use of device

Info

Publication number: RU2137579C1
Application number: RU98104302A
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Казаков; К.Б. Корягин; А.В. Саутов; Ю.А. Малютин
Original assignee: Научное конструкторско-технологическое бюро "ПАРСЕК" при Тольяттинском политехническом институте
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 1999-09-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: device has frame with supports shaped as angle pieces and with locks. Threaded rod is secured in middle of one of ledges of every support perpendicularly to ledge. It is inserted in hole made in frame and secured on frame with lock nuts. Locks are made as flexible, for example rubber, band with loops at its ends. Catches shaped as rods or hooks are mounted on ledges of supports for engagement with loops of locks. In welding, every joint of parts is divided into four sections. First section on side of lock is welded, then section on side of support ledge opposite to lock. This done, section on other side of lock is welded, and weld on side of second ledge of support completes welding of joint. Application of every weld on side of support ledges is started at time within which metal of weld applied on side of lock is in temperature range of plastic deformation. EFFECT: improved quality of joints. 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено при сборке и дуговой сварке конструкций из труб или сортового проката, например, ферм или каркасов. The invention relates primarily to mechanical engineering and can be used in the assembly and arc welding of structures from pipes or long products, for example, trusses or frames.

Известен стенд для сборки под сварку металлоконструкций (Яковенко В.В. и др., авторское свидетельство СССР N 1668083), который содержит раму, роликовые опоры с электромагнитными прижимами. Это повышает точность сборки. Однако такой стенд имеет сложную конструкцию, затрудняющую его переналадку с одного типоразмера свариваемых узлов на другой. A known stand for assembly for welding metal structures (V. Yakovenko and others, USSR author's certificate N 1668083), which contains a frame, roller bearings with electromagnetic clamps. This improves assembly accuracy. However, such a stand has a complex structure, which makes it difficult to change from one size of the welded units to another.

Известно также универсальное сборно-разборное приспособление, которое принято за прототип (Куркин С.А. и др. "Технология, механизация и автоматизация производства сварных конструкций". Атлас. М,: "Машиностроение", 1989, с.86, рис.14). Оно состоит из основания, на котором закрепляются сменные детали: упоры, стойки, прижимы, ложементы, фиксаторы. Это обеспечивает возможность переналадки приспособления на различные типоразмеры свариваемых узлов, но для этого требуется большая номенклатура сменных деталей приспособления, которые набирают, соединяя их друг с другом для установки собираемого узла на требуемой высоте и в требуемом положении (см. там же, стр. 85, рис 13). Это увеличивает трудоемкость сборки. A universal collapsible device is also known, which is adopted as a prototype (Kurkin S.A. et al. "Technology, mechanization and automation of the production of welded structures." Atlas. M ,: "Mechanical Engineering", 1989, p. 86, Fig. 14 ) It consists of a base on which replaceable parts are fixed: stops, racks, clamps, tool holders, clamps. This makes it possible to readjust the fixture to various sizes of the welded units, but this requires a large range of interchangeable parts of the fixture, which are assembled by connecting them to each other to install the assembled unit at the required height and position (see ibid., P. 85, fig 13). This increases the complexity of the assembly.

За прототип предлагаемого способа принят способ сварки ферм, при котором осуществляют сварку стыков деталей, собранных посредством ложементов с фиксаторами, расположенными на раме (см. там же, стр.165, рис. 5). Это обеспечивает возможность изготовления ферменных конструкций заданных размеров. Однако по прототипу сварку производят при жесткой фиксации собранных деталей. Это ведет к тому, что при любой последовательности наложения сварных швов в зоне сварки накапливаются остаточные напряжения, которые могут привести к возникновению трещин в процессе эксплуатации сварной конструкции или к образованию холодных трещин. As a prototype of the proposed method, a method of welding farms is adopted, in which the joints of parts assembled by means of lodgements with clamps located on the frame are welded (see ibid., P. 165, Fig. 5). This makes it possible to manufacture trusses of specified sizes. However, the prototype welding is performed with rigid fixation of the assembled parts. This leads to the fact that with any sequence of weld seams in the welding zone, residual stresses accumulate, which can lead to cracking during operation of the welded structure or to the formation of cold cracks.

Технической задачей предлагаемого устройства и способа сварки с его применением являлось упрощение конструкции устройства и снижение трудоемкости его переналадки с одного типоразмера свариваемых узлов на другой, а также повышение качества сварных соединений за счет уменьшения остаточных напряжений в зоне сварки. The technical task of the proposed device and the method of welding with its use was to simplify the design of the device and reduce the complexity of its changeover from one size of the welded units to another, as well as improving the quality of welded joints by reducing residual stresses in the welding zone.

Предлагаемое устройство состоит из рамы и расположенных на ней ложементов и фиксаторов. В отличие от прототипа ложементы выполнены в виде уголков, в средней части одной из полок которых закреплен стержень с резьбой. Ось стержня перпендикулярна плоскости полки ложемента. В раме высверлены отверстия, в которые вставлены стержни ложементов. Ложементы установлены на раме с возможностью вертикального перемещения и поворота вокруг своей оси и закреплены в требуемом положении, например с помощью контргаек. Фиксаторы выполнены в виде эластичной, например резиновой, ленты, на концах которой закреплены металлические петли. На внешних сторонах горизонтальной и вертикальной полок ложементов установлены захваты, которые выполнены в виде штырей или крючков. Захваты предназначены для зацепления с петлями фиксаторов. The proposed device consists of a frame and located on it lodgements and clamps. In contrast to the prototype, the lodgements are made in the form of corners, in the middle part of one of the shelves of which a threaded rod is fixed. The axis of the rod is perpendicular to the plane of the shelf lodgement. In the frame, holes are drilled into which the lodgment rods are inserted. The lodgements are mounted on the frame with the possibility of vertical movement and rotation around its axis and secured in the desired position, for example using locknuts. The latches are made in the form of an elastic, for example rubber, tape, at the ends of which metal loops are fixed. On the outer sides of the horizontal and vertical shelves of the lodgements, grips are installed, which are made in the form of pins or hooks. The grips are designed to engage with the hinges of the clips.

При сварке узла, собранного в предлагаемом приспособлении, каждый стык деталей разделяют на четыре участка. При сварке вначале накладывают шов на участке стыка, находящемся со стороны эластичного фиксатора, затем на участке со стороны, противоположной эластичному фиксатору полки ложемента. После этого накладывают шов на участке с другой стороны эластичного фиксатора и завершают сварку стыка швом на участке со стороны второй полки ложемента. Швы со стороны полок ложемента начинают накладывать в течение времени, при котором температура металла шва, наложенного со стороны эластичного фиксатора, находится в пределах интервала температур, в котором возможна пластическая деформация свариваемого металла. When welding a node assembled in the proposed device, each joint of the parts is divided into four sections. When welding, a seam is first laid on the joint portion located on the side of the elastic retainer, then on the portion on the side opposite the elastic retainer of the lodgement shelf. After this, a seam is placed on the site on the other side of the elastic retainer and the butt welding is completed by a seam on the site from the side of the second lodgement shelf. The seams on the side of the shelves of the lodgement begin to be applied during the time at which the temperature of the metal of the seam applied from the side of the elastic retainer is within the temperature range in which plastic deformation of the welded metal is possible.

Такая совокупность признаков предлагаемого устройства позволяет упростить его конструкцию за счет уменьшения номенклатуры деталей и обеспечивает снижение трудоемкости переналадки приспособления с одного типоразмера свариваемых узлов на другой, так как однотипные ложементы, снабженные стержнями, позволяющими устанавливать ложементы на требуемую высоту и угол, проще переналаживать, а наличие эластичных фиксаторов облегчает и ускоряет закрепление деталей. Совокупность признаков предлагаемого способа сварки с применением предлагаемого устройства повысит качество сварных соединений за счет уменьшения величины остаточных напряжений в зоне сварки. This set of features of the proposed device allows to simplify its design by reducing the range of parts and reduces the complexity of reconfiguration of the device from one size of the welded nodes to another, since the same type of lodgements equipped with rods that allow you to set the lodgements to the desired height and angle are easier to re-set, and the presence elastic fasteners facilitates and accelerates the fastening of parts. The set of features of the proposed welding method using the proposed device will improve the quality of welded joints by reducing the magnitude of the residual stresses in the welding zone.

Предлагаемое устройство и способ сварки с его применением иллюстрируются чертежом, где на фиг.1 показан общий вид устройства, на фиг. 2 - разрез А - А на фиг.1, на фиг. 3 - схема осуществления предлагаемого способа сварки. The proposed device and the welding method with its use are illustrated in the drawing, where in Fig.1 shows a General view of the device, in Fig. 2 - section A - A in FIG. 1, in FIG. 3 is a diagram of the implementation of the proposed welding method.

Предлагаемое устройство состоит из рамы 1, на которой расположены ложементы 4 с фиксаторами 3. Ложементы 4 выполнены в виде уголков. В средней части одной из полок каждого ложемента 4 закреплен, например с помощью сварки, стержень 8 с резьбой. Ось стержня 8 перпендикулярна плоскости полки ложемента 4. Стержни 8 с возможностью вертикального перемещения и поворота вокруг своей оси вставлены в отверстия 7, выполненные в раме 1 и закреплены на ней, например с помощью контргаек 9. На внешних поверхностях горизонтальной и вертикальной полок ложементов 4 установлены, например с помощью сварки или клепки, захваты 5, которые выполнены в виде штырей или крючков. Фиксаторы 3 выполнены в виде эластичной, например резиновой ленты, на концах которой закреплены металлические петли 6 для зацепления с захватами 5. The proposed device consists of a frame 1, on which there are lodges 4 with clamps 3. Lodges 4 are made in the form of corners. In the middle part of one of the shelves of each lodgement 4 is fixed, for example by welding, a rod 8 with a thread. The axis of the rod 8 is perpendicular to the plane of the shelf of the lodgement 4. The rods 8 with the possibility of vertical movement and rotation around their axis are inserted into the holes 7 made in the frame 1 and fixed on it, for example using locknuts 9. On the outer surfaces of the horizontal and vertical shelves of the lodges 4 are installed , for example by welding or riveting, grips 5, which are made in the form of pins or hooks. The latches 3 are made in the form of an elastic, for example, rubber tape, at the ends of which metal loops 6 are fixed for engagement with grippers 5.

Такое выполнение устройства для сборки под сварку упрощает его конструкцию. Становится не нужной большая номенклатура сменных деталей, так как ложементы 4, выполненные в виде угольника и снабженные стержнями 8 с резьбой, многофункциональны. Они могут быть установлены на требуемую высоту без применения дополнительных деталей типа стоек или прокладок, могут служить в качестве упоров, устанавливаться под заданным углом, обеспечивая при этом плавную регулировку положения плоскостей полок, задающих положение деталей собираемого под сварку узла. Эластичные фиксаторы 3 легко надеваются своими петлями 6 на захваты 5 ложементов 4 и плотно обхватывают деталь, прижимая ее к ложементу 4. Все это позволяет снизить трудоемкость переналадки устройства с одного типоразмера собираемого узла на другой. This embodiment of the device for assembly for welding simplifies its design. It becomes unnecessary a large range of interchangeable parts, as lodges 4, made in the form of a square and equipped with rods 8 with thread, are multifunctional. They can be installed at the required height without the use of additional parts such as racks or gaskets, can serve as stops, installed at a given angle, while providing smooth adjustment of the position of the planes of the shelves that specify the position of the parts of the assembly to be welded. The elastic clips 3 are easily put on with their loops 6 on the grips 5 of the tool holders 4 and tightly clasp the part, pressing it to the tool holder 4. All this allows to reduce the complexity of changing the device from one size of the assembly to another.

Способ сварки с применением предлагаемого устройства заключается в следующем. Стык деталей 2 разделяют на четыре участка (I, II, III, IV на фиг. 3). Вначале накладывают шов I (или III) на участке, находящемся со стороны эластичного фиксатора 3. Затем накладывают шов II (или IV) на участке, со стороны, противоположной эластичному фиксатору 3 полки ложемента 4. После наложения двух этих швов накладывают шов III (или I) на участке с другой стороны эластичного фиксатора 3 и завершают сварку стыка швом IV (или II) на участке со стороны второй полки ложемента 4. Каждый шов (II или IV) со стороны полок ложемента 4 начинают накладывать в течение времени, при котором температура металла шва (I или III), наложенного со стороны эластичного фиксатора 3 находится в пределах интервала температур пластической деформации свариваемого металла. The welding method using the proposed device is as follows. The joint of parts 2 is divided into four sections (I, II, III, IV in Fig. 3). First, suture I (or III) is applied in the area located on the side of the elastic retainer 3. Then, suture II (or IV) is applied in the area opposite the elastic fastener 3 of the lodgment shelf 4. After these two seams are applied, the seam is III (or I) in the area on the other side of the elastic retainer 3 and the butt welding is completed with a seam IV (or II) in the area from the side of the second shelf of the lodgement 4. Each seam (II or IV) from the side of the shelves of the lodgement 4 begins to be applied for a time at which the temperature weld metal (I or III) superimposed with side of the elastic retainer 3 is within the temperature range of the plastic deformation of the welded metal.

При наложении шва со стороны эластичного фиксатора 3 в результате термического расширения металла и усадки сварного шва свариваемая деталь будет деформироваться, отклоняясь в сторону фиксатора 3, который, растягиваясь, будет незначительно препятствовать этой деформации. При наложении противоположного шва со стороны полки ложемента 4 деталь будет свободно деформироваться, отклоняясь в противоположную сторону. Поскольку условия на участках стыка примерно одинаковы, величины деформаций в обе стороны будут также одинаковы и деталь в конце цикла сварки двух противоположных швов прижмется к полке ложемента 4, заняв практически первоначальное положение. Сварочные остаточные напряжения будут при этом минимальны и существенно уменьшатся по сравнению со сваркой известными способами с применением известных устройств для сборки под сварку с жесткими зажимами и фиксаторами. При сварке по предлагаемому способу второй пары швов процесс деформации детали повторится. В этом случае он будет осложнен наличием первой пары швов, но остаточные напряжения также будут уменьшены. Начало наложения швов со стороны полок ложемента 4 в течение времени, при котором металл швов, сваренных со стороны эластичного фиксатора 3, находится в пределах интервала температур пластической деформации свариваемого металла, позволит еще более уменьшить величину остаточных напряжений в зоне сварки, так как увеличится доля этих напряжений релаксирующихся за счет пластической деформации. Все это уменьшит вероятность возникновения в сварных соединениях холодных или эксплуатационных трещин - повысится качество сварных соединений. When a seam is applied from the side of the elastic retainer 3 as a result of thermal expansion of the metal and shrinkage of the weld, the welded part will deform, deflecting towards the retainer 3, which, stretching, will slightly prevent this deformation. When the opposite seam is applied from the side of the lodgement shelf 4, the part will freely deform, deflecting in the opposite direction. Since the conditions at the joints are approximately the same, the values of deformations on both sides will also be the same and the part at the end of the welding cycle of two opposite welds will be pressed against the shelf of lodgement 4, occupying almost the initial position. Welding residual stresses will be minimal and significantly reduced in comparison with welding by known methods using known devices for assembly for welding with rigid clamps and clamps. When welding according to the proposed method of the second pair of seams, the process of deformation of the part will be repeated. In this case, it will be complicated by the presence of the first pair of seams, but the residual stresses will also be reduced. The beginning of the suturing from the side of the shelves of the lodgement 4 during the time at which the metal of the welds welded from the side of the elastic retainer 3 is within the temperature range of the plastic deformation of the metal being welded will allow even more to reduce the value of residual stresses in the welding zone, since the proportion of these stresses relaxing due to plastic deformation. All this will reduce the likelihood of occurrence of cold or operational cracks in welded joints - the quality of welded joints will increase.

Примером применения предлагаемого устройства и способа сварки может служить сборка и сварка узлов каркаса кузова автомобиля из труб прямоугольного сечения, прессованных из алюминиевого сплава АМг6М. Размер труб в поперечном сечении составлял 36 х 36 мм и 50 х 50 мм, толщина стенки 3 мм. An example of the application of the proposed device and welding method can be the assembly and welding of car body components from rectangular pipes extruded from AMg6M aluminum alloy. The size of the pipes in cross section was 36 x 36 mm and 50 x 50 mm, wall thickness 3 mm.

Раму 1 приспособления для сборки и сварки изготавливали сварной из стальных уголков размером 50 х 50 мм. Рама предназначалась для сборки 4-х различных узлов каркаса кузова. В раме 1 против мест фиксации деталей этих узлов высверливались отверстия 7, некоторые из них делались овальными, чтобы обеспечить более точную установку ложементов 4. В отверстия 7 устанавливали стержни 8 с резьбой, один конец которых был вставлен в отверстие в середине нижних полок ложементов 4 и расклепан. Стержни 8 при этом были установлены перпендикулярно поверхности нижних полок ложементов 4. С помощью контргаек 9, навернутых на стержни 8, ложементы 4 перемещали вертикально и поворачивали вокруг оси стержней 8, устанавливая их в положение, соответствующее требуемому для сборки деталей 2 свариваемого узла, а затем крепили контргайками 9 на раме 1. На наружных поверхностях полок ложементов 4 с помощью клепки были закреплены захваты 5, которые были выполнены в виде крючков. На нижние полки ложементов 4 укладывали детали 2 свариваемого узла и прижимали их к ложементам 4 эластичным фиксатором 3, выполненным из резиновой ленты толщиной 4 мм и шириной 25 мм. Концы лент эластичных фиксаторов 3 были снабжены петлями 6, выполненными из стальной проволоки диаметром 3 мм. Петли 6 надевались на крючки 5 вначале со стороны нижней полки ложемента 4, а затем - со стороны боковой полки. При этом лента эластичного фиксатора 3 натягивалась и плотно прижимала деталь 2 свариваемого узла к ложементу 4, фиксируя ее в заданном положении. Frame 1 fixtures for assembly and welding were made welded from steel corners 50 x 50 mm in size. The frame was intended for the assembly of 4 different units of the body frame. In frame 1, holes 7 were drilled against the places of fixation of the details of these nodes, some of them were made oval in order to provide a more accurate installation of tool holders 4. Rods 8 were installed in the holes 7 with a thread, one end of which was inserted into the hole in the middle of the lower shelves of the tool holders 4 and riveted. The rods 8 were installed perpendicular to the surface of the lower shelves of the lodgment 4. Using the locknuts 9, screwed onto the rods 8, the lodges 4 were moved vertically and rotated around the axis of the rods 8, setting them in the position corresponding to that required for assembling the parts 2 of the welded assembly, and then fastened with locknuts 9 on the frame 1. On the outer surfaces of the shelves of the lodgements 4 with the help of rivets, captures 5 were made, which were made in the form of hooks. Details 2 of the welded assembly were laid on the lower shelves of the lodgements 4 and pressed to the lodges 4 with an elastic retainer 3 made of rubber tape 4 mm thick and 25 mm wide. The ends of the tapes of the elastic retainers 3 were provided with loops 6 made of steel wire with a diameter of 3 mm. The hinges 6 were worn on hooks 5, first from the side of the lower shelf of the lodgement 4, and then from the side of the side shelf. In this case, the tape of the elastic retainer 3 was stretched and tightly pressed the part 2 of the welded assembly to the lodgement 4, fixing it in a predetermined position.

Применение предлагаемого устройства позволило уменьшить время его сборки и наладки, а также сборки в нем свариваемого узла. The application of the proposed device allowed to reduce the time of its assembly and commissioning, as well as the assembly of the welded assembly in it.

Стыки деталей 2 свариваемого узла разделяли на 4 участка. Производили дуговую сварку вольфрамовым электродом в среде аргона с присадочной проволокой СвАМг6 диаметром 3 мм на переменном токе силой 110-130 А. Вначале сваривали участок I шва со стороны эластичного фиксатора 3. Затем через 1-2 с начинали сварку участка II со стороны нижней полки ложемента 4. При таком разрыве во времени температура шва на участке I составляла 200-250^oC, что близко к температуре отпуска алюминиевых сплавов, при которой происходит снижение напряжений в металле за счет его пластической деформации. После сварки участка II накладывали шов на участке III свариваемого стыка деталей, а через 1-2 с начинали сваривать участок IV. Перед сваркой стыка и после окончания сварки замеряли величину перемещений конца консольно привариваемой детали 2 с помощью двух стрелочных индикаторов. Измерения показали, что на длине 400 мм отклонения конца детали 2 от положения до сварки в среднем составили в вертикальном направлении 0,35 мм, а в горизонтальном 0,74 мм. С учетом того, что детали были закреплены только эластичными фиксаторами 3, незначительно препятствующими деформациям детали, можно сделать вывод, что предлагаемое устройство и способ сварки с его применением существенно снижают сварочные остаточные напряжения в зоне сварки, что повышает качество сварных соединений.The joints of parts 2 of the welded assembly were divided into 4 sections. Arc welding was performed with a tungsten electrode in an argon medium with a filler wire of SvAMg6 with a diameter of 3 mm and alternating current of 110-130 A. The first section I was welded from the side of the elastic retainer 3. Then, after 1-2 seconds, the section II was welded from the bottom shelf of the lodgement 4. With such a time gap, the weld temperature in section I was 200-250 ^o C, which is close to the tempering temperature of aluminum alloys, at which stresses in the metal decrease due to its plastic deformation. After welding of section II, a seam was placed in section III of the welded joint of parts, and after 1-2 s, section IV was started to be welded. Before welding the butt and after welding, the displacements of the end of the cantilever-welded part 2 were measured using two arrow indicators. Measurements showed that, on a length of 400 mm, the deviations of the end of part 2 from the position before welding averaged 0.35 mm in the vertical direction and 0.74 mm in the horizontal direction. Given that the parts were fixed only with elastic clips 3, slightly preventing deformation of the part, we can conclude that the proposed device and method of welding with its use significantly reduce welding residual stresses in the welding zone, which improves the quality of welded joints.

Таким образом предлагаемое устройство и способ сварки с его применением обеспечивают технический эффект и могут быть осуществлены имеющимися в технике средствами. Следовательно предлагаемое изобретение обладает промышленной применимостью. Thus, the proposed device and the welding method with its use provide a technical effect and can be carried out by means available in the art. Therefore, the present invention has industrial applicability.

Claims

1. A device for assembling for welding predominantly spatial truss structures from pipes or long products, containing a frame and lodgements located on it with clamps of welded parts, characterized in that each lodgement is made in the form of a corner with one fixed in the middle of one of its shelves perpendicular to it planes with a threaded rod, and each latch is made in the form of an elastic tape with metal loops fixed at its ends, while the rods are inserted into holes made in the frame and fixed on it with the possibility of vertical movement and rotation around its axis, and on the outer surfaces of the horizontal and vertical shelves of the corners, grippers are installed for engagement with the hinges of latches, made in the form of pins or hooks.

2. The device according to claim 1, characterized in that the rods are fixed to the frame by means of locknuts.

3. The device according to claim 1, characterized in that the elastic tape is made of rubber.

4. A method of welding predominantly spatial truss structures from pipes or long products, in which the joint of the parts to be welded is assembled by means of lodgements with clamps located on the frame, characterized in that the lodgements are made in the form of corners fixed in the middle of the shelves perpendicular to their plane threaded rods and clamps are made in the form of an elastic tape with metal loops fixed at its ends, the rods are inserted into the holes that are made in the frame, and closed they are heated in it with the possibility of vertical movement and rotation around its axis, and on the outer surfaces of the horizontal and vertical shelves of the corners, grips are installed for engagement with the hinges of the clamps, which are made in the form of pins or hooks, while each joint of the parts to be welded is divided into four sections, first a seam is made in a portion located on the side of the elastic tape, then in a portion on the side of the lodgement shelf opposite to it, and then a seam is made in a portion on the other side of the elastic tape and completes the weld joint seam on the part of the second leg of the cradle.

5. The method according to p. 4, characterized in that each seam from the side of the shelves of the lodgement begin to perform for a time at which the temperature of the metal of the seam made from the side of the elastic tape is within the temperature range of the plastic deformation of the welded metal.