RU2354520C2

RU2354520C2 - Device to centre cylindrical workpieces

Info

Publication number: RU2354520C2
Application number: RU2007117127/02A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Леонидович Беляев (RU); Анатолий Леонидович Беляев; Сергей Александрович Герасимов (RU); Сергей Александрович Герасимов; Виктор Васильевич Кодинцев (RU); Виктор Васильевич Кодинцев; Павел Геннадьевич Наговицын (RU); Павел Геннадьевич Наговицын; Александр Васильевич Романов (RU); Александр Васильевич Романов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (ОАО ЧМЗ)
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2009-05-10
Also published as: RU2007117127A

Abstract

FIELD: welding jobs.

SUBSTANCE: invention relates to the device designed to centre cylindrical workpieces, primarily, in electron-beam welding, and can be used in machine building for producing thin-wall cylindrical workpieces made in active metals. The proposed device comprises two pairs of unclamping elements (1, 2) with tapered side surface and cylindrical side part, an unclamping elements drive and a set of sectors (3) making a backing ring arranged to radially move and rest upon the aforesaid tapered side surfaces of unclamping elements (1, 2). Unclamping elements (1, 2) of each pairs arranged nearby each other to axially move have their cylindrical parts facing and articulated by a cylindrical link rigidly fixed on cylindrical part of first unclamping element (1) slide free on over the cylindrical part of second unclamping element (1). Extreme unclamping elements (2) are axially fixed and furnished with annular flanges (6) for the workpiece extreme faces to rest thereupon.

EFFECT: reduced eccentricity in simultaneous centering and welding of three cylindrical parts, higher quality of welded seam.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области сварки цилиндрических заготовок, преимущественно к сварке в камерах с контролируемой атмосферой, например к электронно-лучевой сварке в вакууме тонкостенных цилиндрических заготовок из активных металлов с повышенными требованиями к соосности собираемых элементов и к качеству внутренней поверхности сварных швов.The invention relates to the field of welding of cylindrical billets, mainly to welding in chambers with a controlled atmosphere, for example, electron beam welding in vacuum of thin-walled cylindrical billets of active metals with increased requirements for the alignment of the assembled elements and to the quality of the inner surface of the welds.

При электронно-лучевой сварке тонкостенных цилиндрических заготовок к сборке стыков предъявляют особо высокие требования по соосности собираемых элементов и, главным образом, к отсутствию в собранном под сварку стыке различных щелей.In electron beam welding of thin-walled cylindrical billets, especially high demands are placed on the assembly of joints for the alignment of the assembled elements and, mainly, for the absence of various gaps in the joint assembled for welding.

В собранном под сварку стыке на известных внутренних центраторах могут образовываться как кольцевые, так и секторные щели. Кольцевые щели шириной, как правило, не более 0,3 мм образуются из-за отсутствия в известных центраторах механизма для осевого стягивания цилиндрических заготовок, когда соприкосновение их торцов осуществляют вручную, а потом они центруются с помощью центратора. В случае, когда тонкостенную цилиндрическую заготовку состыковывают с короткой цилиндрической заготовкой в виде биметаллического патрубка, на известных центраторах в стыке может образовываться щель переменной ширины и нарушается соосность собираемых элементов. Избежать такого дефекта можно только за счет применения предварительных прихваток сваркой, что приводит к неизбежным дополнительным затратам и повышению себестоимости изготовления сварной продукции. Секторные щели в стыке образуются также в случае незначительной неперпендикулярности свариваемых торцов по отношению к своим осям. Жесткие центраторы не допускают «перелома» осей в плосткости стыка при плотном прилегании торцов, что неизбежно приводит к образованию небольших секторных щелей, к которым наиболее чувствительна электронно-лучевая сварка, что особенно заметно на тонкостенных цилиндрических заготовках, в сварных швах которых из-за неплотного прилегания свариваемых торцов возможен прожог сварного шва, т.е. образование на торцах щели с оплавленными кромками, что приводит к снижению качества сварной продукции.In the joint assembled for welding, both annular and sectoral slots can form on known internal centralizers. As a rule, annular slits with a width of not more than 0.3 mm are formed due to the lack of a mechanism for axial constriction of cylindrical workpieces in known centralizers when their ends are touched manually, and then they are centered using a centralizer. In the case when a thin-walled cylindrical billet is docked with a short cylindrical billet in the form of a bimetallic pipe, a gap of variable width can form on the known centralizers in the junction and the alignment of the assembled elements is broken. Such a defect can be avoided only through the use of preliminary tacks by welding, which leads to unavoidable additional costs and an increase in the cost of manufacturing welded products. Sector cracks in the joint are also formed in the case of insignificant non-perpendicularity of the welded ends with respect to their axes. Rigid centralizers do not allow axes to “fracture” in the joint plane with a tight fit of the ends, which inevitably leads to the formation of small sector gaps, which are most sensitive to electron beam welding, which is especially noticeable on thin-walled cylindrical workpieces, in welds of which due to loose the fit of the welded ends may burn through the weld, i.e. the formation of slits at the ends with melted edges, which leads to a decrease in the quality of welded products.

Еще одна проблема, которая возникает при сборке под сварку с помощью внутреннего центратора, связана с тем, что центрируемые под сварку тонкостенная цилиндрическая заготовка и концевой трубный патрубок при одинаковых номинальных диаметрах имеют достаточно большой разброс допусков по диаметрам, по эллипсности и разностенности. Когда эти отклонения на цилиндрической заготовке и патрубке оказываются на противоположных крайних значениях, то при центровке по внутренним диаметрам в стыке возникают ступеньки, величину которых известными внутренними центраторами усреднить нельзя, хотя эти ступеньки отрицательно влияют на процесс равномерного формирования сварного шва, особенно на тонкостенных цилиндрических заготовках.Another problem that arises when assembling for welding using an internal centralizer is that a thin-walled cylindrical billet and an end pipe nozzle centered for welding with the same nominal diameters have a sufficiently large variation in tolerances in diameter, ellipse and difference. When these deviations on the cylindrical billet and pipe end are at opposite extreme values, then when aligning along the inner diameters at the junction, steps arise which cannot be averaged by known internal centralizers, although these steps negatively affect the process of uniform formation of the weld, especially on thin-walled cylindrical billets .

Известно устройство для сборки и центровки труб под сварку, содержащее центральный стержень с гайками, фланцы, концентрично установленные на стержне, и кольцевые эластичные уплотнения с возможностью их деформирования за счет перемещения гайки. (А.С. СССР №1815099, МКИ 5 В23К 37/053, 1993 г.).A device is known for assembling and aligning pipes for welding, comprising a central rod with nuts, flanges concentrically mounted on the rod, and annular elastic seals with the possibility of their deformation due to movement of the nut. (AS USSR No. 1815099, MKI 5 V23K 37/053, 1993).

Указанное устройство из-за отсутствия в его конструкции механизма стягивания торцов свариваемых цилиндрических заготовок не исключает вероятности образования в собранном под сварку стыке различного рода щелей, которые являются причиной получения некачественного сварного соединения. Кроме того, известный центратор не позволяет перемещать торцы стыкуемых цилиндрических заготовок относительно друг друга с целью усреднения величины ступенек на границе стыка, образующихся из-за разницы величин фактических допусков на диаметры соединяемых цилиндрических заготовок, их разностенность и эллипсность.The specified device due to the lack in its design of a mechanism for tightening the ends of the welded cylindrical workpieces does not exclude the possibility of the formation of various kinds of cracks in the joint assembled for welding, which are the reason for the poor quality welded joint. In addition, the known centralizer does not allow to move the ends of the joined cylindrical workpieces relative to each other in order to average the size of the steps at the interface, formed due to the difference in the actual tolerances on the diameters of the joined cylindrical workpieces, their difference and ellipse.

Этот центратор также мало пригоден для сварки цилиндрических заготовок в вакууме, т.к. вакуумирование зоны под сварным соединением будет производится через систему мелких отверстий в стенках центрального полого стержня, наружной втулки и экрана, что экономически непригодно из-за больших затрат времени, необходимого для получения рабочего разрежения.This centralizer is also not very suitable for welding cylindrical workpieces in vacuum, because evacuation of the zone under the welded joint will be carried out through a system of small holes in the walls of the central hollow rod, the outer sleeve and the screen, which is economically unsuitable due to the high time required to obtain a working vacuum.

Указанное устройство из-за особенностей конструкции также не исключает возможности изготовления изделий из тонкостенных цилиндрических заготовок пониженного качества с повышенными отклонениями от требуемой соосности собираемых элементов и от качества внутренней поверхности сварного шва из-за невозможности одновременной сборки на данном устройстве трех цилиндрических заготовок, а также из-за отсутствия в нем элементов, обеспечивающих надежный отвод тепла из зоны сварки и формирование качественной внутренней поверхности сварного шва, что приводит к прожогу сварных швов и дополнительным затратам на сборку и сварку таких изделий и повышению себестоимости изготовления сварной продукции.The specified device also does not exclude the possibility of manufacturing products from thin-walled cylindrical billets of reduced quality with increased deviations from the required alignment of the assembled elements and from the quality of the inner surface of the weld due to the impossibility of simultaneously assembling three cylindrical billets on this device, as well as from - due to the lack of elements providing reliable heat removal from the welding zone and the formation of a high-quality internal surface of the welded Islands, which leads to burn-through welds and additional costs for assembly and welding of such products and increase the cost of production of welded products.

Известен внутренний центратор для сборки и сварки в вакууме кольцевых стыков труб, содержащий центральный стержень с гайками, концентрично установленные на нем фланцы и кольцевые эластичные уплотнения с возможностью их деформирования, при этом фланцы выполнены в виде неподвижного и подвижного стаканов, неподвижный стакан выполнен с кольцевым буртиком и закреплен на конце центрального стержня, а кольцевые эластичные уплотнения выполнены в виде наборного пакета из плоских колец и установлены на наружной поверхности неподвижного стакана с возможностью их деформирования с помощью надетого на неподвижный стакан одного из подвижных стаканов, размещенной на центральном стержне трубки и одной из гаек, а второй подвижный стакан и вторая гайка установлены на противоположном конце центрального стержня, при этом центральный стержень выполнен длиной, равной не менее пяти диаметров свариваемых труб, а упомянутая трубка равномерно по всей длине перфорирована отверстиями диаметром не менее 3 мм, подвижные стаканы имеют донышки с по меньшей мере четырьмя отверстиями диаметром не менее 15 мм, а на торце стенки второго подвижного стакана выполнена проточка, равная внутреннему диаметру труб. (Патент РФ №2169654 С1, 7 В23К 37/053, опубл. 27.06.2001 г.).Known internal centralizer for assembling and welding in vacuum annular pipe joints, containing a central rod with nuts, flanges concentrically mounted on it and ring elastic seals with the possibility of their deformation, while the flanges are made in the form of a fixed and movable glasses, a fixed glass is made with an annular collar and mounted on the end of the central rod, and the annular elastic seals are made in the form of a stacked package of flat rings and mounted on the outer surface of the stationary stack and with the possibility of their deformation with the help of one of the movable cups mounted on a stationary cup placed on the central shaft of the tube and one of the nuts, and the second movable cup and second nut are installed on the opposite end of the central shaft, with the central shaft being made not less than five diameters of the pipes to be welded, and said tube is uniformly perforated along the entire length with openings with a diameter of at least 3 mm, movable glasses have bottoms with at least four openings with a diameter of not less than 15 mm, and at the end of the wall of the second movable glass a groove is made equal to the inner diameter of the pipes. (RF patent No. 2169654 C1, 7 V23K 37/053, publ. 06/27/2001).

Указанное устройство из-за особенностей конструкции не исключает возможности изготовления изделий из тонкостенных цилиндрических заготовок пониженного качества с повышенными отклонениями от требуемой соосности собираемых элементов и от качества внутренней поверхности сварного шва из-за невозможности одновременной сборки на данном устройстве трех цилиндрических заготовок, а также из-за отсутствия в нем элементов, обеспечивающих надежный отвод тепла из зоны сварки и формирование качественной внутренней поверхности сварного шва, что приводит к прожогу сварных швов и дополнительным затратам на сборку и сварку таких изделий и повышению себестоимости изготовления сварной продукции.The specified device due to the design features does not exclude the possibility of manufacturing products from thin-walled cylindrical billets of reduced quality with increased deviations from the required alignment of the assembled elements and from the quality of the inner surface of the weld due to the impossibility of simultaneously assembling three cylindrical billets on this device, as well as due to the lack of elements providing reliable heat removal from the welding zone and the formation of a high-quality internal surface of the weld, th о leads to burn-through of welds and additional costs for the assembly and welding of such products and an increase in the cost of manufacturing welded products.

Наиболее близким аналогом заявляемому техническому решению является внутренний центратор для сборки и сварки кольцевых стыков труб, содержащий два конусообразных разжимных элемента, установленных с возможностью осевого перемещения, привод перемещения конусообразных разжимных элементов, набор секторов, образующих подкладное кольцо, установленных с возможностью радиального перемещения и опирающихся на боковые поверхности конусообразных разжимных элементов, и возвратные пружины, закрепленные на секторах и связывающие их между собой. При этом устройство дополнительно снабжено направляющими штырями, попарно расположенными под каждым сектором, в конусообразных элементах выполнены расположенные по окружности осевые отверстия по числу направляющих штырей, каждый штырь одним концом неподвижно закреплен в отверстии одного из конусообразных разжимных элементов и снабжен в средней части кольцевым буртиком, а другой конец штыря расположен с возможностью осевого перемещения в отверстии второго конусообразного разжимного элемента, при этом возвратные пружины закреплены на нижних поверхностях секторов и выполнены в виде U-образных пластинчатых элементов, охватывающих каждый из направляющих штырей, причем высота U-образных элементов меньше диаметра кольцевых буртиков направляющих штырей. Кроме того, на конусообразном разжимном элементе, расположенном со стороны привода перемещения, выполнен цилиндрический участок. (А.С. №1088903, МКИ 5 В23К 37/053, 1984 г.).The closest analogue to the claimed technical solution is an internal centralizer for assembling and welding annular pipe joints, containing two cone-shaped expandable elements mounted with axial movement, a displacement drive of cone-shaped expansion elements, a set of sectors forming a backing ring, mounted with the possibility of radial movement and supported by lateral surfaces of cone-shaped expandable elements, and return springs fixed to sectors and connecting them together . At the same time, the device is additionally equipped with guide pins located in pairs under each sector, in the cone-shaped elements circumferential axial holes are made according to the number of guide pins, each pin is fixed at one end in the hole of one of the cone-shaped expandable elements and provided with an annular collar in the middle part, and the other end of the pin is axially movable in the hole of the second cone-shaped expandable element, while the return springs are fixed on the lower surfaces of the sectors and are made in the form of U-shaped plate elements covering each of the guide pins, and the height of the U-shaped elements is less than the diameter of the annular flanges of the guide pins. In addition, a cylindrical section is made on a cone-shaped expansion element located on the side of the displacement drive. (A.S. No. 1088903, MKI 5 V23K 37/053, 1984).

Указанное устройство из-за отсутствия в его конструкции механизма стягивания торцов центрируемых цилиндрических заготовок не исключает вероятности образования в собранном под сварку стыке различных щелей, которые могут в свою очередь явиться причиной получения некачественного сварного соединения. Указанное устройство также малоэффективно при центрировании цилиндрических заготовок, имеющих разброс по допускам на диаметр, эллипсность и разностенность, т.к. конструкция этого центратора не позволяет перемещать торцы цилиндрических заготовок в стыке относительно друг друга и фиксировать их в оптимальном положении. Кроме этого, указанное устройство малопригодно для сварки в контролируемой атмосфере, особенно в вакууме, т.к. конструкция центратора препятствует откачке воздуха из внутренней зоны стыка до рабочего разрежения.The indicated device, due to the lack of a mechanism for tightening the ends of centered cylindrical billets in its design, does not exclude the possibility of the formation of various gaps in the joint assembled for welding, which, in turn, can cause poor welded joints. The specified device is also ineffective in centering cylindrical workpieces having a variation in tolerances on diameter, ellipse and difference, because the design of this centralizer does not allow to move the ends of the cylindrical workpieces in the joint relative to each other and fix them in the optimal position. In addition, this device is unsuitable for welding in a controlled atmosphere, especially in vacuum, because the design of the centralizer prevents the pumping of air from the inner zone of the joint to the working vacuum.

Указанное устройство из-за особенностей конструкции также не исключает возможности изготовления изделий из тонкостенных цилиндрических заготовок пониженного качества, не удовлетворяющих повышенным требованиями к соосности собираемых элементов и к качеству внутренней поверхности сварного шва из-за невозможности одновременной центровки на данном устройстве трех цилиндрических заготовок, а также из-за отсутствия в нем элементов, обеспечивающих надежный отвод тепла из зоны сварки и формирование качественной внутренней поверхности сварного шва, что приводит к прожогу сварных швов и дополнительным затратам на сборку и сварку таких изделий и повышению себестоимости изготовления сварной продукции.The specified device, due to the design features, also does not exclude the possibility of manufacturing products from thin-walled cylindrical billets of reduced quality that do not meet the increased requirements for the alignment of the assembled elements and the quality of the inner surface of the weld due to the impossibility of simultaneously centering three cylindrical billets on this device, as well as due to the lack of elements in it that provide reliable heat removal from the welding zone and the formation of a high-quality internal surface with ary seam, which leads to burn-through welds and additional costs for assembly and welding of such products and increase the cost of production of welded products.

Предлагаемое изобретение решает задачу снижения себестоимости изготовления сварной продукции из тонкостенных цилиндрических заготовок, уменьшения величины отклонения от соосности при одновременной центровке и сварке трех цилиндрических заготовок, а также повышения качества сварного шва.The present invention solves the problem of reducing the cost of manufacturing welded products from thin-walled cylindrical billets, reducing the deviation from alignment while centering and welding three cylindrical billets, as well as improving the quality of the weld.

Технический результат достигается тем, что устройство для центрирования цилиндрических заготовок, содержащее установленную внутри соединяемых заготовок пару разжимных элементов с конусообразной боковой поверхностью и цилиндрической боковой частью, привод перемещения разжимных элементов и набор секторов, образующих подкладное кольцо, установленных с возможностью радиального перемещения и опоры на конусообразные боковые поверхности разжимных элементов, снабжено дополнительной парой разжимных элементов, цилиндрической вставкой и губками с кольцевой канавкой на наружной поверхности, при этом ближние друг к другу разжимные элементы каждой пары установлены с возможностью осевого перемещения и обращены друг к другу цилиндрическими частями, подвижно связанными между собой посредством цилиндрической вставки, неподвижно закрепленной на цилиндрической части одного из разжимных элементов с возможностью свободного скольжения по цилиндрической части второго разжимного элемента, крайние разжимные элементы выполнены неподвижными в осевом направлении и снабжены кольцевыми буртиками для упора в них крайних торцов заготовок, а губки размещены на секторах и выполнены из меди с нанесенным хромовым покрытием.The technical result is achieved in that a device for centering cylindrical workpieces, comprising a pair of expandable elements installed inside the joined blanks with a conical side surface and a cylindrical side part, a drive for moving the expandable elements and a set of sectors forming a liner, mounted for radial movement and supported on conical lateral surfaces of expandable elements, provided with an additional pair of expandable elements, a cylindrical insert and sponges with an annular groove on the outer surface, while the expanding elements of each pair closest to each other are mounted axially movable and face each other with cylindrical parts movably connected to each other by means of a cylindrical insert fixedly mounted on the cylindrical part of one of the expandable elements free sliding along the cylindrical part of the second expansion element, the extreme expansion elements are made stationary in the axial direction and provided with rings Vym shoulders for abutment in these extreme ends of the preforms, and sponges are placed on sectors and made of copper coated with a chromium coating.

При анализе патентных и научно-технических источников не выявлено технических решений, обладающих всей совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения.When analyzing patent and scientific and technical sources, no technical solutions have been identified that possess the entire set of essential features of the claimed technical solution.

Сравнение заявляемого устройства не только с наиболее близким аналогом, но и с другими техническими решениями в данной области техники показало, что известно устройство, в котором используются кольцевой буртик для упора в него крайних торцов заготовок и центральный стержень, на котором крепятся элементы конструкции устройства (Патент РФ №2169654 С1, 7 В23К 37/053, опубл. 27.06.2001 г.). Однако в заявляемом техническом решении только вся заявляемая совокупность известных и неизвестных существенных признаков позволяет получить новый, ранее неизвестный положительный эффект, заключающийся в значительном снижении себестоимости изготовления сварной продукции из тонкостенных цилиндрических заготовок, в уменьшении величины отклонения от соосности при одновременной центровке и сварке трех цилиндрических заготовок, а также в повышении качества сварного шва.Comparison of the claimed device not only with the closest analogue, but also with other technical solutions in the art showed that a device is known in which an annular bead is used to abut the extreme ends of the workpieces and a central rod on which the structural elements of the device are mounted (Patent RF №2169654 C1, 7 V23K 37/053, publ. 06/27/2001). However, in the claimed technical solution, only the entire claimed combination of known and unknown significant features allows to obtain a new, previously unknown positive effect, consisting in a significant reduction in the cost of manufacturing welded products from thin-walled cylindrical billets, in reducing the deviation from alignment while simultaneously centering and welding three cylindrical billets as well as improving the quality of the weld.

Дополнительная пара разжимных элементов и цилиндрическая вставка, которыми снабжено устройство для центрирования, размещенные таким образом, что ближние друг к другу разжимные элементы каждой пары установлены с возможностью осевого перемещения и обращены друг к другу цилиндрическими частями, подвижно связанными между собой посредством цилиндрической вставки, неподвижно закрепленной на цилиндрической части одного из разжимных элементов с возможностью свободного скольжения по цилиндрической части второго разжимного элемента, позволяют осуществлять центровку и сварку трех тонкостенных цилиндрических заготовок одновременно, что обеспечивает значительное уменьшение величины отклонения от соосности при соединении сваркой трех цилиндрических заготовок, а также значительное сокращение времени центровки и сварки изделия и повышение качества сварного соединения за счет повышения жесткости собранной конструкции.An additional pair of expandable elements and a cylindrical insert, which is provided with a centering device, arranged in such a way that the expanding elements of each pair closest to each other are mounted axially movable and face each other with cylindrical parts movably connected to each other by means of a cylindrical insert fixedly fixed on the cylindrical part of one of the expandable elements with the possibility of free sliding along the cylindrical part of the second expandable element, They can center and weld three thin-walled cylindrical billets at the same time, which provides a significant reduction in the deviation from alignment when welding three cylindrical billets, as well as a significant reduction in the centering and welding time of the product and an increase in the quality of the welded joint by increasing the rigidity of the assembled structure.

Выполнение в заявляемом устройстве крайних разжимных элементов неподвижными в осевом направлении и снабжение их кольцевыми буртиками для упора в них крайних торцов заготовок позволяет исключить возможность образования разного вида щелей в стыке центрируемых тонкостенных цилиндрических заготовок за счет поджима стыкуемых заготовок и усреднить величину ступенек на границе стыка, образующихся из-за разницы величин фактических допусков на диаметры соединяемых цилиндрических заготовок, их разностенности и эллипсности, что в конечном счете значительно повышает качество сварной продукции из тонкостенных цилиндрических заготовок.The execution in the inventive device of the extreme expanding elements stationary in the axial direction and supplying them with annular collars for abutting the extreme ends of the workpieces eliminates the possibility of the formation of different types of cracks in the joint of centered thin-walled cylindrical workpieces due to the clamping of the workpieces being joined and averaging the size of the steps at the interface of the joint formed due to the difference in the actual tolerances on the diameters of the connected cylindrical billets, their difference and ellipse, which ultimately even significantly improves the quality of welded products from thin-walled cylindrical billets.

Выполнение в заявляемом устройстве разжимных секторов с губками из меди с нанесенным хромовым покрытием, на наружной поверхности которых имеются кольцевые канавки, позволяет обеспечить надежный отвод тепла из зоны сварки и формировать качественную внутреннюю поверхность сварного шва, что существенно повышает качество сварных швов продукции из тонкостенных цилиндрических заготовок. Значительное повышение качества сварных соединений тонкостенных изделий, снижение процента брака дорогостоящей сварной продукции за счет особенностей конструкции заявляемого устройства, а также возможность одновременной центровки и сварки трех тонкостенных цилиндрических заготовок позволяет исключить дополнительные затраты на центровку и сварку тонкостенных изделий и существенно снизить себестоимость изготовления сварной продукции.The implementation of the inventive device expandable sectors with jaws made of copper with a chromium coating on the outer surface of which there are annular grooves, allows for reliable heat removal from the welding zone and to form a high-quality inner surface of the weld, which significantly improves the quality of the welds of products from thin-walled cylindrical billets . A significant increase in the quality of welded joints of thin-walled products, a decrease in the percentage of rejects of expensive welded products due to the design features of the inventive device, as well as the possibility of simultaneous alignment and welding of three thin-walled cylindrical billets, eliminates the additional costs of alignment and welding of thin-walled products and significantly reduces the cost of manufacturing welded products.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 схематично показаны соединенные попарно разжимные элементы в рабочем состоянии;figure 1 schematically shows connected in pairs expandable elements in working condition;

на фиг.2 показана связь попарно соединенных разжимных элементов между собой посредством цилиндрической вставки.figure 2 shows the relationship of pairwise connected expandable elements to each other through a cylindrical insert.

Описание заявляемого устройства.Description of the claimed device.

Заявляемое устройство состоит из четырех соединенных попарно разжимных элементов 1, 2 (фиг.1, 2), имеющих конусообразные боковые поверхности и дополнительно боковую цилиндрическую часть. На фиг.1 показана одна пара разжимных элементов, другая пара (не показана) - аналогична первой. На конусообразные боковые поверхности разжимных элементов 1, 2 опирается набор секторов 3 (фиг.1), образующих подкладное кольцо и установленных с возможностью радиального перемещения. На секторах 3 размещены губки 4, выполненные из меди с нанесенным хромовым покрытием, на наружной поверхности которых имеются кольцевые канавки 5. Крайние разжимные элементы 2 выполнены неподвижными в осевом направлении и снабжены кольцевыми буртиками 6 для упора в них крайних торцов заготовок 7. Разжимные элементы 1 выполнены с возможностью осевого перемещения и обращены друг к другу цилиндрическими частями, подвижно связанными между собой посредством цилиндрической вставки 8 (фиг.2), неподвижно закрепленной на цилиндрической части одного из разжимных элементов 1 и свободно скользящей по цилиндрической части второго разжимного элемента 1. На фиг.2 показан вариант неподвижного крепления цилиндрической вставки 8 к цилиндрической части разжимного элемента 1 с помощью винта 9.The inventive device consists of four connected in pairs expandable elements 1, 2 (Fig. 1, 2) having conical side surfaces and additionally a lateral cylindrical part. Figure 1 shows one pair of expandable elements, another pair (not shown) is similar to the first. On the cone-shaped side surfaces of the expanding elements 1, 2, a set of sectors 3 (Fig. 1) is supported, forming a lining ring and installed with the possibility of radial movement. On sectors 3, sponges 4 are placed, made of copper with a chromium-plated coating, on the outer surface of which there are annular grooves 5. The extreme expanding elements 2 are made stationary in the axial direction and are equipped with ring flanges 6 for abutting the extreme ends of the workpieces 7. Expanding elements 1 made with the possibility of axial movement and facing each other by cylindrical parts, movably connected to each other by means of a cylindrical insert 8 (figure 2), fixedly mounted on the cylindrical part of one of the expandable elements 1 and freely sliding along the cylindrical part of the second expandable element 1. Figure 2 shows a variant of the fixed mounting of the cylindrical insert 8 to the cylindrical part of the expandable element 1 using screw 9.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Перед сборкой устройство разъединяют на две части: на первую пару разжимных элементов 1, 2 (фиг.2), соединенных неподвижно с цилиндрической вставкой 8, и на вторую пару разжимных элементов 1, 2. Обе пары разжимных элементов 1, 2 должны находится в сжатом состоянии, иметь наружный диаметр меньше, чем внутренний диаметр центрируемых заготовок. Первую пару разжимных элементов 1, 2, соединенных неподвижно с цилиндрической вставкой 8, вводят внутрь центрируемых цилиндрических заготовок 7 и 10 (фиг.1). Центрируемые цилиндрические заготовки 7 и 10 стыкуют между собой на заявленном устройстве, при этом крайний торец цилиндрической заготовки 7 упирают в кольцевой буртик 6 неподвижного разжимного элемента 2. При вращении винта 11 на центральном стержне 12 кольцом 13 происходит осевое перемещение разжимного элемента 1 вместе с цилиндрической вставкой 8 навстречу неподвижному разжимному элементу 2. Набор секторов 3, опирающихся на боковые конусообразные поверхности разжимных элементов 1, 2, перемещается вместе с губками 4 в радиальном направлении, охватывает внутренние поверхности центрируемых цилиндрических заготовок 7 и 10, фиксирует их относительно друг друга. При этом совмещается стык центрируемых цилиндрических заготовок 7 и 10 с кольцевой канавкой 5, выполненной на наружной поверхности губок 4. Далее вторая пара разжимных элементов 1, 2 вводится внутрь третьей центрируемой цилиндрической заготовки 14 (фиг.2) до тех пор, пока крайний торец этой заготовки не упрется в кольцевой буртик 6 разжимного элемента 2 второй пары разжимных элементов. Затем вторую пару разжимных элементов, собранную с центрируемой цилиндрической заготовкой 14, вводят внутрь цилиндрической заготовки 10, собранной с цилиндрической заготовкой 7 и первой парой разжимных элементов 1, 2. При этом внутренняя поверхность цилиндрической вставки 8 скользит по наружной поверхности цилиндрической части разжимного элемента 1 второй пары, а внутренняя поверхность цилиндрической заготовки 10 - по наружной поверхности губок 4 второй пары разжимных элементов 1, 2. При вращении винта на центральном стержне кольцом второй пары разжимных элементов 1, 2 (не показано) происходит осевое перемещение разжимного элемента 1 этой пары навстречу неподвижному разжимному элементу 2 этой пары. Набор секторов 3, опирающихся на боковые конусообразные поверхности разжимных элементов второй пары, перемещается вместе с губками 4 в радиальном направлении, охватывает внутренние поверхности центрируемых цилиндрических заготовок 10 и 14, фиксирует их относительно друг друга. При этом совмещается стык центрируемых цилиндрических заготовок 10 и 14 с кольцевой канавкой 5, выполненной на наружной поверхности губок 4 второй пары разжимных элементов (не показано). После выполнения на заявленном устройстве центровки трех цилиндрических заготовок между собой собранный узел помещают в камеру установки электронно-лучевой сварки и осуществляют сварку. Разборку сваренного изделия с заявленным устройством осуществляют в обратном порядке.The inventive device operates as follows. Before assembly, the device is disconnected into two parts: on the first pair of expandable elements 1, 2 (Fig. 2), connected fixedly to the cylindrical insert 8, and on the second pair of expandable elements 1, 2. Both pairs of expandable elements 1, 2 must be in a compressed able to have an outer diameter smaller than the inner diameter of the centered blanks. The first pair of expandable elements 1, 2 connected motionlessly with the cylindrical insert 8, is introduced into the centered cylindrical blanks 7 and 10 (Fig. 1). The centered cylindrical billet 7 and 10 are joined together on the claimed device, while the extreme end of the cylindrical billet 7 rests against the annular shoulder 6 of the stationary expanding element 2. When the screw 11 is rotated on the central shaft 12 by the ring 13, the axial movement of the expanding element 1 occurs together with the cylindrical insert 8 towards the stationary expanding element 2. A set of sectors 3, based on the lateral conical surfaces of the expanding elements 1, 2, moves with the jaws 4 in the radial direction, covers the inner surfaces of the centered cylindrical blanks 7 and 10, fixes them relative to each other. In this case, the joint of the centered cylindrical billets 7 and 10 is combined with the annular groove 5 made on the outer surface of the jaws 4. Next, a second pair of expansion elements 1, 2 is inserted inside the third centered cylindrical billet 14 (Fig. 2) until the end face of this the workpiece does not abut against the annular collar 6 of the expandable element 2 of the second pair of expandable elements. Then a second pair of expandable elements assembled with a centered cylindrical billet 14 is inserted inside the cylindrical billet 10 assembled with a cylindrical billet 7 and a first pair of expandable elements 1, 2. The inner surface of the cylindrical insert 8 slides along the outer surface of the cylindrical part of the expandable element 1 of the second pairs, and the inner surface of the cylindrical billet 10 - on the outer surface of the jaws 4 of the second pair of expansion elements 1, 2. When the screw is rotated on the central shaft by the ring of the second ry expander elements 1, 2 (not shown) there is axial movement of the expander body 1 of the pair towards the fixed expander element 2 of this pair. A set of sectors 3, based on the lateral conical surfaces of the expandable elements of the second pair, moves together with the jaws 4 in the radial direction, covers the inner surfaces of the centered cylindrical blanks 10 and 14, fixes them relative to each other. In this case, the joint of the centered cylindrical billets 10 and 14 is combined with the annular groove 5 made on the outer surface of the jaws 4 of the second pair of expandable elements (not shown). After completing the alignment of three cylindrical billets on the claimed device, the assembled assembly is placed in the chamber of the electron beam welding installation and welding is performed. Dismantling the welded product with the claimed device is carried out in the reverse order.

Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.

С использованием заявляемого устройства осуществляли центровку трубной заготовки диаметром 70×67,5 мм из циркониевого сплава Э110 длиной 900 мм с двумя биметаллическими трубчатыми переходниками «цирконий-сталь» длиной 100 мм с обоих концов трубной заготовки. Собранную трубную заготовку с переходниками по ее концам помещали в вакуумно-герметизирующий вращатель сварочной камеры электронно-лучевой установки и осуществляли сварку. Полученное сварное изделие соответствовало повышенным требованиям по соосности, по качеству внутренней поверхности сварного шва и отличалось более низкой себестоимостью изготовления по сравнению с известными устройствами.Using the inventive device, the centering of the tube stock with a diameter of 70 × 67.5 mm was made of zirconium alloy E110 900 mm long with two bimetallic tube adapters "zirconium-steel" 100 mm long at both ends of the tube stock. The assembled tube billet with adapters at its ends was placed in a vacuum-sealing rotator of the welding chamber of the electron-beam installation and welding was carried out. The resulting welded product met the increased requirements for alignment, for the quality of the inner surface of the weld and had a lower manufacturing cost compared to known devices.

Заявляемое устройство изготовлено на ОАО ЧМЗ и опробовано в производственных условиях с положительным результатом при центровке и электронно-лучевой сварке труб диаметром 70×67,5 мм из циркониевого сплава Э110 с двумя переходниками «цирконий - сталь» (изделие «Чехол»).The inventive device was manufactured at OAO ChMZ and tested under production conditions with a positive result when aligning and electron beam welding of pipes with a diameter of 70 × 67.5 mm from Zirconium alloy E110 with two adapters "zirconium-steel" (product "Case").

Claims

A device for centering cylindrical workpieces, comprising a pair of expandable elements installed inside the joined blanks with a conical lateral surface and a cylindrical side part, a drive for moving the expandable elements and a set of sectors forming a backing ring, mounted for radial movement and bearing on the conical side surfaces of the expandable elements, characterized the fact that it is equipped with an additional pair of expansion elements, a cylindrical insert and jaws with a ring a groove on the outer surface, while the expanding elements of each pair closest to each other are mounted axially movable and facing each other by cylindrical parts movably connected to each other by means of a cylindrical insert fixedly mounted on the cylindrical part of one of the expandable elements with the possibility of free sliding along the cylindrical part of the second expandable element, and the extreme expandable elements are made stationary in the axial direction and provided with annular flange to stop the extreme ends of the workpieces in them, and the sponges are placed on sectors and are made of copper with a chromium coating.