SE439267B - Anordning for att styra ett arbetsstycke under ett fixt verktyg - Google Patents

Description

7a12960-8 bindas med varandra. Om strålens fokus ändrar sig under svetsningen, kan det uppstå många problem, av vilka det inte minst allvarliga är att man kan erhålla en felaktig svets på grund av ojämn upphettning av fogytorna.Vid lasersvetsning av delar som har rotationssymmetri, såsom t.ex. cylindriska rör, föreligger vanligtvis ringa svårighet med att hålla strålen korrekt fokuserad, emedan delarna då kan vridas kring sin huvudaxel på ett bestämt avstånd från den lins, genom vil- ken laserstrålen fokuseras. Väl fokuserad, bringas laserstrålen att beskriva sin bana runt fogen helt enkelt genom vridning av delarna.

Vid svetsning av delar som saknar rotationssymmetri, har det däremot inneburit ett allvarligt problem att upprätthålla korrekt fokusering av strålen mot arbetsstyckets fogytor, vilket förhållande har begrän- sat användningen av lasersvetsning inom tillverkningsindustrin.

Ett exempel på de problem som, möter vid lasersvetsning av delar som saknar rotationssymmetri, är det kylgasrör av s.k. impingertyp, som införes i vissa gasturbinmotorskovar för att leda kylluft genom dessa. Ett typiskt sådant "impingerrör“ är sammansatt av en lång- sträckt del av approximativt strömlinjeformad profil samt en kil- formig del, varvid dessa delar har en ovalliknande gördelform eller tvärsnittsprofil på det ställe, där de skall fogas samman (se fig. l och 2). Tidigare har den ovalliknande gördelsvetsen kring rörets båda delar utförts genom elektronstrålesvetsning, varvid fogställets mer eller mindre plana partier har maskinsvetsats, medan de båg- formigt krökta partierna har svetsats manuellt. Denna äldre svets- teknik är givetvis icke endast tidsödande, utan den kräver dessutom många trimningsåtgärder under operationens genomförande. Försök att lasersvetsa hela gördelfogen har misslyckats till följd av omöjlig- heten att hålla laserstrålen korrekt fokuserad under dess övergång mellan de plana och de bågformigt krökta partierna av svetsen, lik- som också oförmågan att upprätthålla korrekt infallsvinkel för strå- len mot fogytorna under strålens passage över dessa.

Enligt uppfinningen föreslås följaktligen en förbättrad anord- ning, med hjälp av vilken man kan åstadkomma relativrörelse mellan den ovalliknande omkretsen av ett arbetsstycke och ett verktyg e.d., medan arbetsstyckets plana och bågformiga ytor hålles i ett fixerat plan relativt verktyget e.d. medan de exponeras för detta. Appara- ten är speciellt lämpad för användning vid lasersvetsning av ovalt formade gördel- eller omkretssvetsar, emedan strålens fokalavstånd och infallsvinkel bibehålles närmelsevis oförändrade, medan strålen överfar gördelfogens plana och bågformigt krökta partier. ¶ åxßßtïvl i 3. 7812960-8 I en fördelaktig utföringsform av uppfinningen innefattar lageranordningen ett inre och ett yttre lager, varvid axeln är monterad i det inre lagret, vilket är anordnat excentriskt i det yttre lagret att axeln och drivanordningen är reglerbara relativt varandra i radiell led mellan ett första läge, där axeln är vrid- bar kring sig själv liggande i linje med en av längdaxlarna till arbetsstyckets cirkelbågformigt krökta partier och ett andra läge, där axeln är vridbar excentriskt kring det yttre lagrets centrum- axel, som ligger i linje med den andra längdaxeln till arbetsstyckets chmælbågformigt krökta partier. 1 en typisk operation för lasersvetsning av en ovalliknande, d.v.s. i huvudsak ovalt formad gördelsvets runt ett arbetsstycke, är anordningens grundplatta så monterad att den kan utföra en trans- lationsrörelse i förhållande till laserstrålens fckuseringslins och är drivanordningen monterad oberoende av och i fixerat läge relativt den rörliga grundplattan. Gördelsvetsen kan i ett typfall utföras genom förflyttning av grundplattan rätlinjigt relativt de stationära komponenterna för att bringa laserstrålen att överfara ett plant parti av den ovala gördeln. När sedan det första bågformigt krökta partiet uppnås, aktiveras drivanordningen för att vrida det inre lagret och den däri fritt vridbart lagrade chuckaxeln excentriskt i det yttre lagret. Genom denna excentriska rörelse bringas arbetsstycket i sin tur att vrida sig kring den längsgående axeln genom det första bâgformigt krökta partiets krökningscentrum och icke endast expone- ras den första krökta arbetsstycksytan för laserstrålen, utan hålles också den krökta ytan fast i det plan, som bestämts av det redan färdigsvetsade plana partiet av arbetsstycket, varigenom ett i huvud- sak konstant fokalavstånd upprätthålles mellan linsen och arbets- styckets yta, liksom också en konstant infallsvinkel av laserstrå- len mot denna yta. Sedan det första bâgformigt krökta ytpartiet har genomlöpts av laserstrålen, förflyttas grundplattan återigen rät- linjigt relativt linsen och drivanordningen för svetsning av det andra plana partiet av gördelen. När slutligen det andra bâgformigt krökta ytpartiet uppnås, aktiveras drivanordningen för att vrida den i det inre lagret fritt vridbart lagrade chuckaxeln kring dennas egen centrumlinje. Genom denna icke-excentriska rörelse åstadkommes vrid- ning av urbvlsutyckel kring den andra längsgående »xflln uvh brinqun arbetsstyckets andra krökta ytparti att genomlöpas av laserstrålen, varvid denna vridrörelse håller det andra krökta ytpartiet i samma plan som den redan förut svetsade plana ytan. Genom dylik omväxlande QUALITY 7812960-8 4- translations- och rotationsröreße eller rotations- och translations- rörelse hos arbetsstycket i förhållande tilllinsen, kan laserstrâlen bringas att kontinuerligt beskriva arbetsstyckets ovalliknande svets- fog och därvid utföra en skarvsvets mellan arbetsstyckets delar.

I en särskilt lämplig utföringsform av uppfinningen innefattar lageranordningen ställbara organ för anpassning av densamma till arbetsstycken med ovala svetsfogar av olika dimensioner, varvid nämnda organ medger variering av det inre lagrets excentricitet på sådant sätt, att avståndet mellan lagrens centrumlinjer kan varieras.

I en ännu fördelaktigare utföringsform för svetsning är det chuck- don, i vilket arbetsstycket är uppspänt, försett med en skärm som närmelsevis innesluter arbetsstycket, samt med en anordning för in- förande av en skyddsgas i skärmen och/eller genom arbetsstycket.

Som exempel valda, fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen skall nu beskrivas utförligt i anslutning till bifogade ritningar, på vilka: fig. l i sidovy visar ett kylmunstycke eller -rör av s.k. impingertyyf avsett att insättas i en gasturbinskovel; fig. 2 visar kylmunstycket i tvärsnitt längs linjen 2 - 2 i fig. l; fig. 3 visar i perspektiv en typisk anordning enligt uppfin- ningen; fig. 4 är en sprängd perspektivbild av anordningens lager- anordning; fig. 5a - Sd visar schematiskt de axiella lägesrelationer som åstadkommas mellan anordningens komponenter före och under svetsning, och fig. 6a - 6e är en schematisk framställning, som åskådliggör ett typiskt svetsvarv runt de plana och krökta partierna av kylmun- styckets omkrets.

I fig. l och 2 visas sålunda ett typiskt gasmunstycke av s.k. impnmmrtyp, som är avsett att föras in i en gasturbinskovel för att leda kylluft genom denna. Impingerröret framställes i allmänhet i två delar, nämligen en långsträckt del, bladpartiet 2 med generell strömlinjeprofil och en kilformig del, rotpartiet 4. De båda delarna är sammanfogade genom en gördelsvets 6. Såsom visas på ritningen, är rörets båda delar ihåliga och har på skarvstället en allmänt sett oval tvärsnittsform eller omkrets, varvid den ovala gördeln består av ett par mer eller mindre plana eller flata partier Ba och Bb samt ett par krökta eller nnflade partier l0a och l0b. Rörets plana partier PÛOR flUÅLlTtL 5' 7812960-8 är visserligen något böjda, men dessa partiers krökning är till- räckligt liten för att sakna betydelse för föreliggande uppfinnings syften.

I fig. 3 visas en särskilt lämplig utföringsform av anord- ningen enligt uppfinningen, som är avsedd att användas för laser- svetsning av gördelsvetsen 6 kring rörpartierna, efter att dessa har sammanfogats genom häftsvetsning. Ancrdningen uppvisar en grund- eller bottenplatta 12, som är monterad i ett relativt den stationära fokuseringslinsen 14 fixerat grundplan; bottenplattans grundplan visas här vara vinkelrätt mot linsens optiska axel. Kon- ventionella styr- och drivorgan (ej visade) är anordnade i anslut- ning till grundplattan för att åstadkomma dennas translationsrörelse i förhållande till den stationära linsen 14. På grundplattan är en lageranordning monterad för att hålla arbetsstycket i given lägesrelation till linsen och för att bibringa densamma önskad rotationsrörelse under svetsperioden. Såsom visas mera detaljerat i fig. 4, innefattar lageranordningen som huvudkomponenter ett inre lager 16 och ett yttre lager 18, monterade i ett på grundplattan fast anbragt stödorgan 20, varvid det inre lagret är placerat excentriskt inom det yttre lagret. För anpassning till kylrör av olika stora omkretsdimensioner, är det inre lagret monterat i en slid 22, som i sin tur är glidbart monterad i en slidhållare 24.

Slidhållaren 24 är vridbart anbragt i det yttre lagret 18 och upp- visar flänsar 24a, mellan vilka sliden är placerad. Fritt vridbart lagrad i det inre lagret 16 är en första axel 26, som passerar genom ett urtag 28 i slidhållaren. Den första axeln har sin ena ände anordnad att drivas, t.ex. genom en koppling 30, som är glid- bart ingripbar med en motsvarande koppling 32 på axeln till en driv- anordning 34, som är monterad på en plattform 35, oberoende av och i fixerat läge i förhållande till den rörliga grund- eller botten- plattan. Kopplingarna 30 och 32 medger translationsrörelse hos grundplattan relativt drivanordningen 34, samtidigt som axeln 26 tillåtes rotera. Axelns 26 andra ände är kopplad till den andra axeln 28 medelst kopplingar 36 och 38 på den första resp. den andra axeln. Såsom kommer att förklaras i det följande, medger kopplingarna 36 och 38 jämte sliden 22 och kopplingarna 30 och 32 inriktning av kylmunstycksrörets axlar i linje med det inre och det ytum lagrets resy. axlar. Den andra axelns 28 kopplingsfria ände uppbär en lämp- lig chuck 40, som håller kylmunstycksröret 1 rätt läge i förhållande till linsen och till lagrens axlar. oolí i auAuïv 781296Û'8 a Fig. Sa - 5d åskådliggör schematiskt de axiella lägesrela- tioner, som.mellan anordningens olika komponenter för att arbets- stycket skall utföra önskade rörelser. I fig. 5a visas anordningen i begynnelseläget, i vilket centrumlinjerna för det inre lagret 16 och det yttre lagret 18 sammanfaller med varandra och med axlar- nas 26 och 28 centrumlinjer och med längdaxeln A genom mittpunkten mellan krökningscentrerna Rl och R2 för de rundade delarna av rörets omkrets. I fig. 5b visas axeln 28 sidoförskjuten från lag- rens centrumlinjer en sträcka lika med halva avståndet mellan krökningscentrerna Rl och R2. Genom denna sidoförskjutning kommer som synes, längdaxeln genom krökningscentret R2 i linje med det inre lagrets 16 centrumlinje. En förflyttning av axeln 28 på detta sätt åstadkommes genom att kopplingen 38 förskjutes relativt kopp- lingen 36 och därefter låses fast i det önskade läget, t.ex. med hjälp av låsskruvar 42. En på kopplingen 36 fast anbragt mikro- meteranordning 44 kan användas för exakt inställning av sidoför- skjutningssträckan. I fig. 5c. visas det sista inriktningssteget, i vilket sliden sidoförskjutes från det yttre lagrets centrumlinje en sträcka lika med avståndet mellan krökningscentrerna Rl och R2.

Genom denna sidoförskjutning kommer, som synes, det yttre lagrets 18 centrumlinje i linje med längdaxeln genom krökningscentret Rl, varigenom det inre lagret och axeln 26 intar ett relativt det yttre lagret excentriskt läge. Mikrometerskruvanordningen 45 användes för fininställning av slidens 22 läge. Då man i utförandet enligt fig. 5c startar drivanordningen 34, drives axlarna 26 och 28 excentriskt kring det yttre lagrets centrumlinje, och denna rörelse åstadkommer, att kylröret vrides kring den längsgående axeln genom krökningscentret Rl. Då grundplattan förflyttas genom translations- rörelse för att bringa det inre lagrets 16 och axelns 26 centrum- linje att sammanfalla med drivanordningens 34 rotationsaxel, fig. 5d, drives emellertid drivanordningen 34 kring den längsgående axeln genom krökningscentret R2, såsom framgår av figuren. Enär de inre och yttre lagrens och axlarnas centrumlinjer ligger i samma plan som de längsgående axlarna genom krökningscentrerna Rl och R2, håller de nyss beskrivna rotationsrörelserna de rundade ytpartierna lua och l0b i det plan som bildas av de flata ytorna 8a, 8b rela- tivt fokuseringslinsen. Sålunda kan de rundade ytorna av rörets omkrets exponeras för laserstrålen under bibehållande av strålens fokalavstånd och infallsvinkeln närmelsevis konstanta.

I fig. Ga - öd åskådliggöres schematískt en typisk svetsperiod, 7. 781296Û~8 som utföres för svetsning av den ovala omkretsfogen mellan mun- stycksrörets båda delar. Laserstrålen 50 fokuseras exempelvis mot den plana ytan 8b i linje med rundningen Rl. Därefter förflyttas grundplattan rätlinjigt i pilens riktning för att på visat sätt ut- föra svetsen 52 på denna plana yta 8b. Då laserstrålen befinner sig i linje med krökningscentret R2, vrides röret kring den längsgående axeln genom detta krökningscentrum, fig. 6b, såsom beskrivits i det föregående. Hälften av gördelsvetsen har nu utförts. I fig. 6c och 6d har grundplattan återigenom förflyttats rätlinjigt för att svetsa den plana ytan 8a, varefter röret har vridits kring längd- axeln genom krökningscentret Rl för att svetsa den cirkelbâgfor- migt krökta ytan l0a. Grundplattans translationsrörelse och själva rörets vridrörelse samordnas lämpligen till att ske i tur och ord- ning under kontroll av N/C-band, dator- eller annan automatisk ut- rustning. Givetvis kan vilken som helst önskad sekvens av transla- tions- och rotationsrörelser tillämpas. Vid automatisk sekvens- kontroll kan gördelsvetsen som visas i fig. 6 utföras kring ett kylrör av vanlig gasimpingertyp på en tid av mellan ca. 10 och 20 sekunder.

En särskilt fördelaktig utföringsform av uppfinningen, avsedd för lasersvetsning av ovalliknande rund-,omkrets- eller gördel- svetsar, uppvisar också en skärm 54, som är fäst vid chuckdonet 40 för att omsluta det däri fasthållna kymmmsfiflflsröret 2,se fig. 3.

Skärmen kan utgöras av en kvartscylinder för att tillåta laser- strålen att passera utan effektminskning. Skärmen kan fyllas med en skyddsgas, t.ex. argon, helium eller dylikt, genom lämpliga rör 56 som är anslutna till en gaskälla. Dessutom kan ett rör eller en kanal (ej visad) passera genom chuckens inre för att införa en skyddsgas också genom kylmunstycksrörets inre. Slangrullar 58 och 60 kan vara monterade på axlarna 26 och 28 för att tillföra slangar av tillräcklig längd under arbetsstyckets vridrörelse. Såsom utan vidare inses av fackmannen, kan kvartsskärmen och gastillförsel- rören undvaras, om anordningen enligt uppfinningen är innesluten i en vakuumkammare eller dylikt.

Det inses också, att vissa komponenter av den i det föregående utförligt beskrivna anordningen kan vara onödiga, om arbetsstyckets dimensioner icke vurierar.Om exempelvis ett och samma arbetssLyvke skall svetsas eller behandlas på annat sätt, behövs inte organ för justering av det inre lagrets och axlarnas 26 och 28 excentricitet relativt det yttre lagret. Sålunda skulle sliden 22, slidhållaren 24 QUALITY

Claims (8)

781296Û'*3 och mikrometeranordningen 44, 45 kunna undvaras. I stället för att använda dubbla sidoförskjutningsaxlar 26 och 28, skulle man dessutom kunna använda en enda axel, som är fritt vridbart lagrad i det inre lagret och som har sin ena ände driven medan den andra bär upp chucken 40, under förutsättning att de föreskrivna lägesrelationerna föreligger mellan arbetsstyckets och lagrets axlar. Vidare faller inom uppfinningstankens ram också en anordning, där fokuseringslinsen 14 och drivanordningen 34 förflyttas rätlin- jigt relativt ett fast grundplan, varvid det viktigaste kravet för att uppfinningens_syften skall uppnås är att erhålla den önsk- värda relativrörelsen mellan dessa komponenter. Fackmannen på om- rådet inser givetvis, att även andra slags arbetsstycken med oval- liknande omkrets kan svetsas eller behandlas med denna anordning. Med uttrycket "ovalliknande" betecknas i föreliggande sammanhang såväl approximativa som verkliga ovala konturformer. Sålunda kan exempelvis en mindre avvikelse från den exakt ovala formen tillåtas i anordningen enligt uppfinningen, t.ex. den ringa krökningen hos de plana ytorna 8a och Bb. Likaså är också en viss, mindre avvikelse hos de krökta ytornas l0a och l0b form godtagbar. Det mått på av- vikelsen från den exakt ovala formen som kan tillåtas blir oftast beroende huvudsakligen på vilken typ av operation som skall utföras på arbetsstycket. Det torde inses utan vidare, att anordningen enligt uppfinningen kan användas icke endast för lasersvetsning av ovalliknande rund- - eller gördelfogar, utan också för TIG- och andra svetsmetoder. Dessutom kan anordningen finna användning för spånskiljande bear- betning, t.ex. fräsning eller slipning, för kontrolloperationer, t.ex. röntgenanalys, för beläggningsoperationer, för värmebehand- lings- och många andra slags operationer, som skall utföras på ett ovalliknande arbetsstyckes omkrets medelst ett verktyg eller dylikt. Patentkrav

1. l. Anordning för exponering av arbetsstycken, t.ex. ovallik- nande arbetssstycken utan rotationssymmetri och bestående av plana och cirkelbågformigt krökta ytor (8a, Bb, 10a, l0b) för ett verktyg, t.ex. en laserstrålesvetsanordning, medan ytorna hålles i ett fixerat plan relativt verktyget under sin exponering för detta och varvid anordningen innefattar en grundplatta (12) i ett relativt verktyget fixerat plan, en stöddel (20) som är fäst på grundplattan, en axe1(2M to i nu 9. 781296043 som är monterad i lageranordningar i stöddelen och som i ena änden uppvisar ett chuckdon (40) för att bära upp arbetsstycket, en anord- ning för åstadkommande av relativ translationsrörelse mellan grund- plattan varpå arbetsstycket är fäst och verktyget för exponering av arbetsstyckets plana ytor (8a, 8b) för verktyget, samt en driv- anordning (34) som är ansluten till axeln för rotation därav och därmed av det därpå fästa arbetsstycket kring längdaxlarna (Rl,R2) till de cirkelbågformigt krökta ytorna (l0a, l0b) för exponering av dessa ytor på arbetsstycket för verktyget, k ä n n e t e c k - n a d a v att lageranordningen innefattar ett inre och ett yttre lager (16 resp. l8), varvid axeln (26) är monterad i det inre lagret (16), vilket är anordnat excentriskt i det yttre lagret (18) att axeln och drivanordningen (34) är reglerbara relativt varandra i radiell led mellan ett första läge, där axeln är vridbar kring sig själv liggande i linje med en av längdaxlarna (R2) till arbets- styckets cirkelbägformigt krökta partier (l0a, l0b) och ett andra läge, där axeln är vridbar excentriskt kring det yttre lagrets centrumaxel, som ligger i linje med den andra längdaxeln (Rl) till arbetsstyckets cirkelbågformigt krökta partier.

2. Anordning enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a d a v att grundplattan (12) är så monterad, att den kan utföra en translationsrörelse relativt det stationära verktyget.

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d a v att drivanordningen (34) är monterad oberoende av och i fixerat läge relativt den rörliga grundplattan (12), och att driv- anordningen uppvisar kopplingsdon (30, 32) för glidbart ingrepp med den ände av axeln (26), som är motsatt chuckdonet (40).

4. Anordning enligt något av patentkrav 1 - 3, k ä n n e - t e c k n a d a v att axeln (26) uppbär chuckdonet (40) via en andra axel (28), som är excentriskt anordnad relativt den första axeln.

5. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att de två axlarna (26, 28) är sammankopplade medelst en justerbar koppling (36, 38) för att medge reglering av avståndet mellan de två axlarna och att en slidhâllare (24) är roterbart monterad i det yttre lagret (18), varvid en slid (22) är regler- bart styrd i slidhållaren samt uppbär det inre lagret (l6) för att medge reglering av de två lagrens (16, l8) excentricitet.

6. Anordning enligt något av patentkrav l - 5, k ä n n e - t e c k n a d a v att chuckdonet (40) uppvisar ett avskärmnlngs- i l,A________K_/__,,?\{ _ _ __________-_.___l_ 10. 7s12960~8 organ (54) för inneslutning av den del av arbetsstycket som skall exponeras för verktyget och att en anordning är utformad för in- förande av skydds- eller skärmningsgas i avskärmningsorganet.

7. Anordning enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a d a v att avskärmningsorganet (54) består av kvarts.

8. Anordning enligt patentkrav 6 eller 7, k ä n n e t e c k - n a d a v att chuckdonet (40) dessutom uppvisar organ för in- förande av en skyddsgas genom arbetsstycket. *___ _ _ .... .i