устройство для электронно-лучевой сварки

Формула изобретения

Устройство для электронно-лучевой сварки радиальных деталей с кольцевой, содержащее основание, закрепленное на нем поддерживающее кольцо с боковой конической опорной поверхностью, фиксаторы, выполненные из трех элементов, один из которых в виде стержня расположен с наружной стороны основания, другой выполнен в виде ползуна с опорной поверхностью для радиальных деталей и с выступом, отличающееся тем, что оно снабжено двумя дополнительными поддерживающими кольцами, соосными с первым, одно из которых выполнено с торцевой опорной поверхностью, а третье поддерживающее кольцо выполнено с радиальными пазами для установки ползунов, выступ каждого ползуна выполнен с пазом, имеющим боковые противоположные параллельные опорные поверхности для радиальной детали, элементы фиксатора в виде стержня выполнены с опорной поверхностью для радиальной детали, расположенной напротив опорной поверхности ползуна и параллельной дну радиального паза третьего кольца и торцевой опорной поверхности второго кольца, при этом стержни расположены радиально.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке (ЭЛС) и касается в частности вспомогательной оснастки, применяемой в сборочно-сварочных работах, оно может быть использовано в двигателе-, турбо-, агрегатостроении при изготовлении конструкций типа топливных коллекторов.

Известно устройство для электронно-лучевой сварки деталей типа колец с лопатками, т.е. кольцевых деталей с радиально расположенными элементами. Оно содержит основание, закрепленное на нем поддерживающее кольцо с боковой конической опорной поверхностью, фиксаторы, выполненные из трех элементов, один из которых в виде стержня расположен с наружной стороны основания, другой выполнен в виде ползуна с опорной поверхностью для радиальных деталей и с выступом.

Известное устройство не позволяет сваривать круговые стыки нежестких конструкций типа топливных коллекторов с высоким качеством и жесткими требованиями к позиционированию наклонных торцов форсунок к оси изделия, так как известное устройство не обеспечивает фиксацию ни в радиальном направлении, ни в осевом.

Целью изобретения является повышение качества конструкции путем снижения сварочных дефоpмаций.

На фиг. 1 показано предложенное устройство сварочной оснастки, продольный разрез; на фиг. 2 то же, план.

Описываемое устройство состоит из основания 1, на котором через центрирующую втулку 2 по посадочным поверхностям соосно устанавливают основные поддерживающие кольца. Первое из них кольцо 3 выполнено массивным из материала такого же как и устанавливаемое на него кольцо 4, свариваемое с радиально расположенными в пазах по его периметру форсунками 5 топливного коллектора ГТД. Поддерживающее кольцо 3 имеет опорную боковую коническую поверхность 6. Второе поддерживающее кольцо 7 выполнено плоским и имеет торцовую опорную поверхность 8, предназначенную для взаимодействия с торцовой поверхностью свариваемого кольца 4.

Направленность корпусности опорной поверхности 6, угол которой равен углу самоторможения, такова, что обеспечивает усилие зажима 4 между поддерживающими кольцами 3 и 7. Усилие зажима создается болтами 9, которые стягивают в один узел и медную прокладку 10 с поддерживающими кольцами 3 и 7.

На основании 1 соосно с поддерживающими кольцами 3 и 7 установлено дополнительное третье поддерживающее кольцо 11, имеющее радиально расположенные по количеству форсунок (30-40 штук) пазы 12. Третье поддерживающее кольцо сориентировано на основании с высокой степенью точности по оси устройства с обеспечением параллельности дна каждого паза 12 торцовой опорной поверхности 8 второго поддерживающего кольца.

В каждом пазу 12 установлены ползуны 13, несущие опорную поверхность 14 под наклонный к оси изделия торец форсунки 5, размещенный в отверстии 15. Ползуны в сочетании со стержнями 16 и 17 формируют фиксаторы радиально расположенных деталей 5. Для каждой форсунки 5 используют три элемента фиксатора: один из них стержень 16 расположен радиально с наружной стороны основания 1 и фиксирует радиальное положение соответствующей форсунки, а два других элемента ползун 13 и стержень 17, установленный в жестко соединяемом с поддерживающим кольцом 11 ободе 18, имеют дополнительные опорные поверхности соответственно 14 и 19, расположенные одна напротив другой. При этом дополнительная опорная поверхность 19 стержня 17 параллельна дну радиального паза 12 и торцовой опорной поверхности 8 второго кольца 7.

Каждый ползун 13 имеет, кроме того, боковые, противоположно расположенные перпендикулярно опорным поверхностям 19 и 8 опорные поверхности 20 и 21, для радиальных деталей выполненные в пазу выступа 22 каждого ползуна 13.

Устройство работает следующим образом.

На основании 1 собирают с высокой точностью центрирования втулку 2, размещенные на ней первое поддерживающее кольцо 3 и дополнительное поддерживающее кольцо 11. Устанавливают на боковой конической опорной поверхности 6 поддерживающего кольца 3 свариваемое кольцо 4 диаметром 800 мм, толщиной 20 мм и шириной 18 мм, которое является само не жесткой конструкцией, требующей беззазорной установки его на кольцо-оправку для обеспечения заданного точного диаметра.

В радиальных пазах 12 поддерживающего кольца 11 устанавливают ползуны 13, в которых предварительно между дополнительными опорными поверхностями 20 и 21 выступов 22 заводят форсунку, разместив ее торцовую поверхность 14, выполненную под углом 3^о с поверхностью перемещения ползуна 13 по пазу 12, в отверстии 15. При этом хвостовую часть форсунки заводят в сквозные пазы по периферии кольца 4. Установив все форсунки с ползунами через стойку на дополнительном поддерживающем колье 11 закрепляют обод 18. Выводят радиально расположенный элемент 16 фиксатора внутрь приспособления для выставления требуемого радиального положения всех форсунок. Прижимают стержнями 17 опорную поверхность 19 к тыльной стороне форсунки, зажимая ее между расположенными одна напротив другой поверхностями 14 и 19.

Таким образом оказываются точно установленными и зафиксированными положение наклонной поверхности 14 каждой форсунки и ее ось.

Последующей установкой поддерживающего кольца 7 прижимают торцовую опорную поверхность 8 к торцу кольца 4 через медную теплоотводящую проставку 10, окончательно ориентируя по конусу заданную высоту положения кольца 4 и торцов форсунок 5.

Собранное под сварку устройство устанавливают на стол вращателя установки ЭЛУ-20, оснащенной энергоблоком БЭП 60/15.

Сварку осуществляют в два прохода вертикальным электронным лучом последовательно с разных сторон стыка, переворачивая все приспособление с деталями в собранном виде. Режим сварки топливного коллектора из жаропрочного никелевого сплава ВЖ98 следующие: V_св. 45 м/ч; I_св. 65-80 мА; U_уск.= 60 кВ, частота сканирования луча 280 Гц.

Первый проход осуществляют с одной стороны (показанной на фиг. 1) изделия преимущественно на 1/3 глубины стыка, как бы прихватывая детали друг другу с минимальным тепловложением в изделие, сводящим к минимуму сварочные напряжения и поводки деталей. При этом возникающие незначительные усилия деформации форсунок компенсируются усилиями зажима их между противоположно расположенными опорными поверхностями 14, 19 и 20, 21. В силу наличия угла 3^о по торцовой поверхности форсунки относительно торцов колеса возникают в локальной зоне нагрева усилия деформации, как бы проталкивающие ползун 13 в радиальном направлении от центра, перемещая его по направляющему пазу 12 в дополнительном поддерживающем кольце. Выполнение поверхностей 8, 19 и донной части паза 12 параллельными гарантирует сохранение точности ориентации собираемых в изделие деталей в процессе сварки.

При втором проходе, когда величина тепловложений значительно больше за счет увеличения глубины проплавления в зоне контакта поддерживающего кольца 3 со свариваемым кольцом 4, возникают значительные усилия деформации за счет термического расширения материала. При этом возникают силы, действующие в радиальном и осевом направлении. В результате действия силы, направленной в осевом направлении, происходит самоустановка кольца свариваемой детали по конической поверхности поддерживающего кольца 3 с сохранением постоянства их контакта, что обеспечивает теплоотвод и калибровку изделия по его диаметру.

Сила, направленная в радиальном направлении, вызывает радиальное свободное перемещение свариваемых деталей от центра, исключая тем самым появление опасных напряжений в зоне соединения. При остывании сварного шва происходит усадка, силы которой возвращают в исходное положение торец форсунки, сохраняя его угловое положение относительно оси изделия. Тем самым обеспечивается локальная компенсация изменений размеров деталей в зоне сварки.

Постоянство контакта кольцевой детали 4 с поддерживающим кольцом 6 за счет использования конической поверхности контакта между ними с углом самоторможения позволяет обеспечить большой и постоянный теплоотвод, что тем самым снижает сварочные напряжения и гарантирует при использовании данной оснастки возможность исключения деформаций изделия, обеспечив высокое качество конструкции.

Осуществление двухпроходной сварки с противоположных сторон стыка со сканированием луча и перекрытием глубин проплавления при проходах гарантирует исключение непроваров стыков. Кроме того, используемый при реализации способа контроль проплавления на заданную неполную величину позволяет полностью исключить брак при изготовлении топливных коллекторов ГТД.

Таким образом, данная оснастка обеспечивает высокую точность позиционирования свариваемых деталей за счет эффекта самоцентрирования в конусной посадке, снижает деформации элементов свариваемых деталей за счет свободной подвижности их в процессе термоцикла, уменьшая технологические напряжения в свариваемом узле.