И. А. Казанцев, С. Г. Ракитин, Д. Б. Крюков

В крупносерийном производстве тонкостенных сосудов (тормозные резервуары, газовые баллоны) для выполнения сборочно-сварочных операций применяют специальные полуавтоматические установки. В них для сборки продольного стыка обечайки необходимо выполнять следующие операции: приемку обечайки; ориентирование стыка; прижатие его к подкладке симметрично относительно формующей проплав канавки; выполнение шва; освобождение обечайки от зажатия и ее сброс.

Наиболее сложной для автоматизации операцией является ориентирование. Если эту операцию выполняет рабочий, то установка значительно упрощается и это является причиной отказа от применения полностью автоматизированных устройств.

На такой установке (рис. 1, а - в) сборочную и сварочную операции можно выполнять на разных позициях, связанных транспортирующим устройством, например планшайбой 1 с шаговым поворотом, на которой закреплены консольные балки 2, 6 и 9, несущие сварочную подкладку. От обечаек, расположенных на наклонном накопителе 5, отсекателем 7 отделяется одна, которая скатывается на приемное место 10 тележки 8. При движении этой тележки обечайка надвигается на консоль 6 планшайбы, находящейся в положении приема, опускается на нее, а тележка отходит в исходное положение. Оператор ориентирует одну из кромок вдоль оси канавки 12 подкладки и фиксирует ее вакуумными присосками 13, вторую кромку устанавливают впритык к первой. Сборочная операция при необходимости завершается установкой заходных планок и нажатием кнопки, снимающей ограничение автоматического включения шагового поворота. Точная установка стыка под сварочную головку обеспечивается

конусным фиксатором 4, который одновременно используется для

3

поддержания конца консольной балки 2 при зажатии кромок обечайки клавишными прижимами 11 балки портала 3. Операция сварки в этом случае может осуществляться без участия оператора. По ее окончании клавишные прижимы и фиксатор отходят, и поворот планшайбы 1 (рис. 1, а) переносит сваренную обечайку на позицию съема, где она подхватывается приемным устройством тележки.

Рис. 1. Полуавтоматическая установка для сборки и сварки продольного стыка обечайки

Характерным примером химического аппарата может служить

теплообменник кожухотрубчатого типа (рис. 2). Можно видеть, что его

конструктивное оформление сводится к / комбинации пластин, оболочек и

труб разнообразных сечений и очертаний. Цилиндрические сосуды обычно

собирают из нескольких обечаек и двух полусферических или эллиптических

днищ. Обечайки вальцуют из одиночного листа или из сварной карты при

расположении швов вдоль образующей. Днища либо сваривают из отдельных

штампованных лепестков, либо штампуют целиком из листа или из сварной

заготовки. Сборку и сварку цилиндрической части сосуда производят на

роликовом стенде. Продольный стык обечайки собирают на прихватках с

4

помощью простейших стяжных приспособлений. Сборка кольцевого стыка между обечайками является наиболее трудоемкой операцией. Для ее механизации роликовый стенд можно оборудовать установленной на тележке 5 скобой 1 (рис. 3). Тележка передвигается вдоль стенда по рельсовому пути 7. Настройка скобы в вертикальной плоскости осуществляется тягой 4. Последовательность операций при сборке в этом случае такова. На роликовый стенд 6 краном подают две обечайки. Скобу продвигают так, чтобы опора 13 гидроцилиндра 10 оказалась в плоскости собираемого стыка, и закрепляют на первой обечайке включением гидроцилиндра 11. После того как торцовый гидроцилиндр 2, придвигая вторую обечайку к первой, установит требуемый зазор в стыке, гидроцилиндром 10 выравнивают кромки и ставят прихватку. Поворот собираемых обечаек на некоторый угол для постановки других прихваток требует не только отвода прижимов гидроцилиндром 10 и 11, но также и опор 12 и 13. Последнее осуществляется путем небольшого поворота скобы 1 вокруг оси 3 под действием штока 9 гидроцилиндра 10. Шток 9 при движении вниз, встретив неподвижную регулируемую опору 8, поднимает цилиндр, поворачивая скобу 1.

Рис. 2. Кожухотрубчатый теплообменник с плавающим компенсатором

Рис. 3. Установка для механизированной сборки кольцевых стыков цилиндрических сосудов

Сварка продольных и кольцевых швов сосудов со средней толщиной стенки выполняется чаще всего под флюсом с двух сторон. Выполнение первого слоя на весу требует тщательной сборки и ограничения размера зазора по всей длине шва. Поэтому роликовые стенды обычно оборудуют флюсовыми подушками, позволяющими производить сварку первого слоя шва без жесткого ограничения зазора в стыке. Флюсовая подушка для продольных швов представляет собой жесткий короб, закрепленный на тележке. Пневмоцилиндры поднимают короб до упора в изделие. Плотное прижатие флюса к стыку создается подачей сжатого воздуха в шланг. Поджатие флюса при сварке кольцевых швов может осуществляться с помощью подушки ременного типа (рис. 4). Движение ремня и подача флюса к месту горения дуги происходят вследствие сил трения. Другая конструкция флюсовой подушки для кольцевых швов представлена на рис. 5. При подаче воздуха в пневмоцилиндр 4 диск флюсовой подушки 2 поднимается до упора в изделие, а сам цилиндр благодаря пружинной подвеске опускается и упирается траверсой 7 в рельсы, фиксируя положение тележки 1. При вращении изделие увлекает за собой диск 2 с ложементом 5 и, поворачивая его вокруг наклонной оси 3, прижимает резиновую камеру 6 с флюсом к стыку.

Направление Сращения. изделия Рис. 4. Схема флюсоременной подушки для сварки кольцевых стыков

Рис. 5. Флюсовая подушка с эластичным лотком для сварки кольцевых стыков

Первый слой выполняют изнутри обечайки, а второй сваривают снаружи по ранее уложенному первому с полным проплавлением всей толщины стенки. При толщине стенки сосуда более 25 мм автоматическая сварка под флюсом обычно выполняется в несколько слоев.

При серийном изготовлении сосудов днища часто выполняют штамповкой целиком, причем листовая заготовка может быть сварной. В мелкосерийном и индивидуальном производствах днища обычно собирают и сваривают из отдельных штампованных элементов. В некоторых случаях емкости имеют эллиптическую или овальную форму поперечного сечения (бензовозы, автоцистерны для перевозки молока и др.). При автоматической сварке под флюсом стыков обечаек с днищами вращение сосуда необходимо осуществлять так, чтобы скорость сварки была постоянной, и в зоне дуги шов располагался горизонтально. Станок, схема которого показана на рис. 6, удовлетворяет этим требованиям. Копирный диск 8 имеет две беговые дорожки: наружнию, по которой катится ведущий ролик приводного механизма 4, и внутреннюю - для опорного холостого ролика 6. Под действием пружинящего упора 7 копирный диск 8 оказывается зажатым между ведущим и опорным роликами, а его крайние положения ограничиваются холостыми роликами 5. Наружная беговая дорожка копирного диска 8 представляет собой овал, как у изделия. Цистерна, предварительно собранная на прихватках, подается на станок тележкой по рельсам 3 и закрепляется в плавающей скобе 9 зажимным центрирующим приспособлением 2, жестко связанным с копирным диском. Вес изделия уравновешивается противовесом 1 с помощью подвижных рычагов 10. Наличие двух сварочных головок позволяет одновременно выполнять сварку обоих швов.

Рис. 6. Схема установки для автоматической сварки овальных

сосудов

В серийном производстве сосудов используют поточные методы производства. Примером может служить изготовление железнодорожных цистерн на заводе тяжелого машиностроения. Цилиндрическую часть котла цистерны вместимостью 60 т составляют из пяти листов (рис. 7, а), ее

поперечное сечение после вальцовки показано на рис. 7, б. Верхние 1 и средние 2 листы имеют толщину 8 мм, нижний лист 3...11 мм. Листы с механически обработанными кромками раскладывают на сборочном стенде, а стыковые швы полотнища собирают на прихватках с постановкой

заходных и выходных планок. Собранное полотнище приподнимают

системой роликов и передают на сварочный стенд (рис 8). Кромки листов 1 прижимами 2 прижимаются к стенду, а флюсовые подушки 4 с

пневмошлангами 5 обеспечивают поджатие флюса с нижней стороны. Четыре сварочные головки 3 Одновременно выполняют сварку всех продольных швов. После сварки с одной стороны кантователь переворачивает полотнище, а на второй сварочной установке одновременно сваривают все стыки. Далее полотнище с рольгангом подают в гибочные вальцы, где вальцуют вдоль швов в обечайку без предварительной подгибки кромок. После сборки и двусторонней сварки продольного стыка обечайку калибруют в гибочных вальцах, а затем устанавливают на роликовый конвейер связывающий ряд рабочих мест. На каждом рабочем месте обечайка с помощью подъемных поперечных роликовых опор поднимается над роликами конвейера и может поворачиваться в соответствии с

технологическим процессом. По завершении операции обечайка опускается на роликовый конвейер и перемещается на следующее рабочее место.

Рис 7. Обечайка котла железнодорожной цисцерны

Рис. 8. Схема стенда для автоматической сварки листов обечайки

На первой позиции производят подготовку обечайки под сборку с днищем: зачищают места прихватки технологических планок, вырезают и зачищают отверстия люков, сливного прибора и предохранительного клапана.

На второй позиции осуществляют сборку обечайки со штампованными днищами с помощью двух центраторов, оборудованных 26 радиальными пневмоцилиндрами (рис. 9). Внутрь центраторов обечайка заводится рольгангом. Днища поступают на сборку после обрезки кромок. С помощью специального захвата днище в вертикальном положении краном подводят к обечайке, расположенной в центраторе, и первоначально закрепляют винтовыми торцовыми прижимами. Затем посекционным включением радиальных пневмоцилиндров производят выравнивание кромок кольцевого стыка и его прихватку.

Рис. 9. Центратор для сборки днищ с обечайкой

Следующим рабочим местом является стенд для одновременной

сварки двух внутренних кольцевых швов, который оборудован

флюсоременными подушками. Изготовление цилиндрической части котла

завершается на стенде для сварки наружных швов.

В стенки сосудов и аппаратов приходится вваривать штуцера и

патрубки, при этом их сварные соединения не должны снижать прочности

сосуда. Примеры конструктивного оформления штуцеров в аппаратах

химического производства показаны на рис 10, а - г.

13

Варианты с дополнительным усиливающим кольцом 1 (рис 10, а) и утолщенным патрубком 2 (рис. 10, б) технологически просты, но при нагружении в зонах расположения угловых швов возникает значительная концентрация напряжений, что может сложить причиной появления трещин в процессе эксплуатации. Варианты с вытяжкой горловины (рис. 10, в) и с вварным торовым воротником 3 (рис. 10, г) более сложны в изготовлении, зато исключение соединений с угловыми швами и плавный переход от стенки корпуса к штуцеру повышают надежность сосуда в эксплуатации.

Рис. 10. Способы соединения люков и штуцеров с корпусами

аппаратов

Для теплообменной аппаратуры характерны соединения труб с трубной решеткой. Сборку пучка начинают со сборки каркаса, включающего трубную решетку 1 и стяжки 2 , на которых с помощью гаек закрепляют перегородки 3 (рис. 11). В собранный каркас последовательно заводят U - образные трубки 4.

Рис. 11. Сборка каркаса с U-образного трубного пучка

Конструктивное оформление сварного соединения с трубной доской может быть различным (рис. 12, а - д). В большинстве случаев трубы пропускают через отверстия в трубных досках и приваривают круговыми швами с наружной стороны (рис. 12, а - в). Технологически это наиболее просто, однако при этом сварные швы оказываются в зоне максимальных рабочих напряжений, действующих в трубной доске. Для облегчения условий выполнения сварного соединения и его работы при эксплуатации применяют приемы сварки по отбортовке (проточке (рис. 12, а), или с расплавлением специально проточенного в доске выступа (рис. 12, в), либо производят перед сваркой развальцовку концов труб (рис. 12, б)). Варианты без пропуска труб через трубную доску (рис. 12, г, д) выводят сварные швы из зоны действия максимальных рабочих напряжений, но при этом технология их выполнения сложнее.

Рис. 12. Варианты соединения труб с трубными досками