Устройство для газопламенной правки - RU2454287C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение касается устройства для газопламенной правки в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Металлические конструкции, в частности стальные конструкции, которые были изготовлены путем сварки и/или обработки давлением, имеют, как правило, отклонения формы и/или размеров, которые должны быть компенсированы посредством дополнительной правки. Наиболее часто применяющимся методом для правки металлических деталей является так называемая газопламенная правка. Газопламенная правка широко используется по технологическим причинам или причинам, связанным с охраной труда.

Согласно публикации P. Bernhard, G. Schreiber «Veifahren der Autogentechnik», издательство «Deutscher Verlag für Schweibtechnik», Дюссельдорф, 1973 г., важной предпосылкой для успешной газопламенной правки является быстрое ограниченное внесение тепла с помощью особо горячего интенсивного пламени. По этой причине рекомендуется использование газокислородного пламени, в частности ацетиленокислородного пламени.

Уже известно, что термическая обработка возможна не только с помощью газокислородного пламени, но в принципе с помощью любого технически имеющегося в распоряжении источника тепла, например электрической дуги, тепла электрических сопротивлений, индуктивного тепла, светового тепла, лазерных лучей, ионных лучей или электронных лучей. В области термической правки на первое место вышла, однако, газопламенная правка.

При использовании для правки электрической дуги точка приложения электрической дуги вызывает на поверхности детали локально ограниченные расплавления, что, в частности, с точки зрения прочности можно рассматривать в качестве недостатка. Правка деталей с помощью резистивного или индукционного нагрева является весьма дорогостоящей в осуществлении.

В отличие от этого газопламенная правка с использованием газокислородного пламени является использующимся на протяжении десятилетий способом, который может быть также автоматизирован, для устранения изменений формы, которые возникают в процессе изготовления конструктивных элементов.

Как, например, можно заключить из справочника «Handbuch der Flammrichttechnik», том 124, издательство DVS, Дюссельдорф, 1995, или из проспекта «Tipps für Praktiker. Flammrichten» (издание от июня 2005) фирмы «Linde», конструктивный элемент при газопламенной правке локально нагревается целевым образом вплоть до пластической области; вследствие воспрепятствования тепловому расширению возникает продолжительная осадка конструктивного элемента. Во время охлаждения происходит уменьшение длины детали, которое ведет к достижению желаемого изменения формы.

При газопламенной правке возможны различные виды нагрева, которые могут также целесообразным образом комбинироваться в зависимости от формы конструктивного элемента:

- тепловая точка: используется при листовых панелях, трубах и валах. Тепловая точка должна удерживаться предельно малой;

- тепловая риска: используется для устранения угловых перекосов, например, с помощью контрнагрева углового шва. Пластическая область может проходить максимально до трети в глубину листа. Ряд тепловых точек обеспечивает более слабое изгибание, чем тепловая риска;

- тепловой клин: используется при значительных искривлениях, например, профилей и ламелей. Тепловой клин является длинным и узким. Нагрев осуществляется исходя от острия вплоть до базовой поверхности, равномерно до температуры правки;

- тепловой овал: используется для труб, например, после приваривания патрубков. Тепловой овал характеризуется сквозным прогревом и расположен в продольном направлении оси трубы.

При газопламенной правке очевидно важным является точное попадание в точку наведения, то есть место, в которое должно быть внесено тепло с целью обеспечения возможности устранения изменения формы, так как только в этом случае достигается желаемый результат правки и изменения формы.

Применительно к используемому при газопламенной правке оборудованию в качестве горелок для газопламенной правки в зависимости от того или иного случая использования и в зависимости от толщины детали могут использоваться (см. фиг.1):

- однопламенная или односопловая горелка: в данном случае речь идет о широко использующихся горелках для правки с помощью тепловых точек, рисок, клиньев или овалов;

- многопламенные горелки: многопламенная горелка состоит из сопла с несколькими отдельными потоками пламени. Многопламенные горелки используются, как правило, для правки с использованием тепловых рисок, клиньев и овалов деталей с толщиной стенок начиная приблизительно с 20 мм;

- многосопловые горелки, в непереключающихся и переключающихся исполнениях, например переключаемая горелка с двумя, тремя и пятью соплами; многосопловая горелка состоит из нескольких сопел, каждое из которых выдает свою струю пламени. Многосопловые горелки используются, например, для устранения угловых перекосов и правки наружных оболочек в кораблестроении, а также конструкций из листовой стали. Использующиеся сопла в большинстве случаев конически сходятся к месту выхода газа; однако используются также сопла с цилиндрическим каналом;

- специальные горелки, например типа LINDOFLAMM фирмы Linde: они по форме и производительности рассчитаны для решения соответствующих задач газопламенной правки и используются, например, для правки труб большого диаметра или деталей с толстыми стенками.

Размер горелки для газопламенной правки определяется типом материала и толщиной подлежащего обработке листа. Для листов с толщиной приблизительно до трех миллиметров, например, для конструкционной стали, выбирается размер горелки, как при обычной сварке.

Обеспечение газом осуществляется в зависимости от размера горелки для газопламенной правки и в зависимости от объема работ по правке. Как для горючего газа, в частности ацетилена, так и для кислорода может быть необходимо объединение нескольких баллонов с газом.

Вследствие возросших в настоящее время объемов необходимой обработки все более тонкостенных листов и профилей в области металлообрабатывающей промышленности зачастую в процессе изготовления происходят изменения формы конструктивных элементов; эти изменения формы возникают, в частности, вследствие приложения тепла при сварочных процессах.

Паяльная горелка с двумя соплами горелки, которые расположены под углом относительно друг друга, так что оси обоих сопел горелки пересекаются в направлении обрабатываемой позиции, раскрывается в DE 4429069. Устройство для правки железнодорожных рельсов с двумя соплами горелки известно из DE 19619171, причем оба сопла горелки расположены проходящими под сходящимися друг к другу углами, в результате чего устройство оптимально согласовано с формой железнодорожного рельса. Также и устройство по US 4344606 содержит два сопла горелки, которые расположены сходящимися в направлении обработки или в направлении потока. Кольцевое расположение сопел горелки описано в US 2384920. Устройство для правки с несколькими соплами горелки описано в US 2253567, причем сопла также могут располагаться под углом относительно друг друга, причем в случае угла речь идет о сходящемся в направлении потока угле. Устройство для газопламенной правки с параллельными соплами описано в документе СА 1238262. Горелка с несколькими соплами, которые при рассмотрении в направлении потока расположены сходящимися друг к другу, описана также в заявке ЕР 0508677.

За счет использования новых методов сварки, например лазерной сварки или гибридной лазерной сварки, были разработаны новые геометрические формы швов, которые также влекут за собой изменяющийся характер изменения формы.

Такого рода изменения формы не могут быть устранены с помощью обычных горелок газопламенной правки, или их устранение с помощью этих горелок связано с большими затратами.

Исходя из описанных выше недостатках и недостаточностей, а также с учетом оценки описанного уровня техники задачей настоящего изобретения является такое усовершенствование устройства для газопламенной правки названного выше типа, при котором возникающие в процессе изготовления конструктивного элемента или детали изменения формы могут устраняться несложным и эффективным образом. В частности, с помощью предлагаемого устройства должна быть обеспечена возможность несложной обработки расположенных вплотную друг к другу точек наведения и достигаться успешная правка.

Эта задача решается с помощью устройства для газопламенной правки с признаками, указанными в п.1 формулы изобретения. Предпочтительные исполнения и целесообразные усовершенствования настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Таким образом, настоящее изобретение базируется на устройстве для газопламенной правки, выполненного, в частности, в виде переключаемой многосопловой горелки, например двухсопловой горелки, сопла которой расположены относительно друг друга таким образом, что расстояние между соплами в месте выхода газа меньше, чем у обычных устройств газопламенной правки.

В случае устройства для газопламенной правки, названного горелкой для газопламенной правки, расстояние между соплами в месте выхода газа в соответствии с изобретением уменьшено настолько, что в точке соприкосновения пламени с поверхностью детали оно составляет всего около 20 мм (по сравнению с обычными 30 мм).

Для предотвращения значительного взаимного нагрева сопел, который возникает при слишком малом расстоянии между соплами, эти сопла расположены под неисчезающим углом, то есть под углом, не равным 0°, в частности под углом в диапазоне приблизительно от 1° до 60°, предпочтительно под углом приблизительно от 3° до 30°, в особенно предпочтительном случае под углом приблизительно от 5° до 15°, например под углом приблизительно 10°.

Такого рода V-образное или угловое по отношению друг к другу и при этом расходящееся в направлении потока расположение сопел создает особые преимущества при весьма близко расположенных друг относительно друга точках газопламенной правки.

При конструкции с более чем двумя соплами сопла могут с преимуществом располагаться либо в одной плоскости, либо трехмерно. Если используются более двух сопел, то возрастает количество одновременно обрабатываемых точек правки. При конструкциях с более чем двумя соплами рекомендуется, в частности, расположение нескольких V-образных связок сопел в одной плоскости или нескольких V-образных связок в параллельных плоскостях. Расположение сопел всегда определяется положением точек наведения, и за счет расположения сопел под углом друг к другу обеспечивается, что расстояние между соплами всегда является достаточным.

За счет многосопловой, в частности двухсопловой горелки для пламенной правки в соответствии с настоящим изобретением обеспечивается возможность рентабельного и эффективного устранения изменения формы в конструктивном элементе, причем изменения формы содержат расположенные весьма близко друг к другу точки правки. Такого рода изменения формы возникают, например, при выполнении сварного шва.

Кроме того, настоящее изобретение касается способа для газопламенной правки, отличающегося использованием, по меньшей мере, одного устройства описанного выше типа. Таким образом, с помощью соответствующего изобретению способа внесение тепла при газопламенной правке в конструктивный элемент предпочтительным образом концентрируется на точках наведения.

Наконец, настоящее изобретение касается применения, по меньшей мере, одного устройства описанного выше типа для газопламенной правки тонкостенных листов или тонкостенных профилей; таким образом, настоящее изобретение оказывается наиболее полезным в области тонких листов, например при обработке профилей или листов с толщиной приблизительно от 2 до 12 мм, которые используются, например, в кораблестроении и в других сферах металлообрабатывающей промышленности.

Настоящее изобретение может использоваться также для имеющих среднюю или относительно большую толщину конструктивных элементов, причем преимущества проявляются, в частности, в узких местах и в критических областях, в которых локальное ограничение процесса газопламенной правки создает преимущества.

В частности, целесообразно применение настоящего изобретения также для конструктивных элементов, сваренных методом лазерной сварки или лазерной гибридной сварки, которые вследствие своей геометрической формы шва обусловливают иные изменения формы конструктивного элемента по сравнению со швами, сваренными традиционным образом. Применение настоящего изобретения возможно, однако, также при газопламенной правке обычных сварных швов, так как также при сваренных обычным образом швах может возникнуть изменение формы, которое требует газопламенной правки с расположенными очень близко друг к другу точками правки.

Как уже было указано выше, существуют различные возможности реализации и усовершенствования предпочтительным образом идеи настоящего изобретения. Для этого, с одной стороны, дается ссылка на зависимые от пункта 1, а также от пункта 8 пункты формулы изобретения, и, с другой стороны, дальнейшие исполнения, признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются ниже более подробно на основании примера исполнения, поясненного с помощью фиг.2.

Чертежи показывают:

фиг.1 - в схематическом представлении различные примеры исполнения для обычных устройств газопламенной правки по типу однопламенной или односопловой горелки, многопламенной горелки, переключаемой трехсопловой горелки и специальной горелки; и

фиг.2 - в схематическом представлении один пример исполнения для устройства для газопламенной правки, в частности, многосопловой горелки, например двухсопловой горелки, в соответствии с настоящим изобретением.

Одинаковые или схожие исполнения, элементы или признаки снабжены на фиг.1 и фиг.2 идентичными ссылочными обозначениями.

Принцип газопламенной правки или горелки для газопламенной правки основан на том, что конструктивный элемент или деталь В целенаправленно локально нагревается вплоть до пластической области. При этом вследствие воспрепятствования тепловому расширению возникает продолжительная осадка. Во время охлаждения происходит уменьшение длины в конструктивном элементе или детали В, которое ведет к ожидаемому или желаемому изменению формы.

В частности, узко ограниченные области конструктивного элемента В нагреваются до температуры газопламенной правки, чтобы обусловить целевое расширение нагретой области конструктивного элемента В. При этом деталь В, содержащая искривление, коробление и/или деформацию, может быть быстро и щадяще в отношении материала вновь приводиться к своей исходной форме.

На фиг.2 изображен пример исполнения для двухсоплового устройства для газопламенной правки, то есть для двухсопловой горелки 100 в соответствии с настоящим изобретением.

Эта горелка для правки или горелка 100 для газопламенной правки может с преимуществами использоваться для устранения углового перекоса и правки конструкций из листовой стали, а также внешней обшивки в кораблестроении и отличается тем, что оба сопла 10, 20 расположены таким образом, что расстояние между этими соплами 10, 20 в месте выхода газа меньше, чем у обычных горелок для газопламенной правки.

При этом определенное в месте выхода газа, то есть на выходе сопла или конце сопла минимальное расстояние между обоими соплами 10, 20 уменьшено по сравнению с обычными многосопловыми горелками таким образом, что расстояние d между обеими струями F1 и F2 пламени относительно друг друга в точках Р1 или Р2 наведения (= соответствующие точки попадания пламени на поверхность S детали В) лежит в диапазоне приблизительно от 10 мм до приблизительно 25 мм, предпочтительно в диапазоне приблизительно от 15 мм до приблизительно 23 мм. При примере исполнения в соответствии с фиг.2 величина расстояния d составляет около 20 мм.

Вследствие уменьшения расстояния d при использовании соответствующего изобретению сопла по сравнению с обычными горелками для газопламенной правки, у которых расстояние составляет приблизительно 30 мм и более, могут обрабатываться точки наведения, расположенные очень близко друг к другу. Расстояние между точками наведения определяется предшествующими рабочими операциями при изготовлении и обработке конструктивного элемента или конструктивных элементов. Так, например, при приваривании профилей к листам, то есть если один лист устанавливается перпендикулярно другому, в зависимости от метода сварки образуются различные точки наведения. Если профиль устанавливается посредством процесса сварки, при котором связанный со сваркой ввод тепла очень узок и глубок (как это происходит, например, при лазерной сварке или лазерной гибридной сварке), наплавленный металл проникает на большую глубину в место сварки и после затвердевания находится в большей или меньшей степени между листом и профилем. Так как профиль приваривается с обеих сторон и соответствующая точка наведения связана со сварным швом, точки наведения в этом случае располагаются очень близко друг от друга. Если, однако, процесс сварки осуществляется таким образом, что отвердевший наплавленный металл в значительной степени заполняет угол между профилем и листом, возникают две точки наведения, расположенные не столь близко друг к другу. Если теперь точки наведения должны обрабатываться в ходе одной рабочей операции, для расположенных близко друг к другу точек наведения необходима соответствующая изобретению многосопловая горелка для газопламенной правки, так как при обычных горелках для газопламенной правки сопла не могут соответствующим образом располагаться близко друг к другу. Обработка точки наведения осуществляется в данном случае предпочтительно методом тепловой риски.

Чтобы предотвратить слишком сильный взаимный нагрев обоих сопел 10, 20, эти сопла 10, 20 в соответствии с поясненным на основании фиг.2 примером исполнения расположены не параллельно друг другу, а под углом друг к другу, а именно под углом w в диапазоне приблизительно от 1° до приблизительно 60°, предпочтительно приблизительно от 3° до приблизительно 30°, в особенно предпочтительном случае приблизительно от 5° до приблизительно 15°, а именно расходящимися в направлении потока; особо рекомендуется расположение под углом w около 10°, причем угол w в соответствии с определением ограничен ориентированными в направлении соответствующего пламени F1 или F2 осями А1 или А2 симметрии обоих сопел 10 или 20, в частности соответствующими продолжениями этих осей А1 или А2 симметрии обоих сопел 10, 20, как видно из фиг.2.

В соответствии с этим угол, который определяет направление того или иного пламени F1 или F2 относительно нормали N к поверхности детали В, составляет около 0,5w (ср. фиг.2), то есть половину того угла, который образуют оси А1 и А2 симметрии обоих сопел 10, 20 друг относительно друга.

Такого рода V-образное расположение сопел 10, 20 пригодно, в частности, при газопламенной правке тонкостенных листов или тонкостенных профилей, например, в кораблестроении. Таким образом, нагрев сопел 10, 20 минимизируется за счет V-образного расположения, что ведет к увеличению срока службы сопел 10, 20.

При двухсопловой горелке 100 для газопламенной правки в соответствии с фиг.2 сопла 10, 20 расположены на газораспределительной трубе 34, выполненной в форме поперечной распорки. Этой газораспределительной трубе 34 придан держатель 30, который может насаживаться на поверхность S детали В и может перемещаться по этой поверхности S детали В с помощью колес или роликов 32. Такой тип расположения сопел 10, 20 обеспечивает возможность рентабельного и эффективного устранения изменений формы, которые располагаются вплотную друг к другу на конструктивном элементе В, например в области сварного шва.

Наряду с соответствующим изобретению расположением сопел существует также другая возможность расположения, при которой сопла расположены на достаточном расстоянии друг от друга, однако расположения под углом не требуется, и может выбираться обычное параллельное расположение. Это достигается в том случае, если сопла расположены таким образом, что обработка расположенных рядом друг с другом точек наведения осуществляется поочередно во времени. Так, например, возможно расположение двух сопел диагонально на держателе, в результате чего сначала обрабатывается одна точка наведения и через непродолжительное время обрабатывается точка наведения, расположенная напротив этой точки наведения. С помощью такого рода устройства также возможна обработка расположенных весьма близко друг к другу точек наведения (если также используется разнесение по времени) без взаимного нагрева сопел. Такого рода расположение по сравнению с соответствующим изобретению расположением имеет, однако, недостатки при использовании в углах и на кромках, так как последующее пламя не может проникать внутрь в углы или кромки. Если необходимо произвести правку также в углах и кромках, то в данном случае необходима переустановка горелки для газопламенной правки.

Для успешного процесса газопламенной правки особое значение имеет теплотворная способность горючего газа, в частности ацетилена. Весьма высокая температура пламени F1, F2 в совокупности с высокой тепловой мощностью ацетиленокислородного пламени F1, F2 обеспечивает максимальный эффект правки и обеспечивает быструю и точную реализацию фигур газопламенной правки. Преимущества изобретения проявляются, однако, для всех горючих газов, так как соответствующее изобретению преимущество возможности обработки расположенных вплотную друг к другу точек наведения справедливо для всех горючих газов. За счет изменяемого газокислородного пламени F1, F2 могут выставляться любые желаемые параметры по теплу, в результате чего обеспечивается возможность оптимальной и рентабельной обработки детали В. Различные горючие газы называются, например, в норме EN ISO 5172, хотя они и там перечислены не в полном объеме. В качестве воспламенителя вместо кислорода может использоваться также сжатый воздух. Размер горелки должен выбираться опять же в зависимости от типа материала В и/или толщины материала В.

Перечень ссылочных обозначений

100 Устройство для газопламенной правки, в частности, горелка для газопламенной правки, например двухсопловая горелка для газопламенной правки

10 Первое сопло

20 Второе сопло

30 Держатель, в частности передвижной держатель

32 Колесо или ролик

34 Газораспределительная труба, в частности газораспределительная труба, выполненная в форме поперечной распорки

А1 Первая ось симметрии, в частности ось симметрии первого сопла 10

А2 Вторая ось симметрии, в частности ось симметрии второго сопла 20

В Конструктивный элемент или материал, или деталь

D Расстояние от пламени F1 первого сопла 10 до пламени F2 второго сопла 20

F1 Пламя, в частности газокислородное пламя, например ацетиленокислородное пламя, первого сопла 10

F2 Пламя, в частности газокислородное пламя, например ацетиленокислородное пламя второго сопла 20

N Нормаль к поверхности S конструктивного элемента или материала, или детали В

Р1 Первая точка наведения, в частности точка попадания первого пламени F1 на конструктивный элемент или материал, или деталь В

Р2 Вторая точка наведения, в частности точка попадания второго пламени F2 на конструктивный элемент или материал, или деталь В

S Поверхность конструктивного элемента или материала, или детали В

W Угол между соплами 10, 20, в частности между осями А1 или А2 симметрии сопел 10 или 20, например между соответствующими продолжениями осей А1 или А2 симметрии сопел 10 или 20

Реферат

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к газопламенной правке сварных конструкций. Горелка содержит, по меньшей мере, два сопла, расположенные под углом, расходящиеся в направлении потока для обеспечения возможности обработки точек наведения, расположенных очень близко друг к другу. Способ правки осуществляют с помощью упомянутого устройства. Устройство применимо для правки тонкостенных листов или профилей, а также для правки сваренных методом лазерной сварки или лазерной гибридной сварки конструкционных элементов или деталей. Расширяются технологические возможности. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула