Заключение по курсовой работе по сварке

метки: Сварка, Заключение, Курсовой, Работа, Написать, Металл, Процесс, Технологический

Дуговая сварка в среде защитных газов является одним из широко применяемых технологических процессов в машиностроении.

Сущность процесса сварки в среде защитных газов неплавящимся и плавящимся электродами такова. В первом случае электрическая дуга возбуждается между вольфрамовым или угольным электродом и основным металлом и горит в среде защитного газа. Для заполнения разделки в дугу подается присадочная проволока.

При сварке плавящимся электродом электрическая дуга горит в среде защитного газа между сварочной проволокой и основным металлом. Проволока подается механически с постоянной скоростью или переменной, зависящей от напряжения дуги.

Установка для сварки в среде защитных газов состоит из источника тока, сварочного автомата и полуавтомата, набора газоэлектрических горелок, очистителя и баллонов с газами.

Для полуавтоматической сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов применяются специальные шланговые полуавтоматы (ПШВ-1); сварочная головка полуавтомата перемещается вдоль шва, опираясь на подаваемую механически присадочную проволоку диаметром 1 — 2 мм.

Для автоматической сварки неплавящимся и плавящимся электродом в среде защитных газов применяются специальные универсальные автоматы (АРК-1 и др.).

Головка автомата укреплена вращающейся консоли, что дает возможность производить сварку на нескольких рабочих местах, расположенных вокруг колонны.

дуговой сварка газ технологический

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ДУГОВОЙ СВАРКИ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА

Основной частью любой системы технологического процесса является технология производства, при реализации которой достигается цель производства — выпуск продукции. Продукция, ее вид и качество служат основной причиной создания любого производства, реализации любой технологии необходимо начинать с характеристики получаемой продукции.

.1 Характеристика получаемой продукции

Сварная конструкция представляет собой корпус аппарата, а именно опора и газоспускные трубы.

Опора состоит из двух косынок, накладного листа и пластины.

Газоспускные трубы состоят из труб, косынок, фланцев и заглушек.

Сварные соединения обладают следующим набором параметров:

угол раздела кромок

форма кромок

величина зазора,

катет угла

ширина шва.

Качество сварного соединения регламентируется следующими документами:

ГОСТ 2601-84 Сварка металлов

Сварка в защитных газах

... означает «shielded inert gas metal arc» - «дуговая сварка металлическим электродом в среде инертного газа». В настоящее время сварка изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей в в струе защитных газов - аргона, гелия, азота - применяется во многих ...

ГОСТ 7512-82 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод

ГОСТ 23055-78 Контроль неразрушающий. Сварка металлов плавлением. Классификация сварных соединений по результатам радиографического контроля

ГОСТ 23764-79 Общие технические условия

ГОСТ 25706-83 Общие технические требования

ГОСТ 30242-97 Дефекты соединений при сварке металлов плавлением.

Определение дефектов производят в соответствии с требованиями стандартов или технических условий на продукцию:

вогнутость корня шва — 515 по ГОСТ 30242

вольфрамовое включение — 3041 по ГОСТ 30242

наплыв — 506 по ГОСТ 30242

непровар — 402 по ГОСТ 30242

подрез — 5011, 05012 по ГОСТ 30242

превышение проплава — 504по ГОСТ 30242

прожог — 510 по ГОСТ 30242

трещина -100, 101, 102, 103, 104, 105, 106 по ГОСТ 30242

шлаковое включение — 301 по ГОСТ 30242

пора — 2011 по ГОСТ 30242

Эти стандарты распространяются на сварные соединения трубопроводов и конструкций из металлов и их сплавов независимо от их назначения, выполненных сваркой плавлением (куда входит и газосварка), с толщиной свариваемых элементов от 1 до 400мм, и устанавливают требования к их контролю неразрушающими методами (радиографический метод с применением рентгеновского и гамма-излучения, радиографической плёнки и др.)

.2 Характеристика используемого сырья

Общие принципы выбора сварочных материалов характеризуется следующими основными условиями:

обеспечение требуемой эксплуатационной прочности сварного соединения, т.е. определяемого уровня механических свойств материала шва в сочетании с основным металлом.

обеспечение необходимой однородностью металла шва (без пор и шлаковых включений или с минимальными размерами и количеством казанных дефектов на единицу длины шва).

отсутствием горячих трещин, т.е. получением металла шва с достаточной технической прочностью.

получением комплекса специальных, свойств металла шва (жаропрочность, жаростойкость, коррозионной стойкости).

Исходя из требований выбираем сварочную проволоку св-05Х20Н9ФБС (так как её химический состав схож с химическим составом основного металла) и газовую смесь аргона и углекислого газа (Ar — 98% и CO ₂ — 2%).

Технические условия на изготовление сварной конструкции и технические требования аппарата.

а) Давление, МПа (кгс/см ² )

Внутреннее:

расчетное 0.04 (0.4) атм

б) Температура °С

Рабочая — 80-90

Расчетная — 100

в) Среда — вода (газ пар жидкость)

Класс опасности по ГОСТ 121007 — 76 — 4

Горючесть, воспламеняемость, взрывоопасность по ГОСТ 121004 — 91 — пожароопасная.

г) Расчетный срок службы, год, не менее — 10.

д) Группа аппарата по ГОСТ 52630 — 2006 — 5а.

е) Действие правил РОСТЕХНАДЗОРА распространяется.

ж) Класс дефектности при контроле сварных швов методом цветной дефектоскопии — 4 по ОСТ 26 — 5 — 99.

Материал сварной конструкции должен отвечать следующим требованиям:

• обеспечивать прочность и жёсткость конструкции;
• гарантировать хорошую свариваемость;
• обеспечивать надёжность эксплуатации.

Таблица 1 Химический состав стали 12Х18Н10Т

Марка стали	ГОСТ	Содержание элементов,%
		C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	Другие элементы
12Х18Н10Т	7350-77	0,12	0,8	2	17-19	9-11	0,3	S-0.035 P-0.035

Таблица 2 Механические свойства стали 12Х18Н10Т

Марка стали	ГОСТ	Временное сопротивление разрыву бв, МПа	Предел текучести бт, МПа	Относительное удлинение δ,%
12Х18Н10Т	7350-77	510	196	35

Свариваемость — это характеристика металла, определяющая его реакцию на воздействие сварки и способность образовывать сварное соединение с заданными эксплуатационными свойствами. В этом случае свариваемость рассматривается как степень соответствия свойств сварных соединений одноименным свойствам основного металла или их нормативным значениям.

Горячие трещины при сварке — хрупкие межкристаллические разрушения металла шва и зоны термического влияния, возникающие в твёрдожидком состоянии при завершении кристаллизации, а также в твёрдом состоянии при высоких температурах на этапе преимущественного развития межзёренной деформации. Они могут возникать при неблагоприятном сочетании некоторых факторов, связанных с понижением деформационной способности металла вследствие наличия в структуре легкоплавких эвтектик, дефектов кристаллического строения, выделения хрупких фаз, включения водорода.

Вероятность появления горячих трещин определяется по показателю Уилкинсона

H.C.S. = ,

Где C, Mn, Ni, Cr, Mo, V процентное содержание углерода, марганца, никеля, хрома, молибдена и ванадия.

H.C.S. = .

Вероятность появления горячих трещин очень велика, это следует учитывать при сварке.

Для оценки появления холодных трещин рассчитывают углеродный эквивалент

C_э =.

C_э =.

Сталь 12Х18Н10N относится к 1 группе, термообработка, после сварки желательна.

Определяем структурную формулу стали:

Ni_экв = Ni + 30C + 0.5Mn + 30N_экв = 11 + (300.12) + (0.52)

Ni_экв = 15.6%

Cr_экв = Cr + Mo + 1.5Si + 0.5Nb + V

Cr_экв = 19 + (1.50.8) = 20.2%

Определяем структурную формулу по диаграмме Шеффлера: структура стали будет аустенитная.

Для дуговой сварки в среде защитных газов используются такие газы, как чистые аргон и гелий, смеси их между собой, а также смесь с некоторыми активными газами (водородом, кислородом и углекислым газом).

Аргон- инертный газ несколько тяжелее воздуха, надежно защищает дугу и зону сварки. Дуга в аргоне горит очень устойчиво. При сварке алюминиевых сплавов на переменном или постоянном токе обратной полярности происходит разрушение окисной пленки на поверхности металла.

Гелий — инертный газ в 10 раз легче воздуха. Расход гелия при сварке превышает расход аргона на 30 — 40%. При одном и том же сварочном токе дуга в гелии имеет большую тепловую мощность, чем в аргоне, и, следовательно, обладает большей проплавляющей способностью.

Аргоно-гелиевая смесь повышает устойчивость горения дуги и ее тепловую мощность.

При сварке в аргоно-кислородной смеси (95 — 97% Аr и 5є — 3%О₂ ) понижается так называемый критический ток, при котором электродный металл начинает переходить в сварочную ванну не в виде отдельных капель, а в виде конической струи. Кроме того, повышается плотность наплавленного металла и увеличивается скорость сварки. Применение аргоно-водородной смеси (85% Аr + 15% Н₂ ) позволяет увеличить напряжение на дуге, повысить ее тепловую мощность и способствует повышению чистоты и плотности металла шва. Добавление к аргону углекислого газа (90% Аr + 10% СО₂ ) позволяет устранить пористость швов и повышает устойчивость горения дуги и улучшает формирование наплавленного металла. Аргоно-азотная смесь (80 — 70% Аr + 20 — 30% N2) применяется при сварке плавящимся электродом меди и ее сплавов.

Защитные газы хранятся и транспортируются в стандартных баллонах. Начальное давление газа в баллоне равно 150 кГ/см² . Баллоны для аргона окрашиваются в черный цвет с горизонтальной белой полосой, для гелия — в коричневый цвет, для азота — в черный цвет с коричневой полосой, для водорода — в темно-зеленый цвет. Углекислый газ хранится в жидком виде в баллонах черного цвета. Погрузка, хранение и транспортировка баллонов осуществляются в соответствии с «Правилами устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давлением».

При сварке стали с пропаном или метаном приходится применять сварочную (присадочную) проволоку содержащею повышенное количество кремния и марганца, используемых в качестве раскислителей. В большинстве случаев при газовой сварке применяют присадочную проволоку близкую по своему химическому составу к свариваемому металлу.

Нельзя применять для сварки случайную проволоку неизвестной марки.

Поверхность проволоки должна быть гладкой и чистой без следов окалины, ржавчины, масла, краски и прочих загрязнений. Температура плавления проволоки должна быть равна или несколько ниже t^o плавления металла. Проволока должна плавиться спокойно и равномерно, без сильного разбрызгивания и вскипания, образуя при застывании плотный однородный металл без посторонних включений и прочих дефектов.

Для сварки цветных металлов (меди, латуни, свинца), а также нержавеющей стали в тех случаях, когда нет подходящей проволоки, применяют в виде исключения полоски нарезанные из листов той же марки, что и свариваемый металл.

.3 Характеристика технологии дуговой сварки

Сущность процесса сварки (автоматической и полуавтоматической) состоит в том, что дуга, возбужденная между электродом и изделием, горит в струе подаваемого через горелку углекислого газа. Под воздействием тепла дуги углекислый газ диссоциирует с образованием активного атомарного кислорода и окиси углерода. Двуокись углерода и окись углерода не растворяются в сварочной ванне. Окислительное действие углекислого газа нейтрализуется путем применения малоуглеродистой сварочной проволоки с повышенным содержанием марганца и кремния (Св-08ГС, Св-10Г2С).

Сварка аустенитных сталей производится электродной проволокой близкой по составу к основному металлу.

Необходимо подобрать оборудование для дуговой сварки в защитных газах.

Таблица 3 — Описание аппарата плазменной резки:

Сетевое напряжение, (В)	AC, 380+10%
Частота питания напряжения, (Гц)	50/60
Потребляемая мощность, (КВА)	17
Напряжение холостого хода, (В)	270
Диапазон регулирования тока, (А)	20-85
Рабочее напряжение, (В)	120
ПВ, %	60
КПД, %	85
Фактор мощности	0,93
Класс изоляции	В
Класс защиты	IP23
Способ возбуждения дуги	Высокочастотный разряд
Объем подачи сжат. воздуха (м3/мин.)	0,36
Максимальная толщина разрезаемого металла, (мм)	30
Вес, (кг)	35
Габаритные размеры, мм (ДхШхВ)	475х330х370

Газоспускные трубы собираем на плите — позиционере. Позиционер выбираем из размеров, грузоподъемности и угла поворота. Позиционер — специальное сварочное оборудование, которое используется для позиционирования при сварке, включающий вращение. Поднимая, вращая и наклоняя заготовку, он обеспечивает наилучшее возможное положение для сварки и сборки. Сварочные позиционеры могут быть различного типа(наклонные и вращательные, только вращательные и т.д/).

Вращательное движение стола регулируется электромагнитным вариатором или частотным контролером.

Выбираем позиционер Z-1 (характеристики — в таблице 4).

Таблица 4 — Характеристики позиционера Z-1

Тип	Номинальная грузоподъёмность, кг	Скорость вращения, об/мин	Угол наклона, (°)	Размер рабочего стола, мм	Мощность двигателя, кВт
					Вращение	Наклон
Z-1	100	0,12-1,2	0-90°	Ш 400	0,18	0,18

Заготовки для опоры вырубаем на гильотинных ножницах , а накладной лист потом вальцуем на вальцах.

Гильотина механическая с наклонным ножом Н3121А (характеристики — в таблице 5) предназначена для резки металла листового не более 12 мм толщиной максимальной длиной 2000 мм. Наличие задних и боковых упоров позволяет выполнять резку листа не только по разметке. Задние упоры съёмные, что необходимо при резке проката или листа длиной более 500 мм.

Таблица 5 — Технические характеристики гильотины-ножниц для резки металла Н3121А

Наибольшая толщина разрезаемого листа с временным сопротивлением 500 МПа(50кгс), мм		12
Ширина разрезаемых листов, мм		2000 max
Частота ходов ножа, мин. не менее		40
Частота используемых ходов ножа, мин.		9
Угол наклона подвижного ножа, град. не более		2,10
Длинна листа, отрезаемого с упором, мм		500 max
Усилие прижима, кН		73 min
Предельное отклонение на длине 1000 мм		0,25	кнопочное или педальное
Режим работы		одиночный или непрерывные хода
Габаритные размеры гильотины, мм	— Длина	2970
	— Ширина	2230
	— Высота	2140
Масса гильотины, кг		7200

Для сборки сварке опоры выбираем вращатель ВСУ — 1 (таблица 6).

Таблица 6 — Технические характеристика вращателя ВСУ-1

Модель	вращатель ВСУ-1 (М-11010А)
Грузопод. (max), кг	63
Диаметр сварив. круговых швов (max),мм	360
Частота вращения планшайбы об/мин	0,125…6,3
Угол наклона планшайбы вращения (max), град.	135
Питание, В	380
Габариты, мм	694x600x280
Масса, кг	63

Выбираем аппарат для полуавтоматической сварки (таблица 7).

Таблица 7 — Технические характеристики полуавтомата KempoWeld5500 (источник питания)

Сетевое напряжение
3~230 В	380В-10%…415+6%
3~400 В	х
Сетевой кабель/предохранитель инерционный
200-240 В	х
380-415 В	4х6,0 мм2/32А
Нагрузка при 40°С
ПВ-40%	550А / 42В (60%)
ПВ-100%	430А / 36В
Напряжение холостого хода	18-56 В 32 ступеней
Габаритные размеры
KempoWeld5500	х
KempoWeld5500	1075х480х1140 мм
Масса
KempoWeld5500	х
KempoWeld5500	194 кг

Технические характеристики проволокоподающего механизма указаны в таблице 8

Таблица 8 — Проволокоподающий механизм

Напряжение включения	30 В АС
Нагрузка при 40°С
ПВ-40%	550 А (60%)
ПВ-100%	430 А
Механизм подачи проволоки (привод)	4-х роликовый
Сварочная проволока
Габаритные размеры	570х210х440 мм
Масса	13 кг

Дуговая сварка в среде защитных газов по сравнению с другими способами изготовления конструкций (клёпкой, литьём, ковкой) имеет следующие преимущества:

. Способ сварки сравнительно прост

. Не требует сложного и дорогого оборудования

. Отсутствие источника электрической энергии

4.Экономия металла вследствие полного использования рабочих сечений элементов в соединении узлах сварных конструкций

.Придание конструкциям более целесообразной формы

.Резкого уменьшения веса соединяемых элементов в сварных узлах

.Сварное изделие проще в изготовлении, дешевле, надежнее и может быть выполнено в более короткий срок, с меньшей затратой труда и материалов.

. Дуговой сваркой можно изготовлять изделия очень сложной формы, которые прежде удавалось получить только отливкой или кузнечной и механической обработкой.

.При изготовлении металлоконструкций сварка дает от 10 до 20 % экономии металла по сравнению с клепкой, до 30 % по сравнению со стальным литьем, до 50% — с чугунным литьём.

.Сварные швы обеспечивают высокую надежность (плотность и прочность) резервуаров и сосудов, в том числе и работающих при высоких температурах и давлениях газов, паров и жидкостей.

. Изменяя тепловую мощность пламени и его положение относительно места сварки, сварщик может в широких пределах регулировать скорость нагрева и охлаждения свариваемого металла.

Однако при правильно выбранной мощности пламени, умелом регулировании его состава, надлежащей марке присадочного металла и соответствующей квалификации сварщика дуговая сварка обеспечивает получение высококачественных сварных соединений.

2. ДИНАМИКА ТРУДОЗАТРАТ ПРИ РАЗВИТИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Производство любого вида продукции связано с необходимостью трудозатрат. Труд характеризует любой технологический процесс, определяет качество используемой технологии. Общие затраты на производство продукции состоят из затрат живого и прошлого труда. Существует 2 целесообразных варианта динамики развития технологического процесса: ограниченный и неограниченный вариант динамики. Для определения того, какой из вариантов динамики реализуется в процессе дуговой сварки, необходимо построить график изменения затрат живого, прошлого и совокупного пруда, где Т_ж и Т_п выбраны в соответствии с названием темы курсовой работы (на практике зависимости Т_{ж( t )} и Т_{П( t )} получают на основании обработки статистической отчётности предприятий за определённый период и прогнозирования динамики изменения трудозатрат).

По условию

Тж(t)=250/(63t+70)

Тп(t)=0,09t+0,1

Для определения прогрессивности динамики развития технологического процесса необходимо рассматривать функцию Т_{ж( t )} и Т_{п( t )} не в отдельности, а в совокупности общих трудовых затрат, т.е. изучить функцию

Т_{ж (t)} +Т_{п (T)} =Тс.:

Тс(t)=250/(63t+70) +0,09t+0,1

Составим таблицу значений Т_ж , Т_п , Т_с для t (времени) от 0 до 9 лет:

Таблица 10 — Изменение Т_ж , Т_п , Т_с во времени.

t	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Tж	3,57	1,88	1,28	0,97	0,78	0,65	0,57	0,49	0,44	0,4
Тп	0,1	0,19	0,28	0,37	0,46	0,55	0,64	0,73	0,82	0,91
Тс	3,67	2	1,56	1,34	1,24	1,199	1,198	1,22	1,26	1,3

Тогда график будет выглядеть следующим образом (рисунок 2):

Рисунок 2 — Динамика трудозатрат

Исходя из поведения кривых Т_{ж( t )} и Т_{п( t )} можно сделать вывод, что динамика трудозатрат — ограниченная. Т.к. при рассмотрении этого графика видно, что снижение суммарных затрат живого и прошлого труда происходит только до определённого до определённого момента (t*), затем они снова возрастают. Ясно, что производительность труда при этом также будет ограничена во времени.

В зависимости от того, какой труд экономится в большей степени (Т_ж или Т_п ) процессы технологического развития можно разделить на 2 вида: трудосберегающие и фондосберегающие. Из формулы (что также наглядно видно на графике) следует, что затраты живого труда во времени уменьшаются, а затраты прошлого туда напротив — увеличиваются. Значит процесс газосварки в нашем случае является трудосберегающим.

Как уже говорилось, при ограниченной динамике развития, снижение одного из видов труда Т_{ж( t )} или Т_{п( t )} осуществляется за счёт роста другого. Однако в реальной производственной практике можно идти на увеличение одного из вариантов труда только тогда, когда это увеличение одного труда окупается большим снижением другого и, как следствие, приводит к снижению совокупных трудозатрат в целом, т.е. речь можно вести только экономически оправданном взаимозамещении живого и прошлого труда. Это взаимозамещение целесообразно лишь до времени t*, т.е. пока совокупные затраты уменьшаются. После времени t* наблюдается рост совокупных затрат, что экономически невыгодно. Поэтому очень важно определить то время (t*), при достижении которого дальнейшее наращивание доли прошлого труда, т.е. объёмов используемого оборудования, приведёт к снижению трудозатрат.

Это время (t*) приблизительно можно определить по графику 2.1 время t, при котором функции Т_{ж( t )} и Т_{п( t )} пересекаются и будет являться временем t*. Поэтому опустив из точки пересечения графиков Т_{ж( t )} и Т_{п( t )} перпендикуляр на ось Оt можно получить приблизительное значение времени t*,которое в нашем случае получилось ≈5,3 (лет)

При необходимости получения точного результата, t* нужно находить алгебраическим способом, т.е. найти производную от функции Т_с (t) и приравнять её к нулю. Тогда значении времени (t), при котором производная равна нулю и будет являться пределом накопления прошлого труда т.е. t*.

(Тс)’=(250/(63t+70) +0,09t+0,1)’= -250*63/(63t+70)²+0,09=

= — 15750/(63t+70)²+0,09

(Тс)’=0

-15750/(63t+70)²+0,09=0

-15750/(63t+70)²= -0,09

(63t+70)²=175000

t²+8820t-170100=0

t²+140t+2700=0

D=19600+680400=700000

t1= (-140- 100√70)/126 <0 — не уд. условию

=(-140+ 100√70)/126=(-70+50√70)/63≈5.5 (лет)

t*≈5.5 — экономический предел накопления прошлого труда, т.е. до этого момента времени целесообразен ограниченный вариант развития технологического процесса.

Следующим важным показателем при развитии технологического процесса является степень снижения затрат живого труда по мере роста затрат прошлого труда (тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда).

Чтобы сравнить величину прироста Т_п и соответствующего уменьшения Т_{ж ,} т.е. установить в какой степени снижаются затраты живого труда по мере увеличения затрат прошлого труда , необходимо выразить функцию Т_ж через функцию Т_п (Т_ж =f(Т_п )), и, взяв производную от этой функции, проанализировать как ведёт себя эта производная при увеличении (или уменьшении) Т_п. :

Тп=0,09t+0,1=(Tп-0,1)/0,09

Тж=250/((63(Tп-0,1))/0,09 +70)=250/(700Тп-70+70)=

=250/(700Тп)=5/(14Тп)

|(Тж)|’=|5/(14Тп)|’=|-5/(14Тп)² | =|-5/14(Тп)²|=5/(14(Тп)²)

Из расчётов видно, что значение отношений уменьшается во времени, т.к. при постоянном числителе знаменатель (Т_п ) со временем возрастает, значит реализуется убывающий тип отдачи дополнительных затрат прошлого труда. Как показывает мировая практика, совершенствование технологических процессов в большинстве случаев сопровождается заменой живого труда прошлым, как и в нашем случае. Такой процесс полностью оправдан, т.к. человеческие возможности по повышению производительности труда ограничены. Машины же выполняют работу гораздо быстрее и качественнее. К тому же постоянно идёт разработка новых, более производительных и совершенных машин. Однако очень важно определить тот предел (t*), при достижении которого дальнейшее наращивание труда прошлого приведёт к снижению производительности труда совокупного.

3. УРОВЕНЬ ТЕХНОЛОГИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

В предыдущей главе было определено, что процесс дуговой сварки имеет ограниченный вариант динамики трудозатрат. Этот вариант обеспечивается рационалистическим развитием, связанным с уменьшением затрат живого труда, при увеличении затрат прошлого труда, за счёт механизации и автоматизации. Это приводит лишь к изменению скорости вспомогательных и рабочих действий. Причём в каждый промежуток времени Т_п увеличивается в меньшей степени, чем уменьшается Т_ж . В связи с этим необходимо сделать вывод об ограниченной эффективности механизации и автоматизации.

Т.к. дуговая сварка — процесс больше механизированы, чем ручной, то воспользуемся моделью рационалистического развития технологического процесса Дворцина для нахождения производительности живого труда (L), технологической вооружённости (B) и уровня технологии (У):

L= (3.1)

Зная, что параметры L, B и У являются функциями от затрат живого и прошлого труда:

L = (3.2),

В = (3.3) ,

У=, (3.4),

находим (подставив в формулу Дворцина соответствующие данные), что для времени t= 3 года:

L = =1.036 ,

B = =0.38332 ,

У = =2,8 ,

С целью упрощения определения границы рационалистического развития, воспользуемся понятием относительного уровня технологии:

(3.5)

Рассчитаем У* для момента t=3 года:

, тогда

Т.к. в этот же момент времени (t=3 года) L (производительность живого труда) =1,036, легко определить, что У*>L, значит рационалистическое развитие в этот момент времени целесообразно.

Зная, что равенство У*=L является границей рационалистического развития найдём t*:

Так как У*=1/Т_п и L=1/Т_ж , то 1/Т_п =1/Т_{ж ,} а значит Т_п =Т_ж , тогда получим следующее равенство:

250/(63t*+70)=0,09t*+0,1 откуда t*=5,5

Рассчитывая границу рационалистического развития в главе 2, мы получили такой же результат.

Т.к. уровень технологии (У) является показателем качества технологического процесса и определяет его производительность, то получив уровень технологии дуговой сварки 2,8 можно судить о неэффективности использования Т_ж и Т_п , очень низком экономическом качестве и уровне технологии процесса сварки.

Наиболее очевидным выходом из данного положения является замена технологии производства на более эффективную и экономически выгодную.

Проанализировав процесс дуговой сварки, можно предложить следующие мероприятия по её совершенствованию:

. Т.к. в процессе дуговой сварки сборочные операции самые трудоёмкие, их трудоёмкость составляет порядка 30% от общей трудоёмкости сварных изделий и узлов, то необходимо использование механизации и автоматизации для сборки сварных конструкций.

. Перенести контроль качества с конечной продукции на технологический процесс.

4. СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Структура процесса дуговой сварки складывается из рабочих и вспомогательных действий разного иерархического уровня. К рабочим действиям относятся: рабочий ход (воздействие пламени на металл), технологический переход (плавление), технологическая операция, технологический процесс. К вспомогательным — вспомогательный ход (движение огня по направлению к свариваемым деталям, движение огня от свариваемых деталей), вспомогательный переход (сближение деталей до плотного контакта, подача горелки к изделию, удаление источника тепла от изделия), вспомогательная операция. Причём на каждом иерархическом уровне рабочим действиям соответствует своя группа вспомогательных действий. Элементарным технологическим процессом является минимальная совокупность действий, приводящая к получению товарной продукции. Технологический процесс состоит из операций. Операция — часть элементарного технологического процесса, характеризующаяся постоянством характера воздействия на сырье, постоянством самого сырья и используемых орудий труда.

Операция состоит из технологического перехода, характеризующегося постоянством режимов работы оборудования, и вспомогательного перехода, включающего действия исполнителей и орудий труда, необходимых для выполнения технологического перехода. Технологический переход состоит из рабочего и вспомогательных ходов. Сущность рабочего хода — воздействие инструмента на предмет труда, в результате чего происходит изменение формы, свойств, состояния в соответствии с целью технологического процесса газовой сварки. Вспомогательный ход выполняет пространственное совмещение инструмента с предметом труда, а также загрузку-выгрузку. Таким образом, структура технологического процесса дуговой сварки графически будет выглядеть следующим образом:

Дуговая сварка представляет собой дискретный технологический цикл, т.к. в процессе сварки происходит чередование вспомогательных и рабочих действий во времени и выполнение всех рабочих действий на одном и том же месте.

Недостаток дискретного цикла в том, что необходима слаженная работа всех этапов технологического процесса, производственный процесс газовой сварки растянут во времени.

Достоинства — возможность координации процессов производства деталей и узлов, их своевременное поступление на этапы сварки (сборки).

Необходимые направления совершенствования процесса сварки:

1. Согласование производственных мощностей отдельных этапов.

. Производственный процесс должен протекать в непрерывном режиме.

. Процесс должен протекать в заданном темпе.

Для реализации этих направлений можно ввести типовой технологический процесс, который позволит сократить длительность производственного цикла в 2,5 раз, повысить техническое оснащение на 70-90%, снизить трудоёмкость на 30-40%, а себестоимость на 20%. Также уменьшится объём технологической документации в 6-10 раз, ускорится проектирование технологического процесса в 3-4 раза.

5. AНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Прогресс никогда не стоит на месте. Реалии конкурентной борьбы постоянно ставят перед промышленностью все новые и новые задачи, выдвигают все новые и новые требования. То, что вчера называлось передовым, сегодня стало современным, а завтра уже устареет. Это относится и к сварочному оборудованию, поэтому сварщикам нужно следить за его развитием, осваивать передовые технологии. Это обуславливает актуальность анализа перспективных методов сварки.

Перспективность метода — это наличие в нем потенциала для дальнейшего развития, после которого этот метод станет лучшим среди других по ряду критериев. В данной работе в качестве критериев были выбраны:

) Качество сварного шва

) Экономичность

) Безопасность работы

) Сфера применения и условия эксплуатации

) Возможность автоматизации

) Набор материалов, которые можно сваривать.

Сварка взрывом

Разработаны технологии сварки взрывом изделий плоской и цилиндрической геометрии, а также сварки целых конструкций.

Высокопроизводительный и экономичный процесс сварки взрывом позволяет получать соединения практически любых разнородных металлов и сплавов с прочностью на уровне прочности основных металлов. Так, получение крупногабаритных заготовок биметаллов титан-сталь, алюминий сталь, цирконий-сталь, и многих других возможно только с помощью сварки взрывом.

Сварка взрывом — уникальный метод, позволяющий получить зону сплошного соединения по поверхностям двух и более металлов или сплавов площадью до десятков квадратных метров. При этом наносимый слой может иметь толщину от 0,1 мм до 30 мм, а толщина металла- основы не ограничена.

Методом сварки взрывом можно получать разнообразные биметаллические, многослойные и композиционные материалы с улучшенными прочностными, коррозионно-стойкими, жаропрочными и другими свойствами для нужд химического машиностроения, нефтегазовой, алюминиевой, электротехнической и других отраслей промышленности. Номенклатура материалов, сваренных взрывом, достаточно велика и постоянно расширяется. Из вышеприведенного следует, что сварка взрывом прочно занимает свою нишу, но для других, наиболее распространенных и востребованных областей не перспективна.

Сварка трением.

Сварка трением — это разновидность сварки давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызванным перемещением (вращением) одной из соединяемых частей свариваемого изделия.

Процесс образования сварного соединения:

Вследствие действия сил трения сдираются оксидные плёнки;

Наступает разогрев кромок свариваемого металла до пластичного состояния, возникает временный контакт, происходит его разрушение и высокопластичный металл (металл шва) выдавливается из стыка;

Прекращение вращения с образованием сварного соединения.

Сварка трением является разновидностью сварки давлением, при которой механическая энергия, подводимая к одной из свариваемых деталей, преобразуется в тепловую; при этом генерирование теплоты происходит непосредственно в месте будущего соединения.

Теплота может выделяться при вращении одной детали относительно другой или вставки между деталями, при возвратно-поступательном движении деталей в плоскости стыка с относительно малыми амплитудами Д и при звуковой частоте Детали при этом прижимаются постоянным или возрастающим во времени давлением Р. Сварка завершается осадкой и быстрым прекращением вращения.

В зоне стыка при сварке протекают следующие процессы. По мере увеличения частоты вращения свариваемых заготовок при наличии сжимающего давления происходит притирка контактных поверхностей и разрушение жировых пленок, присутствующих на них в исходном состоянии. Граничное трение уступает место сухому. В контакт вступают отдельные микровыступы, происходит их деформация и образование ювенильных участков с ненасыщенными связями поверхностных атомов, между которыми мгновенно формируются металлические связи и немедленно разрушаются вследствие относительного движения поверхностей.

Этот процесс происходит непрерывно и сопровождается увеличением фактической площади контакта и быстрым повышением температуры в стыке.

При этом снижается сопротивление металла деформации, и трение распространяется на всю поверхность контакта. В зоне стыка появляется тонкий слой пластифицированного металла, выполняющего роль смазочного материала, и трение из сухого становится граничным.

Под действием сжимающего усилия происходит вытеснение металла из стыка и сближение свариваемых поверхностей (осадка).

Контактные поверхности оказываются подготовленными к образованию сварного соединения: металл в зоне стыка обладает низким сопротивлением высокотемпературной деформации, оксидные пленки утонены, частично разрушены и удалены в грат, соединяемые поверхности активированы. После торможения, когда частота вращения приближается к нулю, наблюдается некоторое понижение температуры металла в стыке за счет теплоотвода. Осадка сопровождается образованием металлических связей по всей поверхности.

Сваривать стержни диаметром более 200 мм нецелесообразно, потому что для реализации этого процесса потребовались бы машины с двигателями мощностью ~ 500 кВт при скорости вращения ~2 с-1 и с осевым усилием более 3 * 10б Н. Сооружение такой машины и ее эксплуатация были бы настолько дорогими, что не окупили бы выгоды, которую может дать сварка трением.

Не удается сварить даже в лабораторных условиях и стержни диаметром менее 3,5 мм, для которых нужна установка со скоростью вращения шпинделя ~ 200 с-1 и сложным устройством для осуществления мгновенного его торможения.

Расчеты и опыт практического применения сварки трением показывают, что ее пока целесообразно применять для сварки деталей диаметром от 6 до 100 мм. Наиболее эффективно применение сварки трением для изготовления режущего инструмента при производстве составных сварно-кованых, сварно-литых или сварно-штампованных деталей. Она оказывается незаменимой при соединении трудно свариваемых или вовсе не сваривающихся другими способами разнородных материалов, например стали с алюминием, аустенитных сталей с перлитными. Эффективно применение сварки трением и для соединения пластмассовых заготовок.

Исходя из вышеприведенного, видно, что сварка трением, так же прочно занимает свою нишу. Она более перспективна, чем сварка взрывом. Сварка деталей таким способом не требует расходных материалов.

При сварке трением получаются высококачественные соединения. Но есть у этого метода и несколько существенных минусов, не позволяющих считать его перспективным. Во-первых — можно сваривать лишь трубы и цилиндрические изделия. Во-вторых, автоматизация этого процесса затруднена, поскольку для сварки совершаются манипуляции с самой деталью, причем манипуляции, требующие четкой и жесткой фиксации обоих деталей. А поскольку даже при конвейерном, не говоря уже о штучном, никогда не бывает одинаковых деталей, сварной автомат придется оборудовать сложной системой датчиков и подвижными манипуляторами. Вся эта система требует написания сложной программы и компьютерного управления, если нужно получить автомат способный обрабатывать разные детали. Это очень дорого, довольно громоздко и обеспечивает невысокую производительность производственной линии. Конечно, она производительней ручного труда, но все же не перспективна. Неперспективность этого вида сварки еще больше усиливают сильные ограничение на габариты и форму свариваемых деталей.

Ручная дуговая сварка.

Наибольший объём среди других видов сварки занимает ручная дуговая сварка — сварка плавлением штучными электродами, при которой подача электрода и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок производится вручную. Дуга горит между стержнем электрода и основным металлом. Под действием теплоты дуги электрод и основной металл плавятся, образуя металлическую сварочную ванну. Капли жидкого металла с расплавляемого электродного стержня переносятся в ванну через дуговой промежуток. Вместе со стержнем плавится покрытие электрода, образуя газовую защиту 3 вокруг дуги и жидкую шлаковую ванну на поверхности расплавленного металла.

Металлическая и шлаковая ванны вместе образуют сварочную ванну. По мере движения дуги металл сварочной ванны затвердевает и образует сварной шов 6. Жидкий шлак по мере остывания образует на поверхности шва твёрдую шлаковую корку, которая удаляется после остывания шва.

Для обеспечения заданного состава и свойств шва сварку выполняют покрытыми электродами, к которым предъявляют специальные требования (стальные покрытые электроды для ручной дуговой сварки и наплавки изготовляют в соответствии с ГОСТ 9467-75).

Сварочный пост для ручной дуговой сварки оснащается источником питания, токоподводом, необходимыми инструментами, принадлежностями и приспособлениями.

Сварочные посты могут быть стационарными и передвижными. К стационарным относят посты, расположенные в цехе, преимущественно в отдельных сварочных кабинах, в которых сваривают изделия небольших размеров. Передвижные сварочные посты, как правило, применяют при монтаже крупногабаритных изделий (трубопроводов, металлоконструкций, и т.д.) и ремонтных работах. При этом часто используют переносные источники питания. В зависимости от свариваемых материалов и применяемых электродов для ручной дуговой сварки применяют источники переменного или постоянного тока с крутопадающей характеристикой.

Основным рабочим инструментом сварщика при ручной сварке служит электрододержатель, который предназначен для зажима электрода и провода сварочного тока. Применяют электрододержатели пружинного, пластинчатого и винтового типов.

Согласно ГОСТ 14651-78 электрододержатели выпускаю трёх типов в зависимости от силы сварочного тока: 1 типа — для тока 125 А; 2- 125-315 А; 3-315-500 А.

Для подвода тока от источника питания к электрододержателю и изделию используют сварочные провода. Сечения проводов выбирают по установленным нормативам для электротехнических установок (5-7 А/мм2).

Этот вид сварки очень привлекателен для ремонтных работ, штучных работ и работ в полевых условиях. Организация сварочного поста не требует значительных материальных затрат. Однако этот вид сварки не может считаться перспективным по нескольким причинам. Во-первых, качество сварного шва зависит от мастерства сварщика. Во-вторых, что главное, у этого вида сварки очень небольшой потенциал для развития. Тут сложно что либо капитально усовершенствовать.

Лазерная сварка.

Достоинства лазерной сварки:

) В отличие от сварки электронным лучом, не требует вакуумной камеры, отсутствует рентгеновское излучение, на луч не влияют магнитные поля, возможна сварка магнитных материалов, так же, сварка лазером дешевле, чем сварка электронным лучом.

) Пятно нагрева очень мало, при большой глубине проплавления, как следствие малы деформации свариваемых деталей, высокая точность, высокое качество сварного шва.

) Процесс бесконтактен — возможна сварка в труднодоступных местах, проведение сварки через прозрачные материалы, в жидких прозрачных средах.

) Гибкая, широкая настройка процесса, без необходимости смены оснастки, легкое перемещение луча по поверхности детали по любой траектории

Что же мешает повсеместному внедрению лазерной сварки? Прежде всего, это высокая стоимость приобретения и эксплуатации оборудования, потребность в специалистах для его обслуживания, невозможность применения при полевых работах, подводных работах, и других.

Однако эти проблемы решаемы, поэтому именно лазерная сварка и является наиболее перспективной, поскольку обладает значительным потенциалом для совершенствования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам работы можно сделать следующие выводы:

.Технологический процесс дуговой сварки отличается от других видов обработки металлов. Метод дуговой сварки прост, универсален, не требует дорогостоящего оборудования, сварные швы обеспечивают высокую надежность, а также экономию металла.

. Динамика трудозатрат — ограниченная.

.Совершенствование технологического процесса газовой сварки осуществляется за счет повышения эффективности использования прошлого труда и снижения затрат живого труда — трудосбережение.

В то же время реализуется убывающий тип отдачи дополнительных затрат прошлого труда.

. Предел накопления прошлого труда равен 5,5 лет

.Уровень технологии технологического процесса газовой сварки — 2,8, поэтому можно судить о неэффективности использования Т_ж и Т_п , очень низком экономическом качестве и уровне технологии процесса газосварки.

.Рационалистическое развитие дуговой сварки целесообразно.

.Технологический процесс дуговой сварки является дискретным.

. Процесс дуговой сварки включен в машиностроительный комплекс, который образует комбинированную технологическую систему.

. В настоящее время происходит усовершенствование сварки и поиск новых более прогрессивных технологий.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/zaklyuchenie-po-kursovoy-rabote-po-svarke/

1. Верховенко В.Л., Справочник сварщика. Мн.,1990.

. Геворкян В.Г., Основы сварочного дела. М., 1985.

. Некрасов Ю.И., Справочник молодого газосварщика и газорезчика. М., 1984.

. Петров Г.Л., Тумарев А.С., Теория сварочных процессов. М.,1977.

. Стеклов О.И., Основы сварочного производства. М.,1981

. Соединения сварные трубопроводов и металлоконструкций. Госстандарт. М., 2003.

. Технология важнейших отраслей промышленности. / Под редакцией Гимберга А.М., Хохлова Б.А. М.,1985

. Технология металлов и конструкционные материалы. / Под ред. Б.А. Кузьмина, М.,1981