Серийность производства на сварочном оборудовании. Виды сварки. Развитие сварки

Титульный

 

Содержание

 

Введение

 

Сваркой называется процесс соединения металлов, при котором устанавливается межатомное взаимодействие и осуществляется металлическая связь между частицами соединяемых металлов. Некоторые металлы способны образовывать сварные соединения при пластическом деформировании с нагревом до высоких температур. Другие металлы свариваются только в расплавленном состоянии. Высокопластичные металлы (медь, свинец и алюминий) можно соединять без нагрева путем совместной пластической деформации двух деталей. [1]

Сварка является высокоэкономичным и прогрессивным технологическим процессом соединения металлов.

Сварочное производство берет свое начало с древних времен, оно стало зарождаться как только появились первые металлы и началась их эксплуатация.

Нет такой области  в  человеческой жизни,  в которой не применялись бы сварочные работы. Это и космонавтика, и область здравоохранения, и машиностроение. [2]

Не только на земле, но и под водой, а так же в открытом космическом  пространстве проводятся сварочные  работы. Производство сварочных работ  проводится там, где необходимо прочное соединение, каких  либо материалов. Наиболее экономичный и эффективный способ соединения металлов – это сварка. Нет другого существующего способа соединить несколько металлических деталей, делающих их единым и целым изделием.  [1]

Производство сварочных работ  - это важнейший технологический процесс. Не  последнюю роль в этом процессе отводится специалистам, занимающимися  сварочными работами.

В настоящее время развития высоких  технологий не осталась в стороне и сварочная индустрия. Идёт постоянное улучшение  технологии сварочных работ. Производится  оптимизация времени,  отводящимся на сварочные процессы, с уменьшением затрат на них. [2]

 

Серийность производства на сварочном  оборудовании

 

Сварочное производство — это комплекс технологических различных операций по изготовлению сварной конструкции в законченном виде, подразделяется на следующие виды: единичное, мелкосерийное, серийное, крупносерийное.

Серийное производство - тип производства, характеризующийся ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых или ремонтируемых периодически повторяющимися партиями, и сравнительно большим объемом выпуска. [3]

При серийном производстве применяются специальные поточные линии с отдельно расположенными рабочими местами и иногда связанными между собой транспортными средствами. Ритмичность линии обеспечивается за счет накопителей и промежуточных складов. Широко применяются высокопроизводительные приспособления, полуавтоматы и автоматы для сварки.

Серийное производство является основным типом современного производства, и предприятиями этого типа выпускается в настоящее время 75–80 % всей машиностроительной продукции. [4]

Объем выпуска предприятий серийного  типа колеблется от единиц и десятков, и сотен до тысяч регулярно повторяющихся изделий за определённые периоды времени. Используется универсальное, специальное и частично специализированное сварочное оборудование. Оборудование расставляется по технологическим группам с учетом направления основных грузопотоков цеха по предметно-замкнутым участкам. [4

Технологическая оснастка, в основном универсальная. При этом целесообразность ее создания должна быть предварительно обоснована технико-экономическими расчётами. Большое распространение имеет универсально-сборная, переналаживаемая технологическая оснастка, позволяющая существенно повысить коэффициент оснащенности серийного производства. [5]

 

Развитие сварки

 

Еще при раскопке первых Египетских пирамид были обнаружены сварные изделия. Во время раскопок древнего итальянского города Помпеи были найдены остатки труб первого трубопровода при производстве которого использовалась пайка.

Кованная сварка использовалась для получения наконечников стрел, копий, для изготовления различных орудий труда. С появлением литейного производства возникла так называемая литейная сварка которая осуществлялась методом промежуточного литья. Метод представлял из себя соединение двух заготовок и заливки место стыка расплавленным металлом. Сварка кузнечным способом и пайка были актуальны и активно развивались вплоть до начала девятнадцатого века. [1]

С наступлением девятнадцатого века началась эпоха индустриализации. Стремительные темпы развития индустрии повлекли за собой усовершенствование технологических процессов во всех отраслях производства, строительства и т.д. Естественно потребность в применении металлов сильно возросла, так как используемые материалы не удовлетворяли возросшим требованиям. Как следствие потребовались новые методы сварки, началось активное развитие сварочного производства. Изучались новые способы нагрева металла. [2

Огромный вклад в  этой области принадлежит профессору медико-хирургической академии в Санкт-Петербурге Василию Владимировичу Петрову(1761-1834). Он первым открыл и наблюдал электрическую дугу, также он первым предложил использовать ее для освещения и мгновенного расплавления металла. Так была открыта электродуговая сварка. Первые она была применена в 1881 году, электроды для электродуговой сварки были неплавящиеся угольные. Однако спустя небольшое время через шесть лет в 1888 году Николай Гаврилович. Славянов сменил угольные электроды на голые металлические(прутки), так была впервые открыта дуговая сварка с применением плавящегося электрода. [3

В 1902 году Кельберг изобрел  флюс для открытых электродов, тем  самым сделал процесс гораздо эффективнее и благоприятнее, дуга стала более стабилизированной.

Газопламенная сварка была открыта в 1903 году французскими инженерами Эдмоном Фуше и Шарлем Пикаром которые разработали первую ацетиленовую горелку и запатентовали ее в Германии. С тех пор спустя столько лет принцип горелки при газопламенной сварке практически не изменился. [4]

Началась эпоха развития газопламенной сварки, предпосылки к этому были еще в 1895 году когда французский ученый Aнpи Лyи Лe Шeтельe получил высокотемпературное пламя (выше 3000 градусов) при сгорании ацетилена и кислорода. Однако в то время ацетилен не был столь доступным а его использование достаточно безопасным. В 1906 году появились достаточно надежные ацетилено-кислородные горелки и газопламенная сварка и резка металла стали широко применятся во всех отраслях промышленности и заняли доминирующее положение в сварочном производстве. Поскольку на тот период времени газопламенная сварка обеспечивала лучшие свойства и характеристики сварного шва, все нефте-газовые магистрали и другие крупные трубопроводы в Советском Союзе в 1926-1935 годах были построены с применением газопламенной сварки. [5]

Параллельно этому электродуговая сварка в свою очередь не стояла на месте и так же интенсивно развивалась, с 1912 года на электроды стали наносить толстое покрытие которое по своей сути представляло из себя оболочку из синего асбеста насыщенного жидким стеклом. Такая оболочка не только обеспечивала защиту от атмосферного загрязнения, но и образовывала легко ионизируемые компоненты, делавшие устойчивым горение дуги. Это компенсировало недостаток мастерства сварщика и увеличивало вероятность получения шва без дефектов. Наконец то прочность сварного шва и прочность основного металла сравнялись. [2]

К началу 1940 года был разработан новый способ электродуговой сварки - сварка под флюсом , преимуществом этого способа была защита дуги и расплавленного металла оболочкой из расплавленного флюса и прослойкой гранулированных частиц нерасплавленного флюса.

Постепенно электродуговая сварка начала вытеснять газопламенную , этому также способствовал дефицит  карбида кальция. К началу 50-х  годов были разработаны и внедрены в производство методы кислородно-флюсовой резки. [1]

На протяжении следующих 30-ти годов разработка и внедрение  новых модификаций электродуговой сварки стремительно развивались. С  наступлением 80-х годов активно началось изучение газолазерной сварки, в тот период времени этот метод считался наиболее перспективным.

Так же были разработаны  и введены в эксплуатацию порошково-проволочные электроды небольшого диaметрa( 1,2-1,6 мм). [1]

Согласно инновационному подходу во многих производственных отраслях предпочтение отдается недавно разработанным материалам – лучше один раз вложить миллионы, чем десятилетия тратить миллиарды на старые технологии. Универсальные пластики, демонстрирующие отменные механические показатели в широком температурном диапазоне, постепенно вытесняют дорогие сплавы. И дело тут не в меньшем весе, а в экономных с энергетической точки зрения технологиях. В эпоху перехода на новые энергоносители, огромное значение отдается внедрению в производство пластика, что зачастую делает невозможным использование обычных технологий сварки.[2]

Для сварки пластмасс  уже применяются такие виды сварки как лазерная, плазменная, ультразвуковая, вибрационная.[3]

 

Виды сварки, применяемые в производстве, их преимущества и недостатки

Электрическая дуговая сварка

 

В настоящее время электрическая  дуговая сварка занимает первое место  среди многочисленных способов сварки материалов.[4]

Дуга может питаться как постоянным, так и переменным током, одно- или многофазным, низкой или высокой частоты. При постоянном токе имеет значение полярность электрода. Чаще к электроду присоединяют отрицательный полюс источника тока, а к изделию — положительный; тогда получают прямую или нормальную полярность,

Иногда вместо плавящегося  электрода сварщик использует неплавящийся (угольный), поэтому для формирования сварного шва в зону дуги вводится специальный дополнительный присадочный пруток, который, расплавляясь, образует сварной шов. [5]

Сварка покрытым электродом может осуществляться во всех пространственных положениях свариваемого участка изделия: в наиболее удобном для сварщика положении -нижнем, на вертикально расположенном участке и, наконец, в потолочном положении, когда поворот изделия для удобства сварки невозможен.[6]

К достоинствам ручной дуговой  сварки следует отнести простоту процесса, применение несложного в устройстве и работе оборудования для питания дуги, позволяющего использовать этот способ не только в стенах крупного предприятия, но и на строительных, а также монтажных площадках, в небольших мастерских как городского, так и сельского типа.[5]

Вместе с тем ручной дуговой сварке присущи значительные недостатки, важнейшими из которых  являются: использование ручного  труда рабочих высокой квалификации, низкая производительность процесса вследствие использования небольших величин сварочного тока (чтобы не перегревался пруток электрода) и перерыв процесса из-за необходимости замены электродов по мере того, как они расплавляются.[4]

Сварка под  слоем флюса

 

При сварке под флюсом вместо штучных электродов применяется электродная проволока большой длины, свернутая в виде кассеты. Ее подача в зону дуги по мере плавления, а также перемещение самой дуги вдоль свариваемых кромок механизированы и осуществляются сварочным автоматом, имеющим устройство для внесения в зону сварки флюса и отсоса нерасплавившейся его части со шва для возврата в бункер.[3]

Преимущества автоматической сварки под слоем флюса сводятся к следующему:

высокая производительность процесса, обусловленная возможностью применять значительный по величине ток (в сравнении с открытой дугой — в 10 раз и более);

закрытая и мощная дуга под флюсом обеспечивает лучшее использование сварочного тока —  значительное проплавление свариваемого металла, позволяющее уменьшать  разделку кромок или вообще ее не делать. Следствием этого является существенное сокращение расхода электродного металла и электроэнергии. Вместе с тем, уменьшаются и потери металла на угар, разбрызгивание, огарки (неизбежные при ручной сварке);

стабильное, хорошее качество и формирование сварных швов;

высокий уровень механизации  и возможность комплексной автоматизации  сварочного процесса;

улучшение условий труда, так как нет необходимости  в защите глаз и лица сварщика от вредного действия дуги.

Однако у способа  имеются и недостатки:

возможность сварки только в нижнем положении при наклоне изделия не более, чем на 10-15° от горизонтали, с целью предупреждения отекания расплавленного металла и флюса, нарушающего правильное формирование шва;

невозможность (или нецелесообразность) сварки тонколистового металла толщиной менее 3 мм, швов малого калибра;

сложность и громоздкость сварочного оборудования, уменьшающих  маневренность способа;

необходимость более  тщательной (в сравнении с ручной сваркой) подготовки кромок и более  точной сборки деталей под сварку.[5]

Сварка в  среде защитных газов.

 

При этом виде сварки вместо флюса используется защитный газ, подаваемый в зону горения дуги под небольшим  избыточным давлением, защищающим расплавленный металл от контакта с воздухом.

Для защиты зоны сварки применяют три группы газов: инертные (аргон, гелий), активные (углекислый газ, водород, азот и др.) и смеси газов.

Сварка в защитных газах неплавящимся электродом имеет  много разновидностей, одна из которых, например, называется сваркой пульсирующей дугой или импульсно-дуговой сваркой.