Виды механизации и автоматизации

Занятие №1 (03.09.2015)

ВВЕДЕНИЕ

 

Автоматизация процесса сварки означает полный перевод сварочного оборудования на автоматический режим работы, внедрение в производство устройств, действующих частично или полностью без участия человека.

При механизированном процессе независимо от степени его механизации рабочий частично или полностью освобождается лишь от выполнения мускульных усилий, но полностью остается его участие в процессе из-за сохранения за ним функций контроля и управления.

Автоматизация — высшая форма механизации. Она характе­ризуется освобождением человека частично или полностью также и от оперативного управления механизмами, от постоянного его участия в процессе. При частичной автоматизации не только механизированы подача электродной проволоки, перемещение электрода вдоль свариваемого стыка, подача флюса, но и с помощью системы регулирования автоматически поддерживается заранее заданное сварщиком на­пряжение па дуге путем автоматического изменения скорости подачи электродной проволоки.

При полной автоматизации производственный процесс идет полностьюбез участия человека, за ним остаются лишь функции предварительной настройки процесса и оборудования, включения и наблюдения за его ходом. При полной автоматизации все движения в процессе сварки механизированы, а функции свар­щика (регулирование режима дуги и коррекция положения электрода) выполняются автоматически.

Все автоматические устройства можно разделить на два класса: автоматы (или полуавтоматы) и автоматические регуляторы (или системы).

У автоматов периодическая загрузка, смена инструмента, контроль, подналадка выполняются по ходу работы или автоматически; останова работы они требуют только для наладки. У полуавтомата для повторения процесса, снятия изделия, установки заготовки, пуска требуется вмешательство человека.

Автоматические регуляторы или системы поддерживают неизменными или определенным образом изменяют какие-либо физические величины в техническом устройстве или технологическом процессе.

В последние годы применяют промышленные роботы — авто­маты, характеризующиеся разнообразием выполняемых операций, значительной мобильностью.

Роботы — это универсальные автоматические манипуляторы с программным управлением для воспроизведения управляющих н двигательных функций человека, обладающие способностью и адаптации;

Автоматизированное и механизированное оборудование часто объединяют в группы.

Поточная линия —это производственный участок станков или машин, специализирован­ный па выполнении одной или нескольких однотипных операций технологического процесса.

Автоматическая линия состоит из группы станков-автоматов, объединенных общей системой управления и общими транспортными устройствами с единым темпом.

На автоматизированном участке (цехе, заводе) все технологические процессы основного производства выполняются с помощью автоматов, автоматических линий и других средств автомати­зации.

Степень автоматизации разных способов сварки различна.

 

 

.КОМПЛЕКС ОПЕРАЦИЙ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА КАК ОБЪЕКТ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ

 

Весь комплекс операций сварочного производства может быть разделен на шесть групп: I —заготовительные операции; II — сбо­рочные; III — сварочные; IV — отделочные; V— вспомогатель­ные; VI — контрольные. Основными являются первые три группы.

Заготовительные операции, т. е. операции изготовления дета­лей сварных конструкций. При выполнении заготовительных опе­раций используют следующие виды обработки металлов: резку газопламенную—для прямолинейных и криволинейных резов; рез­ку холодную механическую на ножницах (универсальных, гильо­тинных, прессовых)—для прямолинейных резов, на роликовых нож­ницах — для криволинейных и прямолинейных резов; строгание на станках (универсальных и кромкострогальных); штамповку на прессах — холодную, горячую; зачистку кромок и поверхностей деталей от заусенцев, окалины, ржавчины на различном оборудо­вании (обрубном, шлифовальном, травильном, дробеструйном и т. д.); правку и гибку деталей на вальцах, прессах и плитах; под­готовку фасонных кромок механообработкой (резцом, фрезой) или автоматической газопламенной резкой; механообработку крупных деталей, а также отверстий в них — сверление, протачивание, стро­гание, фрезерование.

Сварочные работы. Кроме собственно сварочных операций, к ним относятся некоторые неразрывно связанные со сваркой вспомо­гательные операции, например: установка изделий под сварку или сварочной головки на начало шва, зажатие и центровка изделия на сварочной машине, засыпка флюса на шов и сбор его, закорачива­ние электрода, повороты изделий в процессе сварки, отвод свароч­ного автомата или перемещение изделия, перемещения сварщика, смена электродов или кассет и т. д.

Отделочные работы: зачистка швов, удаление металлических брызг и грата, окраска, упаковка, а также термообработка и механообра­ботка готовых изделий, если последние производятся в сварочном цехе.

Вспомогательные работы: крановые, транспортно-подъемные и перегрузочные операции; наладочные работы по сварочному, газо­резательному и другому оборудованию; комплектование деталей и распределение работ; работы по приему и выдаче материалов и ин­струмента; изготовление электродов, намотка кассет со сварочной проволокой; прочие вспомогательные операции, связанные с основ­ным производством, не считая вспомогательных работ по обслужи­ванию общих нужд цехов (ремонта оборудования, уборки помеще­ний и проч.).

Чтобы оценить сравнительную эффективность механизации раз­ного вида работ, следует определить долю каждого из них в об­щем объеме сварочного производства.

В сварочном производстве на маши­ностроительных заводах собственно сварка по своей трудоемкости занимает лишь 34% всего объема работ. Очевидно, что решение проблемы ме­ханизации и автоматизации сварочного производства заключается не столько в интенсификации сварочного процесса и повышении скоростей сварки, сколько в механизации сборочных и вспомога­тельных работ.

Наряду с технологическими операциями, на всех стадиях производства сварных конструкций выполняют вспомогательные операции, которые можно разделить на две группы: 1) опера­ции, непосредственно связанные с основным производством, и 2) операции обслуживания. К первой группе относят операции: транспортные, контрольные, наладку оборудования, распреде­ление работ, комплектацию деталей, хранение и выдачу мате­риалов, инструментов и приспособлений. К операциям обслужи­вания относятся ремонтные и уборка производственных поме­щений.

Занятие №2 (07.09.2015)

Занятие №3 и №4 (10.09.2015 и 14.09.2015)

 

Занятие №5 (17.09.2015)

МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СПОСОБЬІ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

1.ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ

При автоматической электродуговой сварке все опе­рации по возбуждению и поддержанию дугового разряда выполняют­ся сварочной головкой, которая непрерывно подает в зону дуги сварочную проволоку по мере ее плавления. Перемещение дуги по шву осуществляется самоходной сварочной тележкой или любым другим механизмом в зависимости от того, движется дуга относитель­но неподвижного свариваемого изделия или, наоборот. При сварке круговых швов механизм сварочного движения обычно пред­ставляет собой приводной вращатель того или иного типа, напри­мер, манипулятор с вращающейся планшайбой, роликовый стенд (для автосварки цилиндрических сосудов), центровой вращатель, карусельно-сварочный станок и т. д.

Таким образом, при автоматической сварке оба рабочих движения - подача электрода в зону дуги и его перемещение по шву — механизированы.

Рабочий, обслуживающий такую автосварочную установку (авто­сварщик), не принимает непосредственного участия в образовании шва, но управляет процессом сварки при помощи вспомогательных устройств — пульта управления, корректоров и т. д.

При сварке под флюсом сварочная дуга и сварочная ванна за­щищены от воздействия окружающего воздуха слоем порошко­образного флюса толщиной 30—50 мм и пленкой шлака, образую­щегося при расплавлении части флюса, примыкающей к зоне дуги.

Основным методом автоматической сварки под флюсом является сварка одним электродом, когда в зону дуги подается одна свароч­ная проволока или электродная лента. Однако для повышения про­изводительности процесса применяют сварку двумя и более элект­родами, т. е. так называемую многоэлектродную или многодуговую сварку. При многоэлектродной сварке все электроды подсоединены к одному полюсу источника питания, при многодуговой — каждый из электродов подсоединен к отдельному источнику питания и все они изолированы друг от друга.

Преимущества автоматической сварки под флюсом: 1) по сравнению с известными способами сварки плав­лением самая высокая производительность, превышающая ручную сварку в 4—6 раз при однодуговом процессе и в 15—20 раз при мно­годуговом процессе,

2)высокое качество и хороший внешний вид сварных соединений;

3)малый удельный расход электродного металла и электроэнер­гии вследствие меньшего сечения шва по наплавленному металлу, а также уменьшения потерь на угар,

4)высокий уровень локальной механизации сварочного процесса и возможность комплексной его автоматизации;

5)улучшение условий труда, так как отпадает необходимость в защите глаз и лица сварщика от действия дуги.

Недостатки:

1)невозможность сваривать швы или производить наплавку в вертикальном или наклонном положении (можно только в горизон­тальном);

2)невозможность (или нецелесообразность) сварки швов мало­го калибра, менее 3 мм;

3)сложность и громоздкость сварочного оборудования и, как след­ствие, меньшая маневренность и мобильность;

4)необходимость более тщательной подготовки кромок и более точной сборки деталей под сварку;

5)затруднен контроль за направлением дуги по шву из-за неви­димости дуги (если отсутствует система автоматического направле­ния дуги по шву);

6)невозможность сварки стыковых швов на весу, т.е. без под­кладки или предварительной подварки корня шва;

7) загрязнение воздуха флюсовой пылью.
Области рационального применения:

1.Почти все отрасли металлообрабатывающей промышленности (кроме производства изделий из металла очень малой толщи­ны с малокалиберными швами).

2.По типу производства — от мелкосерийного до массового.

3.По типу свариваемых металлов —малоугле­родистые стали толщиной от 3 до 100 мм.

4.Сварка прямолинейных швов, стыковых и угловых калибром 5—50мм протяженностью от 0,8 м и более со свободным входом и выходом сварочной головки для начала и конца шва; сварка коль­цевых швов при толщинах до 100— 120 мм.

5.Наплавочные работы, в том числе широкослойная наплавка ленточным электродом или гребенкой электродов или несколькими головками одновременно.

6.В перспективе — высокопроизводительная сварка ленточным электродом.

 

2. ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА ПОД ФЛЮСОМ

Этот способ сварки отличается от автоматической тем, что в нем механизировано лишь одно рабочее движение — подача сварочной проволоки в зону дуги, а перемещение дуги по шву про­изводится вручную. Подача проволоки осуществляется при помощи специального подающего механизма с электроприводом, позволяю­щим регулировать скорость подачи. Манипуляции дугой для под­держания заданного режима, придания шву нужной формы и пере­мещения дуги по шву осуществляются вручную. Сварка произво­дится сварочной проволокой диаметром от 1,5 до 2,5 мм, намотанной в кассеты или подаваемой непосредственно из бухты. Для подво­да тока к электроду служит держатель..

Во время сварки держатель находится в руке рабочего, что является основным признаком полуавтоматической сварки. За­сыпка и уборка флюса осуществляются вручную либо с помощью специальных переносных флюсоаппаратов.

Преимущества полуавтоматической сварки под флюсом:

1)повышенная по сравнению с ручной сваркой производитель­ность (в 1,5 раза);

2)уменьшенный расход электродного металла вследствие от­сутствия огарков и разбрызгивания;

3)высокая по сравнению с автоматической сваркой маневрен­ность и мобильность, приближающиеся к ручной сварке;

4)высокое качество швов и хороший товарный вид

Недостатки:

1) невозможность сваривать вертикальные или наклонные швы;

2)затруднена операция ручного ведения дуги по шву, так как дуга невидима. невозможность сварки стыковых швов на весу, т. е. без под­кладки или предварительной подварки;

3)повышенная утомляемость сварщика из-за манипулирования ручным держателем и шлангом;

4) невозможность автоматизации технологического процесса.
Области рационального применения:

1. Единичное и мелкосерийное производство.

2.Сварка коротких или криволинейных швов среднего калибра (6—15 мм), недоступных или неудобных для автоматической свар­ки,

3.Сварка прерывистых угловых швов в судостроении и других отраслях.

Занятие №6 (21.09.2015)

3ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ

Этот способ отличается от автоматической сварки под флюсом лишь характером физической защиты дуги и сварочной ванны от окружающего воздуха.

При сварке в защитных газах дуга, возникающая между электродом и основным металлом, со всех сторон окружена газом, подаваемым под небольшим избыточным давлением из сопла,обычно расположенного концентрично электроду. Газовая защита применяется как при сварке плавящимся электродом, так и неплавящимся, например, вольфрамовым. В последнем случае механизм подачи электрода существенно меняется в связи с тем, что отпадает обязательная необходимость непрерывной подачи электрода по мере его плавления. Во многих случаях достаточно иметь простейший механизм для периодической подачи неплавящегося электрода по мере его сгорания. В более совершенных сварочных головках для автоматической сварки имеется специальный механизм подачи с электроприводом, который автоматически компенсирует постепенное сгорание электрода (угольного, вольфрамового и др.) и поддерживает таким образом постоянную величину дугового промежутка.

Преимущества автоматической сварки в защитных газах:

1)возможность сваривать швы в любом пространственном поло­жении;

2)повышенная по сравнению с ручной сваркой производитель­ность в 2—2,5 раза при токах до 500 а. Наиболее эффективна свар­ка порошковыми проволоками АН 4 и ЛН-5 в среде С0₂;

3)возможность сварки малокалиберных швов и изделий малой толщины, которые под флюсом сваривать нельзя;

4)удобный контроль за направлением дуги по шву— дуга не закрыта флюсом;

5)меньшее по сравнению с автоматической сваркой под флюсом термическое воздействие на основной металл;

6)при сварке тонкого металла толщиной до 3 мм производитель­ность выше, чем при сварке под флюсом, благодаря повышенному коэффициенту наплавки при токах 200-400 а;

7) возможность сварки стыковых швов на весу.
Недостатки:

1) при сварке крупнокалиберных швов производительность при-
мерно вдвое меньше, чем при автоматической сварке под флюсом;

2) плохой внешний вид швов;

3) большое разбрызгивание металла при сварке плавящимся
электродом па токах 250—450 а.

Области рационального применения:

1.По типу производства — в серийном и массовом производ­стве.

2.При из­готовлении конструкций из тонколистовых высоколегированных сталей, алюминиевых и титановых сплавов.

3.Сварка швов, которые нельзя или нецелесообразно располагать в горизонтальном положении, например, неповоротных стыков труб.

4.Прихватка собранных деталей или заварка беглым швом кор­ня шва на весу.

5. Наплавочные работы с малым термическим воздействием на основной металл.

6. Сварка неплавящимся электродом методом оплавления кромок без присадочного металла, например, при сварке канистр.

7. Производство тонкостенных изделий с малокалиберными швами.

4.ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ

 

Физическая сущность этого процесса та же, что и автоматической сварки в защитных газах. Различие заключается лишь в степени автоматизации процесса, которая при полуавтоматической сварке существенно ниже, так как сварочное движение по шву осуществля­ется сварщиком вручную. В смысле автоматизации сварочного про­цесса и техники его осуществления полуавтоматическая сварка в защитных газах и полуавтоматическая сварка под флюсом почти не отличаются друг от друга. Разница лишь в том, что в рассматривае­мом способе по каналам шланга подается не только сварочная про волока, но и защитный газ (С0₂, аргон или смесь газов).

Полуавтоматы для сварки в защитных газах, как и полуавтоматы для сварки под флюсом, выполняются обычно в виде портативных переносных аппаратов-инструментов, являющихся промежуточным звеном между сварочным автоматом и ручным инструментом. Они представляют собой, так называемую,»малую механизацию, обладаю­щую универсальностью и маневренностью, почти такой же, как при ручной сварке.

Основное различие между автоматической и полуавтоматической сваркой заключается в разных уровнях механизации и автомати­зации. Производительность автоматической сварки под флюсом в 3—11 раз выше ручной. Следовательно,,ровень механизации в 2—3 раза ниже, чем при автоматической сварке.

Преимущества полуавтоматической сварки в защитных газах:

1) повышение производительности по сравнению с ручной в
1,2—1,5 раза, а при сварке порошковой проволокой — в 1,6—
2,0 раза;

2)возможность сварки в любом пространственном положении;

3) возможность сварки стыковых швов на весу;

4) возможность и целесообразность сварки малокалиберных швов и изделий малой толщины;

5)высокая маневренность и мобильность по сравнению с автома­тической сваркой;

6)возможность визуального контроля за направлением дуги по шву.

 

Недостатки:

1)сильное разбрызгивание металла при сварке на токах 200— 400 а и необходимость удаления брызг с поверхности изделия. Этот недостаток не относится к сварке порошковой, а также сплошной проволокой в специальной смеси газов или в аргоне;

2)низкая производительность труда, в отдельных случаях не превышает производительность ручной сварки (если много времени затрачивается на удаление брызг);

3)затруднено использование на открытом воздухе >— на ветру из-з^ сдувания защитного газа;

4)внешний (товарный) вид швов хуже, чем при сварке под флюсом.

Области рационального применения:

1. В единичном, мелкосерийном, реже в серийном производстве.

2. Сварка в аргоне (или в смеси аргона с другими газами) тон­колистовых изделий из высоколегированных сталей, а также алю­миниевых и титановых сплавов.

3. Преимущественно для сварки малокалиберных швов в любом пространственном положении; стыковых швов — на весу.

 

 

Занятие №7 (24.09.2015)

 

5. ЭЛЕКТРОЗАКЛЕПОЧНАЯ ДУГОВАЯ СВАРКА

При сварке электрозаклепками в большинстве случаев при­меняется дуговой процесс без перемещения дуги и без подачи электродной проволоки в зону дуги.

Сварка электрозаклепками производится с помощью переносных или стационарных электрозаклепочников. В серийном и массовом производстве применяют специализированные машины для сварки нескольких электрозаклепок — многоэлектродные или многоточеч­ные машины, имеющие большую производительность и высокую сте­пень автоматизации процесса. Наиболее проста многоточечная (многоэлектродпая) установка с автоматически действую­щей коммутацией. Для нее характерно отсутствие коммутационных устройств и изоляции между электродами. Последовательное, по­очередное включение электродов достигается автоматически, есте­ственным процессом. Во время горения одной дуги исключается возможность параллель­ного возникновения дугового разряда на другом электроде, так как выход осциллятора зашунтирован горящей дугой и сопротивлением ее шлаковой оболочки. Дуга загорится на каком-либо другом элект­роде, находящемся на наименьшем расстоянии от изделия, только после естественного обрыва первой дуги. Такая последовательность возбуждения дуги сохраняется до тех пор, пока дуга не обойдет все электроды.

Существуют также многоэлектродные машины с принудитель­ной коммутацией, задающей определенный порядок постановки электрозаклепок, а в некоторых системах и определенное время горения дуги.

Преимущества сварки электрозаклепками:

1)высокая по сравнению с ручной сваркой производительность, хотя и уступающая контактной точечной сварке;

2)менее требовательна по сравнению с контактной точечной свар­кой к чистоте свариваемых поверхностей;

3)малые остаточные деформации (коробление) по сравнению со сваркой сплошным швом;

4)простота и автоматичность процесса;

5)возможность полной автоматизации технологического процес­са и создания высокопроизводительных автоматизированных много-электродных машин н линий.

Недостатки:

1)прерывистость и нестационарность процесса; сварка почти все время происходит в неустановившемся режиме (за 1—3 сек проис­ходит возбуждение Дуги, сварка и обрыв дуги);

2)зависимость качества и размеров ядра электрозаклепки (особен­но «прорезной») от зазора между свариваемыми поверхностями, плот­ности их сопряжения и чистоты;

3)негерметичность сварных соединений и неравнопрочность с основным металлом, свойственные любому прерывистому шву;

4)пониженная динамическая прочность сварных соединений вследствие наличия концентраторов напряжений в месте сопряже­ния листов (аналогично контактной точечной сварке);

5)затруднен контроль качества и размеров сварной точки (активного ядра) при «прорезных» электрозаклепках;

6)требуются добавочные операции по пробивке отверстий и усложняется установка электродов точно по оси отверстий при свар­ке заклепок по отверстиям (не прорезных).

Области рационального применения:

1. Любое (единичное, серийное, массовое) производство сталь­ных щитовых конструкций, в которых лист присоединяется к раме или каркасу нахлесточным точечным швом и к которым не предъявляются требования герметичности и высокой прочности. Толщина листа от 1 до 6 мм.

2. Наиболее эффективно применение в вагоностроении, сельхоз­машиностроении, автомобилестроении, особенно в виде специали­зированных многоэлектродных машин с программным управлением.

3. При изготовлении листовых конструкций из горячекатано­го металла, который нельзя сваривать контактной точечной сваркой без удаления окалины и очистки свариваемых поверхностей.

 

6. СВАРКА СЖАТОЙ ДУГОЙ (ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ)

Одной из разновидностей дуговой сварки неплавящимся элект­родом является сварка сжатой дугой или плазменно-дуговая сварка.

При этом методе используется одно из важнейших свойств дуго­вого разряда — повышение плотности энергии и температуры стол­ба дуги при искусственном сжатии и охлаждении его наружных слоев. Схема процесса представлена на рис.. Дуговой разряд воз­никает между вольфрамо­вым и медным электродом (соплом), подсоединенными к источнику постоянного тока (дуга косвенного дейст­вия, рис., б), или между вольфрамовым электродом и основным металлом (дуга прямого действия, рис., а). Вдоль столба дуги через ка­пал в концентричном мед­ном сопле проходит струя нейтрального одноатомного (аргона, гелия) или двух- углерода) газа, который сжимает столб дуги, что приводит к повышению его температуры до 16 000° С при дуге косвен­ного действия и до 33 000° С при дуге прямого действия, и образует плазменную струю. Сжатая дуга является весьма концентрирован­ным источником теплоты. Газ в столбе дуги находится в состоянии плазмы, которая характеризуется высокой степенью ионизации и значительной электропроводностью ионизированного газа.

 

 

Рис.. Схема сварки сжатой дугой (плазменно-дуговая):

1 — водоохлаждаемое медное сопло; 2 — газ; 3- вольфрамовый электрод; 4 – столб дуги; 5 – плазменная струя

 

Плазменная струя, выходя из сопла, расширяется и вытяги­вается в виде длинного луча (до 300 мм), который используется для нагрева и расплавления металла. Для защиты сварочной ванны от окружающего воздуха вокруг сжатой дуги, концентрично с ней, подается через кольцевое сопло дополнительный защитный газ (ар­гон, С0₂). Возможна также защита зоны дуги и флюсом.

Сварка осуществляется при помощи плазменной горелки или плазмотрона (рис. 9). Сжатая дуга (плазменная струя) применяется также для резки металлов.

 

Занятия №8 и №9 (28.09.2015 и 01.10.2015)

 

7. ВИБРОДУГОВАЯ СВАРКА И НАПЛАВКА

Разновидностью стационарного дугового процесса является пре­рывистый дуговой процесс, получивший название вибродугового. ІІри помощи электромагнитного или другого механизма электродная проволока диаметром 1,5—2 мм периодически подается к изделию и отводится от него, совершая осевые колебательные Движения (вибрацию) с амплитудой 1,2—2,5 мм. К электроду и изделию подводится напряжение от источника постоянного или переменного тока.

Основное количество теплоты, идущей на плавление металла, выделяется в период дугового разряда.

Процесс ведется при напряжении 12—25 в и токе 100—250 а. Для охлаждения детали и защиты сварочной ванны от окружающего воздуха на деталь и к месту сварки (наплавки) через специальные сопла подается струя жидкости (4%-ный раствор кальцинированной соды или 25%-ный раствор глицерина в воде). Возможна сварка с флюсовой защитой, а также в среде углекислого газа, аргона, азота.

Так как длительность существования дугового разряда состав­ляет всего 20% от времени общего цикла и чередуется с периодами полного отсутствия выделения теплоты (период холостого хода) и периодом незначительного его выделения (период короткого замыка­ния), то при вибродуговом процессе обеспечивается возможность весьма неглубокого провара основного металла, больших скоростей остывания металла сварочной ванны и создание наплавленного слоя очень малой толщины (0,5—3,0 мм).

Эти особенности вибродугового процесса дают возможность при­менять его при наплавке деталей небольшого размера с малой тол­щиной стенок, где для восстановления рабочих размеров требуется нанесение тонкого слоя металла на износившуюся поверхность де­тали, например, при восстановлении термически обработанных де­талей машин. Производительность процесса весьма невелика и составляет 1—2 кг наплавленного ме­талла в1ч.

Принципы механизации и автоматизации вибродуговой сварки такие же, как и других видов автоматической электродуговой свар­ки, за исключением механизма подачи проволоки, снабженного виб­ратором.

Преимущества вибродуговой сварки:

1) незначительная глубина проплавлення и слабое термическое воздействие на основной металл;

2) возможность сварки и наплавки в любом пространственном положении;

3) малая толщина (0,5—3 мм) наплавленного слоя;

4) весьма малые сварочные деформации.
Недостатки:

1) невысокая производительность процесса сварки или наплавки (1—2 кг/ч при силе тока 100—250 а);

2) неоднородность структуры и свойств наплавленного металла;

3) усложненная конструкция сварочной головки вследствие наличия вибратора и устройства для подачи охлаждающей жидкости.

 

Область рационального применения:

Наплавка тонкого слоя металла на детали небольшого размера, где недопустимы деформации и не предъявляются высокие требова­ния к качеству наплавки, например, при восстановлении размеров термически обработанных деталей (оси, шейки валов, автотрактор­ные детали и т. д.). Однако под флюсовой защитой могут наплав­ляться и ответственные детали с высоким качеством наплавки.

 

8. ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА

Электрошлаковая сварка является разновидностью механизированной сварки плавлением, принципиально отличающейся от дуговой сварки тем, что источником нагрева является не электрическая дуга, а джоулево тепло, выделяющееся в жидкой шлаковой ванне при прохождении через нее сварочного тока.

Электрошлаковоая сварка может производиться:

а) проволочными электродами;

б) пластинчатыми электродами

В пространстве, образованном кромками свариваемых деталей и шлакоудер-живающими приспособлениями (медными пластинами или ползунами), создается ванна жидкого шлака (расплавленного флюса), в которую погружается металлический стержень—электрод (один или несколько – в зависимости от толщины свариваемых деталей). Сварочный ток, проходя между электродом и основным металлом через шлаковую ванну нагревает и поддерживает в ней высокую температуру и электропроводность.

При электрошлаковой сварке температура шлаковой ванны выше температуры плавления металла и поэтому шлак оплавляет кромки соединяемого металла и расплавляет погруженный в нее электродный стержень (проволоку, пластину и др.), непрерывноподаваемый сварочной головкой - в шлаковую ванну по мере его расплавления.

Глубина шлаковой ванны выбирается в зависимости от технологических условий (состава основного ме­талла, режима сварки, типа и размеров электрода) и колеблется в пределах 25—70 мм. Ток подводится к шлаковой ванне от источни­ка переменного или постоянного тока через основной металл — снизу и через непрерывно подаваемый электрод, погруженный в шла­ковую ванну,— сверху. К электроду ток подводится с помощью спе­циального криволинейного мундштука. При этом электрод распо­лагается посредине шлаковой ванны, либо перемещается в зазоре возвратно-поступательным пилообразным движением (от ползуна к ползуну) для более равномерного прогрева ванны и проплавлення кромок по всей толщине спариваемых деталей.

В зависимости от степени автоматизации рабочих операций, электрошлаковая сварка, как и электродуговая, может быть автоматической и полуавтоматической. Различие между ними состоит в том, что при автоматической электрошлаковой сварке автоматизированы с помощью специальных электроприводов все основные рабочие движения и операции: подача электродного металла в шлаковую ванну по мере его плавления; вертикальное рабочее движение по шву с заданной скоростью сварки; горизонтальные возвратно-поступательные перемещения электрода вдоль шлаковой ванны и др. При полуавтоматической электрошлаковой сварке некоторые из рабочих движений осуществляются вручную, в частности, вертикальное рабочее движение аппарата по шву производится с помощью ручного привода типа «трещетки» или другого. Такой привод периодически приводится в движение сварщиком по мере наращивания шва.

Методы электрошлаковой сварки различаются в зависимости от типа электрода. По этому признаку различают:

· сварку электрод­ной проволокой диаметром 2,5—3 мм (одной или несколькими;

· сварку электродной пластиной большого сечения (одной или несколькими);

· сварку плавящимся мундшту­ком, который представляет собой комбинацию электродной пластины и электродных проволок. В этом случае пластина, длина которой практически равна длине свариваемого шва, укрепляется неподвиж­но в зазоре между свариваемыми кромками и по мере сварки шва расплавляется. Преимущества электрошлаковой сварки:

1)возможность сваривать за один проход толстостенные изделия практически неограниченной толщины — до 3000 мм и более;

2)высокая производительность сварки металла большой толщи­ны (от 60 мм и более), превышающая производительность много­слойной сварки под флюсом в 5—6 раз и ручной — в 20—25 раз;

3)высокий коэффициент плавления электрода, достигающий 20— 27 г/а-ч против 14—18 г/а-ч при сварке под флюсом, и 8— 10 г/а-ч при ручной сварке покрытыми электродами;

4)расход флюса н 15—20 раз меньше, чем при автоматической сварке под флюсом;

5)вследствие высокого коэффициента наплавки электрода и ма­лого расхода энергии на расплавление флюса, энергоемкость про­цесса значительно меньше, чем сварки под флюсом (в 1,5—2 раза);

6)стоимость сварного соединения, выполненного электрошлако­вой сваркой (особенно при толщинах свыше 60 мм) значительно ни­же стоимости соединения, выполненного многослойной сваркой под флюсом, вследствие малого расхода флюса; малого удельного расхо­да электроэнергии; уменьшения количества наплавленного металла на 1 пог. м шва; упрощения и удешевления подготовки кромок, по­скольку отпадает необходимость в фасонной разделке кромок и в их механической обра­ботке на металлорежущих станках;

7)повышенное качество сварных соединений: стойкость против образования пор и кристаллизационных (горячих) трещин в метал­ле шва; стойкость металла околошовной зоны против закалочных трещин вследствие благоприятного термического цикла сварки,

8)возможность изготовления сложных, уникальных по своим габаритам и весу машинных деталей путем электрошлаковой сварки нескольких отливок или поковок нормального размера и веса.

Недостатки:

1)невозможность или нецелесообразность сварки металла тол­щиной менее 20—25 мм, а также угловых швов,

2)необходимость располагать свариваемый шов в вертикальном положении;

3)металл шва имеет ярко выраженную литую структуру с не­сколько пониженными пластическими свойствами;

4)при сварке некоторых сталей, в частности котельных, длитель­ное температурное воздействие на металл околошовной зоны вызывает перегрев и изменяет структуру, образуя характерную зону крупного зерна с пониженными пластическими свойствами, особен­на ударной вязкостью (охрупчивание металла).

5) недопустимы или крайне нежелательны остановки процесса сварки в середине шва, так как в этом месте почти неизбежно по­явление пепронаров, усадочных трещин и других дефектов. После такой вынужденной остановки приходится удалять весь дефектный участок шва.

Области рационального применения:

1. Единичное и серийное производство толстостенных сварных изделий в тяжелом машиностроении, в том числе изготовление деталей уникальных крупных машин,

2. Сварные соединения из алюминия и его сплавов толщиной 60…200 мм, в том числе стыковые соединения больших сечений- до 200 000 мм².

 

Занятие №10 (05.10.2015)

 

Занятие №11 (08.10.2015)

Занятие №12 (12.10.2015)

Занятие №13 (15.10.2015)

 

Термодатчики

Наибольшее распространение получил способ конт­роля уровня ванны с применением дифференциальных термопар. К медному ползуну привариваются две константановые проволоки, образующие две встречновключенные термопары: константан — медь и медь— константан (рис. 7). Один спай располагается несколько выше требуемого уровня металла, другой — ниже. Результирующая э. д. с. термопар пропорциональна разности температур в местах спаев. Опытами установлено, что результирующая э. д. с. термопар равна нулю, когда уровень металлической ванны находится прибли­зительно посредине между точками приварки термопар. Разность двух термо- э. д. с. в дифференциальной схеме очень мала по величине и требует применения усилителей с высоким коэффициентом усиления. Результаты измерений в некоторой степени зависят также от толщины шлакового гарнисажа, амплитуды колебаний электрода, расхода охлаждающей жидкости. Известны дальнейшие усовершенствования этого метода: помещение автономного чувствительного термоэлемента внутри ползуна, изоляция его от расплавленной ванны и установка двух термоэлементов на разной высоте.

Контактные датчики. Способ измерения уровня металлической ванны с помощью контактного датчика, представляющего собой ме­таллический