Определение уровня механизации

Уровень механизации характеризуется тремя показателями, рассчитываемыми по формулам

где У₁ — количественный показатель уровня механизации; У₂ — качественный показатель уровня механизации; У₃ — степень охвата рабочих механизированным трудом; Т_м — трудоемкость операции, выполняемой механизированным способом; Т_р — сум­марная трудоемкость операций, выполняемых ручным способом; П — коэффициент производительности оборудования; Р_м — число рабочих, выполняющих работу механизированным способом; Р_р — число рабочих, выполняющих работу вручную.

Коэффициент П характеризует рост производительности при замене ручной операции (или механизированной, принятой за базу) механизированной и определяется как отношение трудоем­кости до проведения механизации Т_р, к трудоемкости, достигае­мой в результате механизации Т_м:.

Показатели У₁ и У₃ изменяются от 0 до 100%. На величину показателей У₁ и У₃ оказывает влияние только масштаб меха­низации производственного процесса. Показатель У₂ изменяется от 0 и стремится к 100%, но не достигает 100%, так как качественное совершенствование оборудования беспредельно.

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Общие положения и определения

Для оценки сравнительной эффективности необходимо опре­делить следующий комплекс технико-экономических показателей по сравниваемым вариантам:

1. Капитальные вложения, т. е. одновременные ка­питальные затраты на реализацию запроектированной механи­зации — К, руб.

2. Годовые текущие затраты на производство свар­ной продукции (работ), т. е. себестоимость годовой продукции— С руб./год или ее передела.

3. Себестоимость единицы выпускаемой продукции или себестоимость передела единицы продукции — А руб./шт. или руб/т.

4. Трудоемкость производства или передела единицы выпускаемой продукции — Т чел-ч/т или чел-ч/шт.

5. Производительность труда или выработка продукции на одного работающего или на одного рабочего.

6. Срок окупаемости капиталовложений Т_ок,
который показывает, в течение какого периода времени за счет экономии текущих затрат, т. е. за счет снижения себестоимости продукции, окупятся дополнительные капитальные вложения по рассматриваемому варианту механизации.

где К и С — капитальные и текущие затраты по рассматриваемому варианту; К₆ и С_б — то же по базовому или конкурирующему ва­рианту

Следует также различать нормативный срок оку­паемости капитальных затрат — Т_в, который обычно задается директивными органами как максимально допустимый.

7. Коэффициент сравнительной экономи­ческой эффективности капитальных затрат Е, который служит мерой эффективности рассматриваемого варианта механи­зации и показывает, какая доля капитальных затрат ежегодно окупается за счет экономии на себестоимости продукции или ее передела. Он определяется соотношением

 

8. Экономия Э, получаемая от внедрения данного варианта механизации в сравнении с другим конкурирующим вариантом или с базовым. Общая экономия равна алгебраической сумме нескольких составляющих: снижению капитальных затрат; снижению текущих затрат на производство сварных конструкций; снижению расходов по отдельным статьям затрат и др. Этот показатель определяется в денежном выражении.

9. Годовой экономический эффект Ф, который выражает величину уменьшения всех приведенных затрат в одном извариантов по сравнению с другим (или базовым), т. е. уменьшениясуммы капиталовложений и годовых текущих затрат, приведенных к соизмеримости посредством нормативного коэффициента экономической эффективности Е_н или нормативного срока окупаемостиТ_н Капитальные вложения К—это единовременные затраты с размерностью руб., а годовые текущие затраты С имеют размерность руб./год.

10. Важными показателями, наиболее полно характеризующими
экономичность рассматриваемого варианта, являются: удельные
приведенные затраты Д_уд на единицу выпускаемой продукции и удельный экономический эффект Ф_уд, приходящийся на единицу выпускаемой продукции.

Эти показатели легко определить делением годовых приведенных затрат Д и соответственно годового экономического эффекта Ф на величину годового выпуска продукции В, выраженного в тоннах или штуках:

 

Показатели Д_уд и Ф_уд имеют размерность руб/т или руб./шт.

11. Уровень механизации и автоматизации.
На технико-экономическую эффективность комплексной механиизации оказывает существенное влияние только второй показа­тели У₂.

12. К о э ф ф и ц и е н т производительности П₀, средневзвешенный по всему запроектированному сварочному производству.

13. Уровень рентабельности, характеризующий экономическую целесообразность запроектированного производственного предприя­тия (цеха, комплекса) с учетом его эксплуатации в условиях новой системы планирования и экономического стимулирования. Уровень рентабельности производства

R_n =

где С₃ — заводская себестоимость изделия; С_опт = фС₃ — опто­вая отпускная цена изделия; ф — коэффициент плановой прибыли по отношению к заводской себестоимости С₃ (в машиностроении ф =1,03…1,10); В — годовой выпуск изделий; К_осн— сумма ос­новных средств; К_об — сумма оборотных средств.

Наряду с показателем уровня рентабельности предприятия R_п, следует также определять другой показатель R_и— уровень рентабельности изделия или единицы выпускаемой продукции. Его рассчитывают по формуле

Величина R_и для машиностроительных предприятий находится в пределах 3—10%, Этот показатель позволяет сравнивать между со­бой рентабельность различных изделий, включенных в программу производства.

В расчетах экономической эффективности необходимо учитывать влияние качества выпускае­мой продукции. Если в результате механизации технологического процесса изменяется качество сварных изделий, но при этом отсутствует возможность учета экономического эффек­та от этого изменения непосредственно у потребителя, в расчете эко­номической эффективности себестоимость продукции повышенного качества корректируется следующим образом. Если повышение ка­чества изделий влечет за собой увеличение срока их службы, то скорректированная себестоимость определяется по формуле

 

где С — действительная себестоимость продукции после внедрения запроектированной механизации; 1_сл1 и 1_сл2 — срок службы про­дукции прежнего и повышенного качества.

Если вследствие повышения качества изделий уменьшается об­щая потребность в них, то себестоимость корректируется по фор­муле

 

где Л₁ и Л₂ — количественная потребность в этих изделиях до и после внедрения запроектированной механизации.

В соответствии с этим корректируются и другие показатели эко­номической эффективности, зависящие от себестоимости выпускае­мой продукции.

Выбор наивыгоднейшего варианта механизации и автоматиза­ции производится путем сравнения технико-экономических пока­зателей запроектированного варианта с показателями базового варианта либо с показателями конкурирующих запроектированных вариантов.

В качестве исходного — базового — варианта для сравнения при­нимается существующий технологический процесс производства, взамен которого проектируется новый — механизированный. При отсутствии базового варианта, например, для нового вида сварной продукции, сравнение производится с аналогичными производства­ми, а также с другими проектными вариантами механизации.

 

 

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)