Научно исследовательская работа по сварочному производству

Обновлено: 17.05.2024

Сварка на сегодняшний день, наиболее широко распространённый технологический процесс, который применяется не только практически во всех отраслях промышленности, но и при монтаже, ремонтных работах, а также в быту. Для решения современных технологических задач требуется высококачественной профессиональное сварочное оборудование. Его применение обуславливается возросшими требованиями к качеству швов сварных соединений, широкой номенклатурой основных и сварочных материалов и адаптацией сварочных источников к принципиально новым условиям работы роботизированных технологических комплексов. В век цифровых технологий управление сварочными процессами уже немыслимо с применением устаревших принципов регулирования режимами сварки, процессами зажигания дуги, стабилизации её горения и переноса расплавленного электродного металла в жидкий расплав сварочной ванны. Существовавшие ранее источники питания сварочной дуги обладали низким коэффициентом полезного действия, имели значительные массогабаритные характеристики, а, самое главное, у них неудовлетворительная динамическая характеристика. В результате их применения от исполнителя требовалась достаточно высокая квалификация за ведением процесса сварки и своевременное принятие корректирующих мер при колебаниях входного напряжения и других внешних параметров для обеспечения высокого качества сварки. Кроме того, применение этих источников неэкономично с точки зрения энергопотребления и доставки их к местам производства работ.

В наступившем веке бесспорным лидером в производстве сварочной техники становятся инверторные источники питания. В отличие от традиционных источников, у которых понижающий трансформатор работал на частоте 50 Гц, в инверторных источниках частота работы сварочного понижающего трансформатора возросла до 50 000Гц и более. Здесь уже применяется принципиально новый подход: сначала переменный ток промышленной частоты преобразуется в постоянный, затем при помощи специального электронного ключа, выполненного на тиристорах или мощных высоковольтных транзисторах постоянный ток преобразуется в переменный ток высокой частоты. С увеличением частоты удалось значительно уменьшить размеры сварочного трансформатора и уменьшить его массу. Например, обычный сварочный выпрямитель при токе 300 А имел массу трансформатора около 150-200 кг, у инверторного аппарата его масса составила уже 1,5-3,0 кг. При работе трансформатора инверторного источника на столь высокой частоте удалось значительно снизить потери, уменьшить реактивную составляющую, снизить пульсации после выпрямления выходным выпрямителем и тем самым повысить динамическую характеристику и стабильность горения дуги. Инверторный источник состоит из следующих узлов:

Функциональная электрическая схема инверторного источника питания:
1 — выпрямитель сетевой; 2 — фильтр; 3 — инвертор; 4 — трансформатор; 5 — выпрями-тель выходной; 6 — дроссель.

Источники сварочного тока инверторного типа позволяют перейти с аналогового управле-ния на цифровое управление с помощью микропроцессоров, что позволяет решать многие технологические задачи при организации процесса сварки: дистанционное управление, программирование режима, управление процессом переноса металла, форсаж дуги, «горячий старт», автоматическая заварка кратера, поддержание силы тока и напряжения дуги неизменными при значительных колебаниях длины дуги и наклона электрода, изменение наклона вольтамперной характеристики («электронный дроссель»), «антипримерзание» электрода и автоматическое определение диметра электрода (сварочной проволоки) и положения в пространстве сварного шва. Согласитесь, разве можно было реализовать эти функции в традиционных электромагнитных источниках? Ответ однозначен – нет!

Всё это может быть реализовано введением обратных связей (по току и напряжению) между объектом сварки (электрод-дуга-основной металл) и инверторным ключом:

Кроме того, инверторный аппарат сам определяет величину входного напряжения сети и стабилизирует процесс сварки при значительных его колебаниях (встроенный стаби- лизатор входного напряжения и частоты).

Таким образом, инвертор обладает рядом преимуществ: технических и технологи-ческих, которые позволяют занять ему достойную нишу в огромном семействе сварочных источников.

Преимущества инверторных источников питания

высокий КПД - 85-95%;
идеальный коэффициент мощности - 0,99;
минимальный расход дефицитных электротехнических материалов;
широкий диапазон регулирования параметров режима - от нескольких ампер до сотен и тысяч;
продолжительность нагрузки источников питания в рабочем диапазоне режимов сварки - до 80%;
возможность параллельной работы источников на единую нагрузку;
плавная регулировка сварочного режима в широком диапазоне токов и напряжений;
дистанционное управление источником;
минимальные потери электрической энергии в сварочных кабелях и соединительных элементах;
удобство переноски и доставки источника к месту сварки;
небольшие габариты и масса;
высокий уровень электробезопасности за счет двойной изоляции.

сварка покрытыми электродами любых марок на постоянном и переменном токе;
универсальность внешней статической характеристики, обеспечивающей ручную дуговую сварку покрытым электродом, неплавящимся - в среде аргона, механизированную плавящимся электродом в защитных газах;
стабильность зажигания дуги за счет высокого U xx и осцилляции;
возможность сварки короткой дутой, уменьшающей энергопотери и улучшающей качество сварного соединения благодаря уменьшению зоны термического влияния;
качественное формирование шва во всех пространственных положениях;
минимальное разбрызгивание при сварке;
нет залипания ("примерзания") электрода при окончании сварки;
возможность исключить магнитное дутье при сварке на постоянном токе;
сварка трудносвариваемых сталей и сплавов;
возможность сварки сложных металлоконструкций сварщиками недостаточно высокой квалификации.

Синергетическое управление сварочным процессом используется при сварке проволокой — в том числе алюминиевой — и основано на технологии управления формой эпюры сварочного тока Waveform Control. Синергетическое управление позволяет сварщику сосредоточиться исключительно на ведении шва, не требуя применения специальной тех-ники сварки при смене пространственных положений, колебаниях вылета электрода и других изменениях условий сварки. Процесс настройки источника под выполнение конкретной опе-рации заключается в выборе необходимой синергетической программы на панели механизма подачи и задания требуемой скорости подачи проволоки

Для реализации быстрой адаптации к современному оборудованию и технологиям сварочного производства студентов по профессии «Электрогазосварщик» и техников по специиальности «Сварочное производство» в нашем техникуме созданы все условия: име-ются современные синергетические инверторные сварочные выпрямители американской фирмы «Линкольн-Электрик», необходимая литература и наглядные пособия, в учебном плане для изучения оборудования нового поколения отведено не менее 40 часов, рас-пределенных по всем профессиональным модулям основной профессиональной образова-тельной программы.

Кроме того, при прохождении практики, студенты работают на этих аппаратах, при-обретая опыт их эксплуатации и обслуживания.

Благодаря синергетике стало возможным широкое внедрение передовых процессов импульсного переноса металла: STT , УКП , ВКЗ при механизированной сварке проволокой сплошного сечения в среде защитных газах, которые значительно снижают разбрызгивание и потери электродного металла, делают процесс сварки практически «бездымным», а, за счёт снижения тепловложения в сварочную ванну, позволяют уменьшить сварочные деформации и внутренние напряжения в сварных конструкциях.

Новым сварочным технологиям – высокоэффективное прогрессивное сварочное обору-дование!

Исследовательская работа по профессии "Сварщик" - "Влияние вредных примесей на качество сварных швов"

Я, являюсь студентом 1 курса, обучаюсь по профессии «Сварщик».

Я знаю, что сварщик — это профессия ответственная, почти виртуозная, от качества работы которого, зависит многое — долговечность и устойчивость строительных конструкций, их работа и срок службы различной техники.

Чтобы стать хорошим сварщиком, нужно много знать о сварке, изучать её, а так же получить свой первый практический опыт на занятиях в мастерских.

Я только вхожу в профессию «Сварщик» и мне интересным кажется все, что происходит в процессе сварки. Пока я только учусь, и не всегда у меня получаются хорошие сварные швы, и я не всегда могу объяснить, почему это происходит. Чтобы ответить на один из вопросов, который меня заинтересовал, а именно, о дефектах швов, я и выбрал тему своей исследовательской работы, как же влияют вредные вещества, входящих в состав стали и в обмазку электродов, на качество сварного шва.

Цель моей исследовательской работы:

исследовать влияние вредных примесей (серы и фосфора) на качество сварного шва, и доказать, что наличие вредных примесей негативно влияет на качество свариваемых конструкций

Вложение	Размер
yatsenko_-_issledovatelskaya_rabota.docx	588.11 КБ

Предварительный просмотр:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное профессиональное образовательное учреждение

«Амурский многофункциональный центр профессиональных квалификаций»

Влияние вредных примесей на качество
сварных швов

по МДК 01.01 «Основы технологии сварки и сварочного оборудования»

Яценко Алексей Александрович,

студент I курса, группы №311,

Левберг Александра Петровна,

Михайловский Сергей Иванович

мастера производственного обучения

Цель работы.
Актуальность работы.
Предмет исследования
Практическая значимость работы.

1.Требования, предъявляемые к сварным швам.

2. Стали: их классификация и химический состав.

3. Влияние вредных примесей на качество сварных швов

Исследование сварного шва с дополнительным количеством серы.
Исследование сварного шва с дополнительным количеством фосфора.
Виды, полученных дефектов, причины.
Способы устранения дефектов .

Проблема исследования : обосновать влияние вредных примесей, входящих в состав стали, на качество сварных конструкций.
Актуальность исследования : в связи с возросшими требованиями, предъявляемыми к долговечности и прочности сварных металлоконструкций и к их качеству, с появлением новых, некачественных металлов и сплавов на рынке, появилась необходимость в умении выявлять их, избегая наличия вредных примесей в свариваемых материалах, так как это отражается на качестве сварки.
Предмет исследования: железоуглеродистые сплавы (стали), химические вещества, входящие в состав стали - сера и фосфор.
Практическая значимость: использовать полученные знания и исследования по влиянию вредных примесей на качество сварных швов, и в дальнейшем в своей практической деятельности по профессии «Сварщик», которые помогут избежать нежелательных дефектов при получении сварных швов.

СВАРКА - это технологический процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве.

Такой тип неразъёмного соединения отдельных деталей в единое целое считается на сегодняшний день самым надежным и прочным.

В настоящее время нет ни одной стройки, ни одного предприятия строительной индустрии и промышленности, где бы ни применялась сварка.

Широкое применение сварки в строительстве и на предприятиях строительной индустрии объясняется ее технико-экономическими преимуществами по сравнению с другими способами соединения металлических заготовок и деталей.

Экономия металла, ускорение производственного процесса, снижение стоимости продукции и высокое качество сварных соединений сделали сварку прогрессивным технологическим процессом. Например, при замене клепаных конструкций сварными, расход металла сокращается на 15-30%. Сварные конструкции обычно на 10—15% легче клепаных и на 30—40% легче литых, что приводит к значительной экономии металлов.

Сварка позволяет получать более рациональные конструкции, используя различные профили проката. Стоимость сварных конструкций значительно снижается, так как уменьшается трудоемкость таких подготовительных работ, как резка, пробивка или сверление отверстий, чеканка. Некоторые литые изделия можно заменить более легкими сварными, при этом экономия металла может достигать 40-50% массы изделия.

Изготовление, монтаж металлических и сборных железобетонных конструкций и сооружений во многих случаях неразрывно связаны с применением различных сварочных процессов.

Самым распространенным способом соединения металлов является дуговая сварка плавящимся электродом (по методу Н.Г. Славянова). Этот вид сварки обладает универсальностью, может быть использован для всех видов соединений, обеспечивает высокую производительность, позволяя наиболее полно механизировать сварочные процессы.

Соединения, выполненные дуговой сваркой плавящимся электродом, обладают высокими механическими свойствами, но это бывает не всегда так.

Последствия брака сварки

В 2002 году в Витебской области в результате разрыва магистрального газопровода произошла утечка свыше 3 млн. м 3 газа, ущерб превысил 400 млн. рублей.

В 2004 году в Могилевской области из-за дефектов сварки обрушились перекрытия школьного спортзала, что повлекло человеческие жертвы.

Катастрофы на трубопроводах и прочих сварных объектах происходят во всем мире. В 2005 году в Германии из-за ошибки расчета прочности обрушились сварные перекрытия физкультурно-оздоровительного комплекса, в том же году – аналогичная ситуация случилась с выставочным центром в Польше. Все это привело к многочисленным человеческим жертвам. В 2007 году в США из-за разрыва магистрального трубопровода, снабжающего топливом северо-восточную часть страны, произошла крупная утечка нефти. Из-за этой аварии работу нефтепровода пришлось полностью остановить.

К ущербу от непосредственных аварий добавляются огромные затраты на ремонт и преждевременный выход из строя объектов при их эксплуатации. К этому следует добавить не поддающийся точной оценке ущерб, наносимый окружающей среде, т.е. флоре и фауне, минерально-сырьевым ресурсам и атмосфере.

Поэтому, в настоящее время ужесточились требования к качеству сварных конструкций, к их прочности, надежности и долговечности.

При помощи сварки можно изготовить изделия из металла и других материалов (например, пластмассы, керамики, стекла). При этом различные детали собирают в отдельные узлы и конструкции, используя источники нагрева.

Сварочный или сварной шов — это место соединения деталей, которое образовалось за счет кристаллизации расплавленного материала.

Сварным соединением называют неразъемное соединение деталей, которое выполнено сваркой. Оно включает в себя сварное соединение и зону материала, которая изменилась после нагрева и пластической деформации.

ВИДЫ ШВОВ И СОЕДИНЕНИЙ

Сварные швы и соединения классифицируются по:

виду соединения;
форме подготовленных кромок под сварку;
форме свариваемой конструкции;
объему наплавленного металла;
действующему на него усилию;
применяемому виду сварки;
конфигурации и протяженности;
положению, в котором выполняется сварка.

Основным требованием является качество исполнения участка сварного соединения. Особенно высокие требования возлагаются к сварным швам различных типов (стыковым, нахлесточным, тавровым, угловым), которые размещаются на стенах, балках или фермах и постоянно испытывают большое напряжение на растяжение. Средние показатели качества допустимы по отношению к угловым швам, служащим для соединения основных деталей конструкций, а также стыковым швам, которые выдерживают большое растяжение и противостоят сдвигу. Наименьшие требования возлагаются на стыковые и угловые швы, которые соединяют вспомогательные детали конструкции.

Сварка применяется в тех металлоконструкциях, которые должны в процессе эксплуатации выдерживать самые серьезные нагрузки.

Долговечность и прочность конструкции в полной мере зависит от того, насколько при ее изготовлении соблюдалось требование к технологии сварных швов, прописанное в ГОСТе и проектной документации.

к механическим свойствам сварного шва:

От этих показателей напрямую зависит надежность всей конструкции. Каждой марке стали присущи свои характеристики, поэтому сварочные материалы выбираются в зависимости от них и химического состава.

Основные показатели механических свойств:

относительное удлинение – соотношение первоначальной длины сварного шва (наплавленного металла) и размера после его растяжения, как правило, должен быть в пределах 14-16 %;
предел прочности (временное сопротивление разрыву) – испытание выполняется методом растяжения образца на специальном оборудовании до момента трещинообразования, измеряется в МПа и должен соответствовать аналогичному значению свариваемой стали;
твердость – также не должна сильно отличаться от показателей основного металла.

к технологическим свойствам сварного шва:

Стыковые соединения должны быть с полным проваром (на всю толщину основного металла), что способствует их эффективной работе в условиях динамических и вибрационных нагрузок.
к угловым сварным швам металлоконструкций требования выдвигаются с учетом их конструкционных особенностей, которые не всегда позволяют проплавить сталь на всю толщину или это нецелесообразно с технологических соображений.
тавровые соединения должны быть с полным проваром лишь в тех случаях, когда на них воздействуют постоянные нагрузки.

Требования к внешнему виду:

Внешний вид сварного соединения металлоконструкций должен удовлетворять следующим требованиям:

шов должен иметь плавный переход к основному металлу, малейшие подрезы не допускаются, это существенно снижает его прочностные характеристики;
катет, количество проходов, протяженность, выпуклость или вогнутость шва должны соответствовать конструкторской документации.
на поверхности сварного шва не допускается наличие внешних (наплывы, прожоги, подрезы, непровар) и внутренних (трещины, поры) дефектов.

2. Сталь: её классификация и химический состав.

Наиболее распространенной сталью в металлоконструкциях является сталь СтЗ, обладающая достаточно высокими механическими свойствами, хорошей пластичностью и свариваемостью.

Ответственные металлоконструкции, работающие при температурах ниже —25 °С, а также металлоконструкции, подверженные действию переменных динамических и вибрационных нагрузок, целесообразно изготовлять из спокойной мартеновской стали группы.

Сталь – это железоуглеродистый сплав, содержащий углерод до 2 %. Сталь получают из чугуна, путем уменьшения в нем содержания углерода, а также вредных примесей - серы и фосфора.

Стали классифицируются по:

- по способу получения;

- по степени раскисления;

99% всей стали - материал конструкционный в широком смысле слова: включая стали для строительных сооружений, деталей машин, упругих элементов, инструмента и для особых условий работы - теплостойкие, нержавеющие, и т.п.

Главные привлекательные качества стали – высокая прочность при доступности сырья и относительно простом способе производства. Именно такая комбинация и ставит сплавы железа в позицию абсолютного лидера. На сегодня попросту не существует такой области народного хозяйства, где стали не занимали бы позицию конструкционного материала.

Железо и углерод – обязательные составляющие сплава. Из них железо обеспечивает пластичность и вязкость, благодаря чему сталь относят к деформируемым, ковким сплавам. А углерод – твердость и прочность, так как твердость всегда сочетается с хрупкостью. Добавка углерода невелика и даже в специализированных составах не превышает 3,4%.
Кроме того, из-за способа производства, сталь всегда содержит какую-то долю марганца – до 1 %, и кремния – до 0,4%. Эти примеси мало влияют на свойства состава, если не превышают заданную норму.
По тем же причинам в составе оказываются и вредные примеси – фосфор, сера, несвязанный азот и кислород. В процессе плавки и легирования от этих ингредиентов стараются избавиться, поскольку они уменьшают прочностные и пластичные свойства сплавов.
В сплав вводят искусственно другие добавки с целью изменить качества материала. Так, добавка хрома придает стали жаропрочность, а никеля – стойкость к коррозии и вязкость.
Чрезвычайно полезным качеством железных сплавов является то, что на изменение свойств влияют очень небольшие по весу добавки других веществ. Это позволяет значительно разнообразить качества материала. Кроме того, на свойства сплава очень сильно влияет метод изготовления собственно продукции – холодное деформирование, горячее, закалка и так далее.

Классификация стали по содержанию примесей

По качеству, то есть по способу производства и содержанию примесей, стали и сплавы делятся на четыре группы
Классификация сталей по качеству

Исследовательская работа "История развития сварочного производства"

Цель : активизация исследовательской работы, связанной с историей развития сварочного производства и роли сварочных технологий в развитии промышленно-экономического сектора государства. Изучение развития сварочных технологий в системе движения Worldskills .

Задача : провести исследовательскую работу заданной цели для активизации и развития в системе сварочных технологий.

Объект исследования : сварочные технологии

Предмет исследования: оборудование и материалы

Метод исследования: теоретический анализ литературных источников.

Глава I . История развития сварочного производства.

Сварка возникла на первом этапе развития человеческой цивилизации. Еще в каменном веке камнем подходящей формы древний человек мог отковать изделия из самородков благородных металлов – золота, серебра, меди. Таким же технологическим приемом, когда необходимо было увеличить размеры изделия, соединяли эти пластины между собой, т.е. применяли один из видов сварки – холодную сварку,- сварка металлов в холодном состоянии путем приложения деформирующих усилий. Этот первый вышедший из древнего периода способ сварки получил развитие в настоящее время для соединения медных, алюминиевых проводов, оболочек кабелей связи, морозильных камер холодильников и т.д. В древние времена этот способ был использован при сварке благородных металлов, которые практически не окисляются. Ударяя по сложенным вместе кускам металла, удавалось добиться прочного соединения. В Дублинском Национальном музее хранится золотая коробка, изготовленная в эпоху поздней бронзы, стенки и днище ее скованны плотным швом. Как считают эксперты, изготовлена она с помощью холодной сварки.

За несколько тысячелетий до н.э. некоторые племена (например, на территории Бесарабии, Украины) добывали из руды медь, свинец. Но техникой литья они еще не овладели, поэтому они подогревали и сковывали отдельные куски, получая более крупные куски и изделия из них.

Появление бронзы – сплава меди и олова – заставило древних умельцев приняться за разработку новых методов соединения отдельных элементов вместе (сварку). Бронза обладает высокой твердостью, прочностью, сопротивлению истиранию. Однако достаточно низкая пластичность не позволяла применять кузнечную сварку для соединения отдельных заготовок. Вдобавок возросли и габариты изделия, и трудно равномерно разогреть их. В III-II тыс. лет до н.э. умельцы трипольских племен применяли скручивание, фальцовку, склепывание, паяние.

Привести пример о находках на землях бывшей Римской Империи бронзовые сосуды цилиндрической формы h=310 мм d=0,5-0,7 мм были сварены по образующей литейной сваркой!

В начале железного века начали получать кричное железо. Куски железной руды (оксиды и др. соединения железа) нагревали вместе с углем и получали комки, в которых перемешаны частицы железа, шлака и остатков угля. А затем эти комки (крицы) многократно нагревали и проковывали в горячем состоянии. Частицы шлака и угля выдавливались, а отдельные частицы железа соединялись между собой – связывались, образуя плотный металл. Многократный нагрев и ковка – сварка делали металл чище и плотнее. Для раскисления добавляли природные сланцы.

При сыродутном или кричном способе получения железа, который господствовал на протяжении тысячелетий крицы, получили относительно небольших размеров и для получения изделий действительно больших размеров их (куски) необходимо было соединять между собой. Для увеличения длины изделий сварку вели внахлестку.

Большое значение для развития техники обработки черных металлов имела сварка железа с разным содержанием углерода с целью улучшения качества лезвия режущих и рубящих орудий. Это требовало большого мастерства кузнецов, т.к. температура сварки железа с различным содержанием углерода неодинакова. При изготовлении мечей, дротиков, ножей выполняли сварку полос железа и стали с выходом последней на режущую часть лезвия. Это давало хорошее сочетание мягкого и вязкого железа или низкоуглеродистой стали с твердой, но хрупкой сталью, содержащей большое количество углерода.

Часто при изготовлении ножей, серпов, топоров кузнецы – сварщики наваривали небольшую стальную пластину на режущую часть лезвия.

В скифский период в некоторых случаях делались попытки произвести сварку бронзы с бронзой путем прилива. Однако не всегда получалось прочное соединение. Литейщики раннего железного века при починке изделий (например, котлов) пробивали в стенках отверстие, таким образом, получалась соединяющая отливка, напоминающая форму заклепки.

При изготовлении ювелирных изделий из золота, серебра, бронзы в раннем железном периоде широко использовали пайку. Между частями, которые нужно соединить в единое целое изделие, закладывались кусочки сплава – припоя и собранное таким образом изделие нагревали до температуры, достаточной для расплавления припоя, но ниже основного металла. Припой растекается по зазору, смачивая кромки, диффундировал в металл и после остывания схватывал кромки.

Рано или поздно ювелиры должны были обнаружить, что для соединения металлов и сплавов методом заливки можно применять также сплавы, которые плавятся при значительно меньших температурах, чем материал соединяемых деталей изделий. Например, стоило только в золото добавить медь или серебро, как образовался сплав со значительно меньшей температурой (например, сплав 20% золота и 80% меди плавится при температуре 886°С (золото - 1064°С, медь - 1083°С), сплав 70% серебра и 30% меди - 780°С(Ag - 961°С)).

Это свойство сплавов и было использовано для пайки. Искусство пайки совершенствовалось, появлялись новые припои, начали применять флюсы, растворяющие и связывающие оксиды, мешающие припою диффундировать. В VIII-X в.в. появляются легкоплавкие припои – свинцовисто-оловянистые.

Полученные заготовки были короткие, поэтому для получения достаточно длинного ствола орудия несколько таких заготовок соединяли между собой также при помощи сварки. Для этого соответствующие Металлургия и металлообработка больших успехов достигли в Древней Руси в X-XIII в.в. в связи с высоким развитием древнерусского ремесла. Технический уровень на Руси был выше, чем в Западной Европе. С помощью кузнечной сварки изготавливалось более 70% металлических изделий. С успехом применяли сварку железа с высокоуглеродистой сталью (до 0,9%).

С помощью сварки изготавливали огнестрельное оружие. До появления в конце XV века пушек отлитых из бронзы, артиллерийские орудия выковывали из железа. Их изготавливали следующим образом:

1) Выковывали из крицы железный лист;

2) Скручивали его на железной оправке в трубу;

3) Сваривали продольным швом внахлестку;

4) Затем на нее наваривали одну или две трубы, так чтобы продольные швы располагались в разных местах.

Концы труб выковывались в виде внутреннего и наружного конуса, соединяли и сваривали их внахлестку. В казенную часть ствола вваривали коническую железную заглушку, а рядом прорубалось запальное отверстие.

Древнерусские мастера успешно применяли сварку бронзы и стали (например, топорики, найденные в районе Старой Ладоги – обух бронзовый, а лезвия стальные).

При изготовлении пушек применяли и литейную сварку – заливали расплавленной бронзой соединяемые детали.

В то же время сварка металлов – кузнечная, литейная, пайка развивались медленно. В 19 веке в промышленности была механизирована кузнечная сварка. Ручной труд молотобойца был механизирован (заменен работой машин), т.е. стали применяться механические молоты с весом бойка до 1 т., производящим от 100 до 400 ударов в минуту.

Значительно улучшилась конструкция печей для нагрева свариваемых деталей, заменивших примитивные кузнечные горны. Печи переводятся на твердое, жидкое и газообразное топливо. Совершенствуется и технология сварки. Способом кузнечной сварки готовили биметалл. Листы разнородных металлов собирали в пакет, нагревали в печах и пропускали через валки прокатного стана.

Значительное применение кузнечная сварка находила в производстве стальных труб с прямолинейным продольным нахлесточным швом, а также спирально – шовные трубы.

Применялась сварка и при ремонте клепаных конструкций (рамы паровозов, корпуса судов), когда доступ по крайней мере с одной стороны после их сборки был возможен. Кроме того, применялась она при производстве инструментов, орудий труда и т.д.

Однако во многих отраслях производства кузнечная и литейная сварка ввиду ограниченных возможностей пламени, уже не удовлетворяла возросшим требованиям техники. Крупногабаритные конструкции и сложные по форме изделия невозможно было равномерно нагреть пламенем и успеть проковать или полностью залить стык до его остывания.

Следует заметить, что кроме сварочных методов соединения древние умельцы применяли скручивание, фальцовку, склепывание, а в более поздние времена – резьбовые соединения.

Глава II . Роль сварочных технологий в развитии промышленно-экономического сектора государства.

В последнее время в экономической науке активно обсуждаются проблемы экономики государственного сектора. Исследование вопросов, связанных с государственным сектором, необходимо для понимания того, как достигать целей социально-экономической политики, как находить наиболее рациональное соотношение между государственным сектором и другими секторами экономики, как определять оптимальность объемов государственных доходов и расходов, как отграничивать виды деятельности, которыми занимается государство, от тех, которыми, оно не должно заниматься. В этом и состоит роль государственного сектора.

Государственный сектор возник с первых дней существования государства. Он призван служить, прежде всего, интересам развития экономики и общества. Управляя данным сектором, государство формирует образцы управления и рыночного поведения субъектов экономики.

На сегодняшний момент острой проблемой нашего государства является его роль в экономической системе. Эта проблема определяет необходимость изучения функционирования государственного сектора экономики, влияние государственного сектора на протекания рыночных процессов в России. Актуальность темы подчеркивают современные тенденции увеличения государственного вмешательства во все сферы жизнедеятельности, особенно в экономическую сферу. В некоторой мере это связано с мировым финансовым кризисом.

В настоящее время сварка используется для соединения отнюдь не только стальных конструкций. « Сегодня сварка применяется для не разъемного соединения широчайшей гаммы металлических, неметаллических и композиционных конструкционных материалов в условиях земной атмосферы. Мирового океана и космоса. Несмотря на непрерывно увеличивающееся применение сварных конструкциях и изделиях легких сплавов, полимерных материалов и композитов, основным конструкционным материалом остается сталь. Именно поэтому мировой рынок сварочной техники и услуг возрастает пропорционально росту мирового потребления стали. К началу ХХ I в. он оценивается примерно в 40 млрд долларов, из которых около 70% приходится на сварочные материалы и около 30% - на сварочное оборудование».

Говоря о сварочных технологиях, стоит упомянуть еще об одном направлении, о создании инструментов и методов, позволяющих контролировать качество сварки без ее разрушения при чем, как в заводских условиях, так и « в поле». В частности, речь идет о портативной аппаратуре ультразвукового контроля.

Значимое направление перспективного развития сварочных технологий напрямую пересекается с наукой о материалах. Необходимо создавать сложные композиционные материалы, а также высокопрочные стали. Все более широкое применение находят сейчас сплавы, содержащие в себе такие металлы, как литий, скандий, циркон. Ведутся работы по созданию хорошо свариваемых титановых сплавов. Наконец, продолжаются активные исследования по созданию специальных материалов на основе полимеров. Это, по оценкам ученых, должно повысить характеристики жесткости и прочности.

Если же говорить о более «приземленных» вещах, то одной из наиболее значимых тенденций в сварочном деле является происходящий, буквально, на глазах переход на компьютерное моделирование соответствующих процессов. Там, где прежде требовался целый аппаратный комплекс, сегодня достаточно одного устройства, оснащенного нужной «периферией».

Специалисты полагают (хотя следует учитывать, что это лишь прогноз): в обозримой перспективе основными способами соединения останутся контактная и дуговая сварка. Одновременно ожидается заметный рост применения лазерных технологий. Хотя они по-прежнему будут оставаться «в меньшинстве», но их доля возрастет до 6%, а возможно и до 8%.

А вот прогноз для газовых резки и сварки, скорее, негативный. По оценкам экспертов, доля соответствующего оборудования будет снижаться. Однако не катастрофически: она останется значительной. Так что создание нового оборудования для сварки и резки останется одной из главных задач конструкторов отрасли.

Автоматизация позволяет использовать принципиально новые методы электрической сварки. Они строятся на быстром изменении тока, сочетании его высоких и низких импульсов и т.д. Все это позволяет сваривать сложные материалы, уменьшать время необходимой работы, повышать качество работы. Кроме того, снижаются требования к квалификации сварщика: нормальный рядовой профессионал с такой аппаратурой способен делать то, для чего прежде требовался поистине уникальный специалист.

Так, одним из интересных направлений работы, является создание портативных аппаратов: легких и компактных. Сегодня производители уже предлагают полностью готовые к использованию комплекты (включая систему автоматической подачи проволоки) весом менее 10 килограммов, их достаточно лишь подсоединить к газовому баллону.

К тому же такой аппарат оснащается цифровой системой управления. При помощи дисплея и кнопок настройки не только профессионал, но даже «любитель» (т.е. человек, занимающийся соответствующими работами лишь время от времени) выставляет исходные показатели: например, вид газа и диаметр проволоки. Далее аппарат настраивается сам. Это делает его исключительно простым в управлении, а значит удобным для широчайшего круга потребителей.

Еще одно направление – совершенствование газовых горелок. Казалось бы, что может быть более примитивным? Однако горелки современных конструкций способны, например, в течение длительной работы, при высочайших температурах, давать ровное пламя: без факелов и хлопков. Это исключительно важно при высококачественной сварке. Применение подобных горелок позволяет не прерывать работу, а значит, ощутимо повышает производительность труда сварщика.

Совершенствуются, кстати, и газовые горелки, используемые на больших производствах для обработки крупногабаритных деталей. Такие многосопловыеагрегаты применяются, например, чтобы гнуть и сваривать трубы большого диаметра. При этом линейные горелки могут создавать ширину пламени вплоть до нескольких метров.

Наконец, направлением, о котором стоит упомянуть, является появление переносных аппаратов для резки металла, подразумевающих применение не газообразного, а жидкого топлива. Аппарат имеет небольшой бак (на 1,5 литра горючего), а также подсоединяется к обычной электрической сети.

В стволе подобного аппарата находится нагревательный элемент. Благодаря этому к соплу горелки подходит уже не жидкость, а газ. Затем он ионизируется и используется для резки металла в виде плазменного факела.

Данный подход имеет несколько немаловажных достоинств. Во-первых, жидкость, превращающаяся в газ, сама создает нужное высокое давление. Следовательно, нет необходимости формировать его специальными средствами. А во-вторых, жидкое горючее способно создавать гораздо больше тепла. А значит, подобный аппарат имеет гораздо более высокую автономность.

Таким образом, даже беглый обзор показывает: рынок сварки продолжает развиваться.

Глава III . . Сварочные технологии в системе движения worldskills.

Международная некоммерческая ассоциация, целью которой является повышение статуса и стандартов профессиональной подготовки и квалификации по всему миру, популяризация рабочих профессий через проведение международных соревнований по всему миру. Основана в 1953 году. На сегодняшний день в деятельности организации принимают участие 76 стран. При дальнейшем проведении международных некоммерческих ассоциаций, можно продолжать получать новые навыки в развитии сварочных технологий, так же обмениваться опытом и применять разные подходы в сварочных работах. Приобретенные способы, навыки, виды сварочных работ - помогут улучшить качество сварочных технологий на производстве.

Исследовательская работа по профессии 15.01.05 Сварщик (электросварочные и газосварочные работы) ПМ.02

научный руководитель – С.Э.Хисамутдинова, мастер производственного обучения, преподаватель спецдисциплин.

«Сварке принадлежит великое

будущее» Е.О. Патон

За последние 20 лет в промышленно развитых странах доля металла, наплавляемого ручной дуговой сваркой, снизилась почти в 3 раза. Есть основания полагать, что в недалеком будущем доля ручной дуговой сварки (по наплавленному металлу) в промышленных странах стабилизируется на уровне 15—25 %.

Ручная дуговая сварка покрытыми электродами в настоящее время остается основным способом сварки. К тому же выполнение сварочно-монтажных работ в северных районах России возможно преимущественно зимой при низких температурах воздуха (до –50 °С), что является одним из препятствий для применения механизированных способов сварки. Преимущественное применение этого способа сварки в строительстве (не менее 85—90 % общего объема сварочных работ) сохранится и в ближайшие годы.

Несмотря на достоинства, этот способ сварки имеет недостатки, которые снижают эффективность его применения.

К ним относятся низкая производительность сварки по сравнению с механизированными способами сварки, зависимость качества сварного соединения от квалификации сварщика, разная скорость плавления электрода в начале и конце процесса (так как ток, протекая по электроду, разогревает его, меняет сопротивление); большие потери металла на угар и разбрызгивание, огарки, в сумме составляющие до 30 % массы стержня.

В связи с этим целью нашей работы является исследование способов снижения разбрызгивания при выполнении различных видов сварки.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

Задачи работы:

1. Научиться выбирать наиболее совершенные технологии сварки.

2. Изучить способы снижения разбрызгивания электродного металла при ручной дуговой сварке покрытыми электродами.

3. И сследовать влияние сварочного тока, динамических характеристик источника питания на количество разбрызгиваемого электродного металла при использовании покрытых электродов различных марок.

4. Изучить технические характеристики рассматриваемых сварочных аппаратов на основе справочных данных; определить наиболее эффективный тип сварочных аппаратов;

5. Изучить способы снижения разбрызгивания при механизированной сварке в защитных газах (MIG/MAG ) .

Актуальность темы : Современный период промышленного развития сварки знаменуется возрастающей ее ролью. Выбор рациональных способов сварки осуществляющихся с минимальными потерями электродного металла залог качественной сварки - ее основа.

Объект исследования : Влияние различных способов сварки на минимализацию потерь электродного металла.

Предмет исследования : способы снижения разбрызгивания электродного металла при различных видах сварки.

Методы исследования : сравнительный анализ способов снижения разбрызгивания электродного металла при сварке.

Тема нашей работы – «Исследование способов снижения разбрызгивания металла при выполнении различных способов сварки».

Мы проходим учебную практику в учебно-производственных мастерских ГБОУ СПО Альметьевский профессиональный колледж. Сварочно-монтажная мастерская оснащена оборудованием для ручной дуговой сварки и полуавтоматами в углекислом газе, в связи с чем исследуемая тема является актуальной.

2.Разбрызгивание при ручной дуговой сварке покрытыми электродами и способы его снижения.

К основным причинам выбрасывания капель металла из зоны сварки относятся:

- нестабильный характер переноса металла, когда сила тока, отрывающая каплю от электрода, направлена в сторону от ванны и капля выбрасывается за ее пределы; нестабильность переноса может быть вызвана условиями развития дугового разряда и металлургическими факторами, в частности интенсивным протеканием химических реакций;

- местное взрывообразное выделение газов в объеме металла, вызываемое металлургическими реакциями и приводящие к выбросу частиц металла из капель или, что бывает реже, из ванны;

- разрушение мостика жидкого металла, образующегося при переносе металла с короткими замыканиями в результате резкого увеличения плотности тока при сужении перемычки, разбрызгивание в значительной степени зависит от динамических характеристик источника тока;

- недостаточная стабильность источника тока.

Интенсивность разбрызгивания металла зависит от многих факторов:

- вида покрытия электродов (составляющих компонентов электродного покрытия) и состояния поверхности кромок основного металла;

- характеристики источника питания (в работах установлена зависимость между динамическими характеристиками источника питания и потерями на разбрызгивание электродного металла);

- величины и соотношения параметров режима сварки и др.

Разбрызгивание электродного металла сопровождается его набрызгиванием на поверхность свариваемых деталей при сварке покрытыми электродами, которое может достигать существенных значений. Установлено, что трудоемкость по очистке поверхности свариваемых изделий от брызг расплавленного металла составляет от 20–40 % основного времени сварки.

Точные данные о величине разбрызгивания при ручной дуговой сварке покрытыми электродами отсутствуют.

Ручная дуговая сварка металлическим электродом с покрытием

Можно разделить существующие марки электродных покрытий на три группы: с большим, умеренным и малым разбрызгиванием.

В данной работе приведены исследования по определению потерь электродного металла на угар и разбрызгивание при ручной дуговой сварке покрытыми электродами.

Потери на угар и разбрызгивание определяли по формуле:

Где Q р – количество расплавленного электродного металла, г; Q н – количество наплавленного электродного металла, г.

Количественным показателем разбрызгивания металла служит коэффициент разбрызгивания, представляющий отношение массы брызг к массе расплавленного металла электрода.

Где Q б – масса брызг, г.

В своей работе мы исследовали влияние марки (состава) электрода, сварочного тока на размеры и количество разбрызгиваемого электродного металла. В качестве источника питания применяли выпрямитель ВДУ-306 У3. Сварку производили в коробе для облегчения сбора брызг.

Все образовавшиеся брызги разделяли на три фракции:

диаметром 1,6 мм и более; 1-1,6 мм и менее 1 мм.

Анализ экспериментальных данных позволил описать полученную зависимость (в диапазоне сварочного тока 80–120 А) математическим уравнением y = ax₂ + bx + c,
где a , b , c – эмпирические коэффициенты.

Эмпирические коэффициенты для каждой марки покрытых электродов приведены в таблице.

Коэффициенты для кривой 1
(см. рис. 1)

Коэффициенты для кривой 2
(см. рис. 1)

a =0,0007; b=0,1148; с=8,6

a =0,0005; b=-0,063; с=2,44

Результаты проведенных исследований приведены на

Рис.1. Зависимость разбрызгивания и угара электродного металла от сварочного тока при ручной дуговой сварке покрытыми электродами диаметром 3 мм :

УОНИИ-13/45 (основное покрытие)

1,2 – разбрызгивание каплями размером 1,6 мм и больше 1,6мм;

3- общие потери на разбрызгивание;

4- потери на угар и разбрызгивание;

5- разбрызгивание каплями размером меньше 1мм.

Разбрызгивание электродного металла сопровождается набрызгиванием его на поверхность свариваемых деталей при ручной дуговой сварке и может достигать существенных значений.

Согласно результатам проведенных исследований по определению трудоемкости очистки поверхности свариваемых изделий от брызг расплавленного металла, нами установлено, что при сварке электродами диаметром 3мм время на зачистку (с помощью зубила и молотка) составляет 35% от времени сварки, а электродами диаметром 4мм – 42%.

Снизить набрызгивание капель расплавленного металла на поверхность свариваемых деталей можно тремя способами:

разработкой систем управления переносом металла либо новых сварочных материалов, технологий и способов сварки;

применением покрытий для защиты поверхности свариваемого металла от брызг расплавленного металла;

применением защитных покрытий с активирующими добавками.

3. Изучение технических характеристик рассматриваемых сварочных аппаратов на основе справочных данных; влияние сварочного тока на количество разбрызгиваемого электродного металла при использовании покрытых электродов различных марок .

В данной работе исследовали влияние сварочного тока, динамических характеристик источника питания на количество разбрызгиваемого электродного металла при использовании покрытых электродов различных марок. В качестве источника питания применяли выпрямитель ВДУ-306 УЗ и «Форсаж 315».

По результатам экспериментальных исследований величины набрызгивания ( массы трудноудалимых капель с поверхности свариваемых деталей) при ручной дуговой сварке покрытыми электродами с применением защитного покрытия и без него построили следующие гистограммы.

Рис.2. Гистограммы величины набрызгивания при ручной дуговой сварке покрытыми электродами диаметром 3 мм.

Эксперимент проводили в сварочно-монтажной мастерской ГБОУ СПО «Альметьевский профессиональный колледж». Производилась сварка двух пластин покрытыми электродами с нанесением защитного покрытия ( каустическая сода, концентрат сульфидно-спиртовой барды, вода) и без него: с поверхности свариваемых изделий собрали с помощью щетки легко удаляемые капли и механическим путем – трудно удаляемые капли. Путем взвешивания определили массу собранных и срезанных капель.

На рисунке 2 показана зависимость величины набрызгивания от сварочного тока при ручной дуговой сварке электродами УОНИИ -13/45, ЛВ – 52, МР-3 и МР-3 («ЭСАБ»). Синие столбцы – без покрытия, красные – с покрытием.

Капля расплавленного металла при дуговой сварке может быть покрыта как защитным слоем расплавленного шлака, так и оксидами расплавленного железа – FeO , Fe 2 O 3, Fe 3 O 4.

Наличие на поверхности свариваемого металла оксидной пленки и загрязнений уменьшает прочность сцепления капли с поверхностью свариваемого изделия. Наличие промежуточного слоя между каплей и поверхностью свариваемого металла влияет на их прочность сцепления. В качестве промежуточного слоя при ручной дуговой сварке возможно применение защитных покрытий.

А теперь сравним капли расплавленного металла при ручной дуговой сварке и сварке в углекислом газе.

4. Изучение способов снижения разбрызгивания при механизированной сварке в защитных газах (MIG/MAG ) .

Механизированная сварка в защитных газах (MIG/MAG ) занимает одно из ведущих мест во всех отраслях промышленности как у нас в стране, так и за рубежом. По объему применения механизированных и автоматических способов сварки, механизированная сварка в защитных газах составляет около 90 %.

Наибольшее применение сварка в углекислом газе нашла в судостроении, в машиностроении, при сварке трубопроводов, в том числе магистральных, при выполнении монтажных работ, изготовлении котлов и аппаратуры из теплоустойчивых и легированных сталей, заварке дефектов стального литья, наплавке и др.

Основными достоинствами способа сварки в углекислом газе являются:

– облегчение труда сварщика;

– хорошее использование тепла сварочной дуги, вследствие чего обеспечивается высокая производительность сварки;

– высокое качество сварных швов;

– возможность сварки в различных пространственных положениях с применением аппаратуры для полуавтоматической и автоматической сварки;

– низкая стоимость защитного газа.

Базовым предприятием при прохождении производственной практики обучающимися ГБОУ СПО Альметьевский профессиональный колледжа является предприятие ОАО завод «Радиоприбор».

Механизированной дуговой сваркой называют способ соединения деталей посредством сварного шва, образующегося из расплавленного основного и электродного металла, при котором подача электродной проволоки осуществляется автоматически, а перемещение сварочной дуги производят вручную.

Расплавление проволоки и кромок деталей в процессе сварки происходит за счет тепла, выделяемого электрической дугой, горящей между концом электрода и деталью. Для защиты жидкого металла сварочной ванны и дугового промежутка в зону сварки подается углекислый газ (рис. 1). Вытекая через сопло, он оттесняет воздух, предотвращая попадание кислорода, азота и влаги из атмосферы в зону сварки и в шов.

Рис. 1. Схема механизированной сварки в защитных газах MAG

К недостаткам, которые снижают эффективность применения сварки в углекислом газе, в первую очередь, относится повышенное разбрызгивание электродного металла, особенно при сварке проволокой диаметром 1,6–2,0 мм. Разбрызгивание сопровождается выбрасыванием из зоны дуги большого количества брызг (капель) жидкого металла различного размера. Забрызгивание деталей сварочной горелки (сопло, токоподводящий мундштук) и набрызгивание поверхности свариваемых изделий требуют введения в технологический процесс нежелательной операции – очистки поверхностей от брызг, что приводит к дополнительным трудозатратам на зачистку изделий в объеме 20,40 % и сварочных горелок 10 – 15% от общей трудоемкости сварочных операций. Как правило, на свариваемые детали попадают и привариваются крупные и мелкие брызги, а на сопло

и мундштук горелки – только мелкие.

Интенсивность разбрызгивания зависит от:

1) степени окисления углерода;

2) характера переноса электродного материала;

3) качества подготовки проволоки и заготовок;

4) параметров режима сварки.

При использовании углекислого газа в качестве защитного необходимо учитывать металлургические особенности процесса сварки, связанные с окислительным действием углекислоты (СО2).

При высоких температурах сварочной дуги CO2 диссоциирует на СО и атомарный кислород О, который окисляет свариваемый металл и легирующие элементы. Окислительное действие кислорода нейтрализуется введением в проволоку дополнительного количества раскислителей марганца и кремния. Эти элементы, обладая большим сродством к кислороду, чем железо, взаимодействуют с закисью железа в сварочной ванне по реакциям

2FeO + Si = SiO2 + 2F

FeO + Mn = MnO + Fe.

Образующиеся окислы SiO2 и MnO всплывают на поверхность сварочной ванны и переходят в шлак.

На степень окисления углерода, кремния и марганца при сварке в углекислом газе влияют: напряжение, величина и полярность сварочного тока, а также диаметр электродной проволоки. С повышением напряжения окисление увеличивается, а при возрастании сварочного тока и уменьшении диаметра проволоки (повышении плотности тока) – уменьшается.

Сварка на постоянном токе обратной полярности дает меньшее окисление, чем на токе прямой полярности. При сварке проволокой диаметром 0,5–1,2 мм происходит значительно меньшее окисление элементов, чем при сварке проволокой диаметром 1,6–2 мм. Поэтому более тонкая проволока, имеющая низкое содержание кремния и марганца, обеспечивает получение плотных беспористых швов. Плотность тока при сварке в углекислом газе должна быть не ниже 80 а/мм2. При этом потери металла на разбрызгивание не превышают 10–15 %.

При сварке в СО2 имеют место перенос мелкокапельный с коротким замыканием и небольшим разбрызгиванием, крупнокапельный с коротким замыканием и без короткого замыкания с большим разбрызгиванием.

На больших токах, когда дуга погружается в основной металл, перенос становится мелкокапельным, разбрызгивание уменьшается, но валик имеет чрезмерную выпуклость. Однако увеличение сварочного тока не всегда возможно, в частности, при сварке тонкого металла или при вертикальных и потолочных швах.

Наложение мощных импульсов тока на рабочий ток приводит к отрыву капли с торца электрода еще до момента короткого замыкания ее на сварочную ванну: процесс переноса становится мелкокапельным. Мелкокапельный перенос удается обеспечить добавками в углекислый газ кислорода, снижающего поверхностное натяжение жидкой стали и уменьшающего силы, удерживающие каплю на торце электрода.

Особенно резко разбрызгивание увеличивается при использовании ржавой проволоки, при сварке деталей, покрытых краской, маслом, что приводит к частым взрывам крупных капель, и выбросам крупных брызг и капель из ванны.

Рассмотрим способы уменьшения разбрызгивания при механизированной сварке в углекислом газе:

1. Применение сварочной проволоки с повышенным содержанием кремния и марганца (Св-10ГС, Св-08Г2С) для сварки в углекислом газе углеродистых и низколегированных сталей

2. Применение защитных газовых смесей позволяет получать более качественные швы в сравнении со сваркой в СО2, при этом резко снижается набрызгивание электродного металла (табл. 1).

Читайте также: