Современные технологии сварки реферат

Обновлено: 05.07.2024

В статье выделены показатели процесса сварки, на улучшение которых ориентированы новые сварочные технологии; рассмотрены новые технологии и способы сварки, применяемые в промышленности, выделены их преимущества и недостатки. Определены показатели, способствующие развитию сварочных технологий. Установлено, что новые технологии сварки способствуют повышению производительности процесса, сокращению затрат на производство изделий, повышению качества сварных соединений. Определены основные направления использования новых технологий, рассмотрены их особенности: K-TIG сварка для соединения металлов с низкой теплопроводностью; гибридная лазерная сварка для решения проблемы повышения прочности сварного шва при соединении тугоплавких сталей; двухдуговая сварка при изготовлении крупногабаритных конструкций из легированных сталей, магнитоуправляемый электрошлаковый метод для сварки крупногабаритных изделий из титана и его сплавов. Применение компьютерных технологий в сварочном производстве является наиболее современным направлением, которое обеспечивает разработку эффективных процессов сварки; способствует оптимальному использованию приспособлений; обеспечивает минимизацию образования деформаций в процессе сварки; позволяет получить информацию о зонах термического влияния, с целью оценки качества свойств сварных швов, что способствует получению сварных соединений высокого качества.

8. Донков Э.Д., Березовский Б.М. Способ сварки магнитоуправляемой дугой и устройство для его осуществления // Патент SU № SU 1 811 457 A3. Патентообладатель: Южно-Уральский государственный университет. 2011. Бюл. № 15.

11. Девятов С. Моделирование сварочных процессов с помощью программного обеспечения фирмы ESI Group // Машиностроение. 2011. № 21. С. 48–52.

Новые технологии в сварке ориентированы на улучшение показателей процесса и повышение качества сварного соединения, а именно: уменьшение деформации металла; увеличение производительности процесса сварки; экономию расходных материалов; облегчение и упрощение управлением процессом сварки, внедрение цифровизации, роботизации процессов сварки; расширение возможностей соединения тонколистового металла различных марок; внедрение разработанных диагностических методик, применяемых для контроля качества сварных соединений; использование нового оборудования [1].

Развитие проектов в нефтегазовой отрасли, в судостроении в районах с суровыми климатическими условиями (Арктический регион, Восточная Сибирь) выдвигает определенные требования к материалам, технологиям, оборудованию, которые должны сохранять конструкционную надежность, обладать коррозионностойкостью и быть способными выдерживать циклические нагрузки. При изготовлении сварных конструкций в конечной себестоимости стоимость сварочных материалов составляет не более 1–2 %, при этом надежность и конечное качество металлоконструкций на 70–75 % определяется именно качеством сварных соединений [2]. Поэтому особое внимание уделяется вопросу повышения качества сварных соединений в условиях низких температур, что обусловлено рядом особенностей: снижением прочности сварных соединений, замедлением диффузионных процессов, изменением условий горения сварочной дуги. Формирование закалочных структур, а соответственно, повышение хрупкости металла в зоне их образования обусловлено увеличением скорости остывания металла сварочной ванны.

Материалы и методы исследования

Сравнительный анализ наиболее частого использования различных технологий сварки при производстве металлоконструкций показал, что технология ручной дуговой сварки (РДС) покрытыми электродами наиболее часто применяется в России и Китае, в то время как в США, Японии, Европе наибольшее распространение получили механизированные способы сварки порошковыми или сплошными проволоками [2], обеспечивающими высокое качество сварных соединений, высокую скорость сварки, хорошие механические свойства металла шва [3].

Применение новых материалов для изготовления конструкций, использование новых сварочных материалов, повышенные требования к качеству сварного шва, определяемые условиями проведения сварочных работ, обуславливают необходимость рассмотрения новейших сварочных технологий и инноваций в сварочном производстве [4].

Методы: теоретические (изучение, анализ и синтез литературы по рассматриваемой проблеме; анализ предмета исследования; сравнительный анализ данных, обобщение результатов исследования); эмпирические (изучение нормативных документов, анализ документации, анализ результатов механических испытаний; сравнение данных; экспериментальные (механические испытания сварных соединений).

Результаты исследования и их обсуждение

Посредством K-TIG возможно выполнять сварку металлов с низкой теплопроводностью (никелевые и титановые сплавы, нержавеющие стали, коррозионностойкие материалы, другие материалы). Скорость процесса сварки до 100 раз выше в сравнении с обычной сваркой неплавящимся электродом в инертном газе, при этом качество сварных соединений соответствует стандарту качества. Например, при сварке аустенитной нержавеющей стали толщиной 12 мм средняя скорость сварки составляет 250 мм/мин. Применение технологии K-TIG способствует уменьшению на 95 % потребления энергии и газа; на 90 % снижается потребление проволоки; уменьшается расход сварочного газа. Процесс сварки способствует обеспечению безопасной среды с низким уровнем задымления. При выполнении сварки не требуется обработка сварных кромок. Процесс сварки производится в широком диапазоне сварочных токов [5].

Одной из современных разработок является технология гибридной лазерной сварки, позволяющая решить проблему, когда прочность сварного шва не уступает прочности цельного металла. В тонкостенных конструкциях колебания, возникающие под действием нагрузок, отрицательно воздействуют на сварной шов. Применение гибридной сварки, при которой на шов одновременно воздействуют луч лазера и электрическая дуга, дает возможность для решения проблемы прочности сварного шва, которая соизмерима с прочностью цельного металла.

Данный способ применяют для соединения стали тугоплавких сортов, тонколистовой стали. Для этого совмещают гибридный лазер с диоксидом углерода, что обеспечивает при мощности лазерного излучения в пределах 1,5–4,0 кВт получение качественного сварного соединения. Процесс сварки начинается с подачи лазерного луча, под действием которого нагревается до температуры испарения поверхность свариваемого металла и формируется узкий, глубокий провар. Следующая за лазерным лучом дуга способствует образованию широкого кратера горения. Металл электрода смешивается с расплавленным основным металлом в сварочной ванне, на поверхность всплывает расплавленный шлак, что способствует образованию защитной плёнки. Преимущества гибридной лазерной сварки: способ является высокопроизводительным, скорость сварки составляет от 40 до 450 м/час; высокое качество сварных соединений; повышение прочности сварного шва; стабильность процесса сварки; минимальные деформации заготовок в процессе сварки [6].

Способ двухдуговой сварки разработан специально для изготовления крупногабаритных конструкций из легированных сталей. Особенностью технологии является одновременное применение двух разных типов проволоки. В состав проволоки входят легирующие (сверхпрочные) компоненты. В процессе сварки устойчивое горение дуги поддерживается за счет применения керамического флюса, кроме того, флюс защищает зону сварки от вредного воздействия окружающей среды, способствуя формированию идеальной сварной поверхности [7]. Каждый электрод присоединяют к источникам тока. Электроды расположены на малом расстоянии друг от друга перпендикулярно или наклонно к свариваемой поверхности. По одному из них протекает постоянный ток, а по другому – переменный ток. В образующемся газовом пузыре горят одновременно образовавшиеся две дуги. Применяют две сварочные головки: головную, расположенную перпендикулярно, в результате и проволока подается перпендикулярно, и заднюю, которая наклоняется, в результате чего проволока подается в хвостовую часть сварочной ванны под наклоном. Это способствует увеличению толщины шва, повышению качества сварного соединения, увеличению скорости сварки. Большим недостатком, тормозящим широкое применение данного способа, является ограниченность оборудования, недостаточные возможности предлагаемых источников тока, систем управления.

Метод магнитоуправляемой электрошлаковой сварки (МЭС) разработан для сварки крупногабаритных изделий из титана и его сплавов – альфа, альфа+бета. Процесс сварки ведется в шлаковых и металлических ваннах, сила тока достигает 12000 А при напряжении до 36 В. Процесс сварки производится в защитных газах неплавящимся электродом. Переменный ток, проходя по обмоткам электромагнита, которые сдвинуты на 90 ° относительно друг друга по фазе, создает управляющее вращающееся магнитное поле, которое воздействует на сварочную дугу. Перпендикулярно оси электрода вращается вектор магнитной индукции, в результате магнитное поле, перемещающее дугу по круговой траектории, образуется при равенстве токов, питающих обмотки, по эллиптической траектории – если токи имеют различные значения. В случае, когда на одной из обмоток ток равен нулю, возникают соответственно продольные либо поперечные колебания дуги. Для сварки используется устройство с магнитопроводом с четырьмя диаметрально противоположно расположенными полюсами (четвертый дополнительный), что обеспечивает расширение технологических возможностей за счет увеличения пределов регулирования параметров магнитного поля [8].

Метод МЭС позволяет обеспечить очистку метала шва от примесей и газовых пор, что гарантирует высокое качество сварных соединений при толщине металла 30–600 мм, сварные швы выдерживают большие напряжения, что позволяет использовать изделия, сваренные методом МЭС, в условиях действия высоких динамических и статических нагрузок [9].

Сварка холодным переносом предусматривает движение проволоки в возвратно-поступательном режиме с высокой скоростью. Сварка производится короткозамкнутой дугой с систематическими прерываниями. В процессе сварки электрод постоянно совершает движения, первоначально подается вперед на короткое время, возникает короткое замыкание. Контролируемое короткое замыкание прекращается за счет быстрого отодвигания проволоки из зоны сварки, после чего оно быстро повторно возвращается. В секунду электродом может совершаться до 70 движений в возвратно-поступательном режиме. Подобные перемещения электрода способствуют оптимизации условий, при которых происходит отделение капли расплавленного электродного металла, что в свою очередь исключает разбрызгивание, шов получается равномерный по плотности.

Наиболее современным направлением в развитии сварочных технологий являются технологии компьютерного моделирования процессов. Компьютерное моделирование обеспечивает разработку эффективных процессов сварки; способствует оптимальному использованию приспособлений; обеспечивает минимизацию образования деформаций в процессе сварки; позволяет получить информацию о зонах термического влияния с целью оценки качества свойств сварных швов. Моделирование процесса сварки производится на основе теплового расчета посредством калибровки виртуальных источников тепла вдоль сварного шва. Компьютерное моделирование сварочных процессов позволяет реализовать технологии, способы сварки, недоступные для выполнения сварщиком. При этом сварщик выступает в качестве оператора процесса, он задает параметры сварки, а программа выбирает оптимальные значения и осуществляет контроль качества сварного соединения [11].

Компьютерное управление процессом сварки позволяет регулировать его параметры. Для этого используются универсальные аппараты, оснащенные программным управлением и периферийными устройствами. Одним из подобных аппаратов является портативный сварочный аппарат (созданный компанией Lincoln Electric). Устройство позволяет осуществлять восемь методов компьютерного управления, предусматривает восемьдесят вариантов применения этих методов для осуществления процесса сварки: управление электрической дугой, подбор оптимальных параметров режима сварки, а также управление роботизированными устройствами для выполнения сварочных работ [12]. Процесс идет с применением пульсирующей дуги. Производится сварка сталей, цветных металлов (алюминий, никель и др.). Рассмотрим некоторые из методов.

В процессе горения пульсирующей дуги MIG/MAG-Puls выделяются три этапа: возрастание силы тока до максимального значения; кратковременная выдержка при этом значении, в результате металл прогревается на значительную глубину, в результате чего на электроде происходит формирование капли расплавленного металла. В дальнейшем происходит снижение до стандартного значения величины силы тока, при этом значении происходит процесс сварки, то есть поддерживается устойчивое горение электрической дуги. Конус дуги сужается за счет увеличения частоты сварочного тока (при уменьшении частоты происходит расширение конуса). С целью заострения конца электрода осуществляется последний импульс, что способствует упрощению запуска дуги для очередного шва.

В методе Puls-on-puls предусмотрено применение комбинации импульсов разных энергий. Импульс высокой энергии способствует очистке и плавке материала. Импульс низкой энергии предназначен для охлаждения расплавленного материала, что способствует формированию волнистого шва, характеризующегося значительной плотностью.

RapidArc. Метод основан на применении четырех этапов регулировки импульса: увеличение до максимальных значений силы тока и напряжения, в результате формируются капли расплавленного металла; резкое уменьшение тока, при этом напряжение уменьшается частично, что способствует созданию плазменного эффекта; резкое уменьшение напряжения, при неизменно низкой силе тока, это приводит к разрыву сварочной дуги, при этом капли стекают в сварочную ванну; после чего происходит пауза и подача нового импульса с высоким током и напряжением. Пауза, затем подача нового импульса с высоким напряжением и током. Данный метод позволяет осуществлять охлаждение расплавленного металла за счет отделения электрода от расплавленного металла сварочной ванны. Периодический обрыв дуги при снижении напряжения и уменьшении передачи тепла способствуют минимальному обгоранию металла, минимальному разбрызгиванию, при этом скорость сварки увеличивается на 30 % (при сварке углеродистой стали в обычном режиме средняя скорость до 45 см/мин, а метод RapidArc позволяет производить сварку со скоростью 60–65 см/мин) [12].

Процесс программирования сварки является наиболее перспективным. Разработки ведутся на основе применения электронно-лучевого принципа, используемого для соединения высокопрочных сплавов цветных металлов. Осуществляется процесс программирования вложений теплоты в контур разверстки пучка. Это обеспечивает возможность осуществления контроля и управления процессом проплавления металла, избегать вероятности образования дефектов [8]. В процессе сварки формируется шов с гарантированными свойствами.

Компьютерные технологии, применяемые в сварочном производстве, позволяют: производить расчет и оптимизацию режимов сварки посредством специализированных математических пакетов; выполнять чертежи деталей, конструкций, подлежащих сварке, производить оформление документации; моделировать различные процессы с целью управления распространением тепловых полей и деформаций, а также задавать параметры процесса сварки и работы сварочного оборудования; моделировать системы автоматизации сварки, системы программного управления процессом, создавать универсальные аппараты источники питания сварочной дуги.

Заключение

Таким образом, в современном мире развития техники и технологий необходимость соединения новых материалов с уникальными свойствами требует разработки новых технологий и методов сварки, которые ориентированы на повышение качества сварных соединений в условиях увеличения производительности процесса сварки. Применение компьютерных технологий позволяет добиться оптимального качества сварных соединений при минимальных затратах труда, ресурсов и является востребованным процессом в современных условиях.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Руководитель: Д.С.Неделькин, мастер производственного обучения

Развитие сварочных технологий в современном мире

Сварочные технологии занимают одно из ведущих мест в современном производстве. Развитие сварочных технологий представляет все новые требования к способам производства и в частности, сварочных технологий. В последние годы патентные ведомства промышленно – развитых стран мира ежемесячно регистрируют более 200 изобретений в области сварочных технологий – таковы темпы развития сварочного производства. И сегодня каждому интересно узнать о будущем своей профессии. Историки говорят: лучший ключ к тайнам будущего – в знании прошлого. Поэтому представления о перспективах сварки должны опираться на её историю. Из истории развития сварки известно, что основоположниками дуговой сварки являются российские учёные и инженеры – В.В. Петров (1761-1834гг), Н.Н. Бенардос (1842-1905гг), Н.Г. Славянов (1854-1897гг), Е.О. Патон (1870- 1953).

Сварка принадлежит к числу великих русских изобретений. Она преобразила многие технологические процессы производства машин и механизмов, строительства судов и сооружений, оказывает большую помощь в освоении космоса.

В настоящее время сварка является крупным самостоятельным видом производства и применяется для создания и возведения принципиально новых конструкций и сооружений, для ремонта машин и аппаратов, получение изделий со специальными свойствами. Сварные конструкции работают при сверх высоких и сверхнизких температурах, при давлениях, значительно превосходящих атмосферное, и в условиях космического вакуума. Современные достижения в области сварки позволяют соединять не только металлы, но и пластмассы, стекло, керамику и другие материалы. При этом свариваемые элементы могут иметь размеры от нескольких микрон в производстве изделий электронной техники до десятков метров в машиностроении и строительстве. Сварку используют и для создания скульптур в монументальном искусстве. В зависимости от потребностей современные технологии позволяют выполнять сварку различных материалов и реализуются практически при любых условиях, в частности в водной среде или в вакууме.

К сварочным технологиям относят так же резку металлов, наплавку одного металла на другой, напыление и металлизацию. Пайку, которая по своей природе отличается от сварки, также традиционно относят к сварочным технологиям. Практически любое современное производство сложно представить без использования технологий сварки.

За последние 10 лет лазерная и электронно-лучевая сварка получили сильное развитие и используются во многих областях машиностроения в условиях полной механизации или автоматизации.

Электронно-лучевая сварка как наиболее освоенный из этих двух процессов находит всё более широкое применение благодаря, прежде всего, усовершенствованию технологии приборостроения. К её преимуществам относятся очень высокая плотность энергии и соответственно низкое тепло вложение даже в случаях швов самой большой толщины – до 250 мм и более. Большие вакуумные камеры (до 630м3) позволяют выполнять сварку изделий значительных габаритов. Благодаря расщеплению луча можно выполнять несколько швов на одном узле одновременно. В промышленности находят все более широкое применение вневакуумные электронно-лучевые методы. Существенное преимущество лазерной сварки в том, что ее можно использовать вне вакуума, но только в диапазоне толщин материалов до 20 мм. Этот процесс целесообразно использовать для прецизионного раскроя сталей и других материалов. Еще одним преимуществом лазерной сварки, как и электронно-лучевой, является низкое теплопровождение вследствие высокой плотности энергии. При наличии дистанционного управления можно выполнять лазерную сварку и резку на большом расстоянии между источником луча и методом до 500 мм, что в перспективе будет применяться в автомобилестроении.

Лазерная сварка также используется при обработке пластмасс, но для надлежащей обработки пластмассы должны быть установлены требования к светопоглощению.

Новые разработки сварки трением в области технологии машин позволяют использовать боковое перемещение свариваемых деталей относительно друг друга, поэтому его можно использовать для соединения больших сечений, не симметричных при вращении.

Основным преимуществом этих процессов является то, что сварка выполняется при температуре ниже температуры плавления, что обусловливает незначительные структурные изменения в соединяемых материалах. Однако большие усилия, которые необходимо прикладывать к изделиям, требуют применения мощной оснастки. Сварка трением с перемешиванием используются при строительстве рельсового транспорта и в аэрокосмической промышленности, для герметичной в варки крышек в детали гидравлических управляющих устройств. Сочетание дуговой сварки металлическим электродом с лазерной сваркой было особенно быстро внедрено в практику судо- и автомобилестроения. Сочетание обоих процессов приводит к идеальному использованию преимуществ процесса высокой плотности энергии, глубокого проплавления и высокой скорости сварки за счёт лазера, а также хорошей способности заполнения зазора и исключения несплавлений за счёт дуги. При сочетании обоих процессов можно сваривать металл большей толщины, чем при каждом процессе в отдельности. В последние годы всё больше внимания уделяется родственным процессам соединения из-за необходимости соединения различных материалов, неудовлетворительно сваривающихся традиционными видами сварки, и постоянно растущей чувствительности материалов к тепловложению при сварке.

Для соединения деталей электроники, электрических кабелей и проводников, труб из медных и цинковых или оцинкованных листов. А также в ювелирной промышленности используется низкотемпературная пайка. Температура низкотемпературной пайки должна быть ниже 350 градусов, чтобы использовать припои с низкой температурой плавления. Из-за токсического эффекта припои, содержащие свинец, как правило, используется весьма редко. Хотя разработаны припои-заменители с подобными свойствами и без токсичных побочных эффектов, их недостаточно для всех случаев применения. Поэтому данные разработки продолжаются.

Современная наука является многогранной, позволяет использовать преимущества нанотехнологий, поэтому будущее сварки видится в совершенствовании схем компьютерного управления и внедрении новых сварочных материалов. Круг проблем, охватываемых ныне сваркой, требует обширных знаний в таких областях, как металлофизика, физическая химия, физика высоких энергий, квантовая механика, вычислительная техника и др. Можно утверждать, что сварка, как важный научно-технологический процесс, является существенным звеном технологического прогресса.

Отмирание некоторых производств происходит незаметно, безболезненно или с малыми, относительно несущественными последствиями, то гипотетическое удаление сварки из суммы технологий однозначно приведёт к полной остановке технологических и смежных с ними отраслей промышленности.

Создание и продвижение в жизнь всё новых и новых материалов с широким спектром характеристик неразрывно связанны с усложнением и постоянным развитием служебных свойств машин и механизмов; и здесь без сварки не обойтись. Молодость сварки, её широта и универсальность, высокая экономическая эффективность служат залогом дальнейшего развития сварочной технологии. Сварке металлов и неметаллов, несомненно, принадлежит будущее.

Библиографический список

Лащенко Г.И. Современные технологии сварочного производства. 2012 г.

Люшинский А.В. Современные технологии сварки. Электронный каталог. 2013 г.

Современная цивилизация многим обязана процессу сварки. Без сварочных элементов мы не получили бы транспорта, огромных строений, технологических конструкций, мобильных телефонов и пр. Несмотря на то, что этот физический процесс применяется много столетий, он не останавливает своего прогресса. Учёные многих стран продолжают исследовать и совершенствовать сварочные механизмы, применять новые приёмы и производить революционные открытия в этой сфере.

Новые технологии позволяют добиться более совершенного результата с использованием минимальных ресурсов. Разработки, появляющиеся ежегодно, делают возможным сварку тех материалов, которые раньше оставались за границами данной технологии.

Основные инновационные направления

Все разработки в данной области направлены на то, чтобы улучшить основные показатели процесса с наименьшими затратами:

снижение коррозии и коробления металлов во время эксплуатации;
повышение скорости выполнения сварочного процесса;
облегчение зачистки мест соединения или обеспечение отсутствия такой необходимости;
минимальный расход материалов;
облегчённое и упрощенное управление процессом;
способность соединения самых тонких листов металла различных марок.

Портативные аппараты

Такие типы сварочных аппаратов позволили вывести сварку на новый – бытовой — уровень. Если до изобретения портативных устройств подобные работы выполнялись преимущественно профессионалами с высокой квалификацией, то портативная техника позволила применять их и дома.

Современные сварочные аппараты

Во-первых, такие аппараты очень лёгкие по весу, в связи с чем их удобно транспортировать. Во-вторых, производители снабдили их полным готовым для использования комплектом, не забыв о системе подачи электродов (проволоки весом до 10 кг).

Главным усовершенствованием можно считать то, что в аппарат вмонтирована система цифрового управления. На дисплее каждый может указать основные параметры сварки: диаметр закладываемой проволоки, тип газа и т.д. На основании введённых данных портативный аппарат самостоятельно настраивается и выполняет сварку на достаточном для непроизводственных сварных швов уровне.

Усовершенствованные горелки

Самым примитивным звеном во время сварки считается газовая горелка, но даже небольшие изменения этого элемента позволили значительно улучшить качество выполняемой работы. Современные конструкции горелок производят не только из новых материалов, но имеют другой диаметр выходного отверстия, которое способно работать с нестандартными температурами и создавать необходимое давление.

Предлагаемые учёными газовые горелки стали безредукторными и высокодинамичными, при помощи их даже во время продолжительного процесса на самых высоких температурах можно получить идеально ровное пламя, в котором не будут появляться факелы, вспышки и хлопки. Из-за таких инноваций работа сварщика не требует частых остановок, что позволяет выполнить больший объём работ за то же самое время.

Разработаны агрегаты с многочисленными соплами, которые используются для соединения труб большого диаметра. Ширина пламени при использовании линейных горелок может достигать нескольких метров. Эта технология часто применяется для соединения деталей под водой или в воздухе, где существует острая необходимость в резком сокращении времени выполнения работ.

Гибридная лазерная технология

Такой способ был разработан для автомобилестроения, но нашёл применение и в других промышленных отраслях. Гибридный лазер используют для получения качественных швов при соединении тугоплавких сортов стали при совмещении с диоксидом углерода. Это позволяет получить идеальные сварные швы при точном управлении мощности лазерного излучения в пределах 1,5 – 4,0 кВт.

Ещё одной особенностью, присущей гибридной лазерной технологии, является высочайшая скорость плавящегося электрода и выполняемых работ – от 40 до 450 м/час. С такими же показателями можно обрабатывать тончайшие листы, изготовленные из автомобильной стали, что стало причиной финансовой поддержки и усовершенствования этой разработки ведущими автомобильными корпорациями.

Двухдуговая сварка

Такая методика была разработана для крупногабаритных конструкций, в изготовлении которых задействованы толстые листы закаливающейся стали таких марок как 30ХГСА. Способ основан на том, что при двухдуговом воздействии одномоментно применяются проволоки двух разных типов, имеющие в составе легирующие (сверхпрочные) компоненты. Диаметр таких электродов – 5 мм.

Для обеспечения устойчивого горения дуги при двухдуговой сварке необходим керамический флюс, созданный на основе керамики марки АНК-51А. Именно с керамическим флюсом данный способ показывает самый высокий результат и формирование идеальной сварной поверхности.

Щадящая методика

Для определённых работ была разработана новая щадящая технология, которая очень высокорезультативна, но отличается низкой себестоимостью. Во время процесса применяют специальные смеси защитных газов: диоксид углерода в соединении с аргоном или смесь аргона, диоксида углерода и кислорода. По сравнению с традиционным применением обособленного диоксида углерода, получаемый шов выходит более гладким и безупречным.

Ещё одним позитивным моментом является значительное удешевление сварочного процесса: на равный объём выполненных соединений расходуется меньшее количество проволочных электродов. Экономия составляет около 20%, что в промышленных масштабах представляет собой значительную сумму. Кроме того, во время сварочного процесса переход к деталям, поддающимся сварке, становится очень постепенным и плавным. Профессиональные сварщики, которые были задействованы в начальных тестах щадящей методики, подчеркнули, что разбрызгивание электродных металлов при многокомпонентной смеси газов значительно уменьшается.

Двухкомпонентная методика

Этот новый метод, который получил широкое распространение в развитых странах за короткий промежуток времени, обязан своим появлением запуску новых скоростных составов на железных дорогах. Двухкомпонентная технология является модифицированным вариантом литьевого способа. Она разрешила достичь результатов, которые раньше считались взаимоисключающими: обеспечить высочайшую пластичность шовного соединения, не ухудшив при этом износоустойчивость металла в месте сварного шва.

Технически двухкомпонентная методика выполняется сложно, поскольку требует особой подготовки: на месте проведения работ должна быть расплавленная сталь, которая аккуратно помещается в жидком виде в зазор между рельсами. Для того, чтобы придать соединению внушительную вязкость, применяется плавка с низколегированными компонентами. Износостойкость увеличивается посредством использования керамических флюсов, которые позволяют после заполнения сварного стыка вывести легирующие добавки из процесса. Керамика разрушается под действием высокой температуры, а добавки, укрепляющие соединение, застывают на поверхности, обеспечивая длительную эксплуатацию без трещин и деформаций.

Орбитальная аргонодуговая технология

Эта технология нашла применение в аэрокосмической отрасли, в автомобилестроении и полупроводниковой промышленности. Такая методика является высокоспецифичной и применяется для объектов со сложным конструктивным контуром. Впервые она была разработана 50 лет назад, но её значительно усовершенствовали, применив вольфрамовый электрод.

Главным преимуществом орбитальной аргонодуговой вольфрамовой сварки является то, что расход активирующего флюса при таком методе рекордно низкий: на 1 м сварного шва расходуется всего 1г флюса. Это делает возможным проводить процесс при пониженном токе, что уменьшает не только объём, но и вес сварочной ванны. При этом качество соединения регулируется в режиме реального времени посредством корректировки давления дуги.

Такой методикой успешно пользуются при необходимости соединить жаропрочные, высокопрочные сплавы, углеродистые стали, титан, медь и никель.

Технология СМТ

Эта методика основана на холодном переносе металлов. Когда говорят о холодном переносе, в виду не имеют реально низкую температуру, просто она значительно ниже, чем при классических вариантах.

Главное отличие заключается в том, что заготовки и зона будущего шва не прогреваются до максимальных значений, поэтому тепловложение в области обработки в разы уменьшается. Из-за того, что металл точечно не перегревается, не происходит сильная деформация. Работа электрода основана на контролируемом коротком замыкании, которое прекращается быстрым отодвиганием проволоки из зоны действия разряда и быстрого повторного его возвращения (до 70 раз в секунду).

Применение СМТ-сварки осуществляется через автоматизированные системы, которые дают очень однородные и качественные швы на местах соединения оцинкованных или стальных листов с алюминиевыми сплавами.

В данном случае сварка ведётся короткозамкнутой дугой с систематическими прерываниями. В результате такой системы шов атакуется горячими и холодными импульсами, что позволяет снизить давление в районе вхождения дуги. По такому же принципу снижается разбрызгивание при переносе металлов.

Таким образом, при помощи СМТ-сварки был достигнут стандарт, который ранее считался только теоретическим. Это стало возможным из-за контроля короткого замыкания и полного отсутствия разноса брызг, что резко снижает необходимость послесварочной механической обработки.

Плазменная сварка

Этот метод делает возможной сварку металлов разной толщины, начиная от самых тонких листов и заканчивая глубиной шва до 20 см. Плазменная технология позволяет одновременно с выполнением сварочных работ производить резку.

В основе плазменного метода находится ионизированный газ, который полностью заполняет пространство между двумя электродами. Именно через этот газ проходит электрическая дуга определённой мощности, обеспечивая очень сильный эффект.

Использование плазменного генератора представляет собой сложный процесс, требующий высокого профессионализма и профессиональных навыков, поэтому использовать его в бытовых целях не получится. Внутри генератора возникает многофункциональная сварочная система, которая может использоваться в узкоспециализированных сферах.

Технология компьютерного моделирования

Самое современное направление в сварочных технологиях по праву отводится компьютерному моделированию. Оно одинаково целесообразно для выполнения соединений самых мелких деталей со сложными контурами и для масштабных работ, где необходимо управление огромными площадями и множеством сварочных аппаратов.

Если раньше объёмные работы выполнялись при использовании многих аппаратов или целым сварочным комплексом, то компьютерное моделирование позволяет иметь одну функциональную единицу с разветвлённой периферией, оснащённой множеством горелок и насадок.

Полная автоматизация позволяет внедрять принципиально новые способы сварочных работ, которые недоступны для большинства сварщиков. Сами сварщики в таком случае функционально превращаются в операторов, задающих компьютеру все необходимые параметры, на основании которых программа задаёт оптимальные значения и контролирует процесс. Такой подход значительно повышает результат выполняемой работы.

Компьютерное моделирование сварочного процесса

Новые технологии вывели сварку на совершенно новый уровень, который позволяет выполнять сварочный процесс в рекордные сроки с минимальными трудозатратами и максимальным результатом. В то же время, прогресс не стоит на месте, поэтому вполне возможно, что в ближайшем будущем появятся системы, которые будут работать автономно, практически без участия людей. Разработки подобных проектов уже ведутся, и в том случае, если испытания увенчаются успехом, скоро человечество сможет получить новые масштабы и концепции сварочных производств.

Раздел 1. Новые технологии и перспективы развития сварки.

1.1. Новые технологии в сварочном производстве 3

1.2. Приоритетные способы сварки на 2017 – 2020 годы. 7

1.3. Материалы для сварных конструкций и методы

их соединения 8

Заключение 9

Список используемой литературы 12

В основе стандартов нового поколения использование прогрессивных сварочных технологий обеспечивает активную учебно – познавательную деятельность обучающихся, построение учебного процесса с учетом индивидуальных особенностей обучающихся. Поэтому, применение новых прогрессивных сварочных технологий в сварочном производстве формирует мотивированную компетентную личность, способной быстро ориентироваться в динамично развивающимся и обновляющемся информационном пространстве; получать, использовать и создавать разнообразную информацию по производству новых материалов; принимать обоснованные решения и решать жизненные проблемы на основе полученных знаний, умений и навыков в сварочном производстве..

Профессиональные образовательные стандарты предъявляют высокие требования к современному обучаемому. Короткие сроки обучения, большие объемы информации по выпуску и применению конструкционных материалов, высокие требования к знаниям и умениям обучающимся – вот современные условия образовательного процесса. Поэтому, необходимы новые подходы к организации учебного процесса опирающиеся на прогрессивные сварочные технологии.

Перед сваркой стоят огромные задачи в развитии сварочного дела в развитии современных сварочных технологий: автоматизация и роботизация сварочных процессов и технологий; использование компьютерного моделирования в различных видах сварки и контроле качества.

Вопросы совершенствования сварочного производства стоят открытыми,

хотя Российские и зарубежные ученые работают над проблемами сварочного производства.

На мой взгляд, к проблемам сварочного производства можно отнести:

- совершенствование дуговой сварки теплоустойчивых сталей: жаропрочных, хромистых и никилиевых;

- использование установок с видиомониторингом сварки;

- применение новых сварочных материалов для ручной дуговой сварки;

- эффективный и компетентный контроль за всем производственным циклом.

Раздел 1.Новые технологии и перспективы развития сварки

Еще в 1802 году русский ученый Василий Владимирович Петров совершил открытие – открыл электрическую дугу. Именно академик Петров не только изучил и составил описание данного явления, но также указал на возможность использования тепла подобной дуги для расплавления металлов.

К концу девятнадцатого столетия сварка как метод стала неотъемлемым элементом многих технологических процессов. В России дуговую электросварку впервые применили на Куваевской мануфактуре и заводе Пономарева в Иваново-Вознесенске. В 1888 году этот способ был использован в мастерских Орловско-Витебской железной дороги для ремонта паровозных и вагонных колес, рам, решеток и так далее. В течение пяти лет данный способ распространился по всей России.

С тех пор сварочные технологии, конечно же, шагнули далеко вперед и проникли практически во все сферы индустрии.

В настоящее время сварка используется для соединения отнюдь не только стальных конструкций. «Сегодня сварка применяется для неразъемного соединения широчайшей гаммы металлических, неметаллических и композиционных конструкционных материалов в условиях земной атмосферы, Мирового океана и космоса. Несмотря на непрерывно увеличивающееся применение в 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.

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, создавать легко свариваемые титановые сплавы, создавать специальные материалы на основе полимеров. Это, по оценкам ученых, должно повысить характеристики жесткости и прочности.

Внедряя автоматизацию и роботизацию в сварочное производство, позволяет использовать принципиально новые методы электрической сварки. Они строятся на быстром изменении тока, сочетании его высоких и низких импульсов и т.д.

Перспективами развития сварки является:

– совершенствование газовых горелок, которые 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;

- применение новых установок для сварки тонколистовой стали с видиоманиторингом. В комплекте установки может поставляться современная система видеомрниторинга сварки.

Система видеомониторинга сварки ARC VIEW, обеспечивает видеобзор в стесненных условиях, например позиционирование/сварка/наплавка внутри изделия с возможностью записи видео на флэшкарту или трансляции через интернет или компьютерную сеть предприятия с целью контроля работы персонала, а также наблюдения за сварочным процессом. Система видеомониторинга сварки состоит из следующих компонентов – контроллер с монитором в стойке управления, с возможностью записи и воспроизведения видео, соединительные кабели, блок охлаждения камеры, видеокамера двух типов (различаются размерами и фокусным расстоянием), подсветка наблюдаемого места.

Система видеомониторинга ArcView предназначена для визуального слежения за сварочным процессом с расширенными возможностями. Защитное стекло с пневматическим управлением обеспечивает прямой обзор сварочной дуги, а такие установки камеры, как фокус и диафрагма, можно настроить индивидуально на блоке управления с 15-дюймовым дисплеем. Дополнительно блок управления предлагает опциональную запись на USB-флешкарты, а также он-лайн слежение с помощью сетевого соединения (intranet/internet).

Система видеомониторинга ArcView позволяет осуществлять инспекцию и документирование различных факторов сварки. Результат внедрения системы ArcView - улучшение качества и производительности в рабочем процессе. Видеозаписи отлично подходят для оценки качества или как учебный материал.

- установки для сварки продольных и кольцевых стыков
с применением 4-х сварочных процессов.

Сварочные процессы: МIG/MAG + СМТ; TIG + Плазма Материал: Сr-Ni cтали, сталь, алюминий, титан.

К преимуществам наплавки методом CMT можно отнести следующее:

Высокая производительность наплавки 60 – 80 cм./мин.

Минимальное тепловложение в основной металл по сравнению с другим способами сварки в защитных газах и высокая стабильность процесса за счёт механического слежения за дугой.

Минимальное перемешивание с металлом основы ≤ 10% в первом слое и ≤ 5% во втором.

Практически полное отсутствие брызг, снижение разбрызгивания до 99%.

Абсолютно стабильная дуга. Согласованные движения проволоки.

- применение сварки KeyHole(сварка в замочную скважину).

Когда жесткие требования к качеству должны быть выполнены при сварке листов и других компонентов толщиной до 8 мм. на помощь приходит сварка KeyHole(сварка в замочную скважину). Охлаждаемое газовое сопло сжимает дугу, обеспечивая мощный пучок дуги , что устраняет необходимость в трудоемкой подготовки сварочных кромок, таких как V-или U-образные. Это экономит до 30% от присадочного металла. Цифровые источники TIG 400 или 500 могут быть объединены с PlasmaModule 10 и сварочной плазменной горелки Robacta PTW 3500 для создания плазменной сварки KeyHole механизированной системы применения, в диапазоне мощностей от 3 до 500 А.

- сварочный инвертор для аргонодуговой сварки постоянным током TransTig (TIG) DC с полностью цифровым управлением. Возможность сварки штучным электродом (ММА). Аппарат прост в эксплуатации, имеет удобную систему управления, надежную и прочную конструкцию. TransTig идеально подходит для использования в химической и пищевой промышленности, производстве контейнеров, автокомпонентов, машин, в строительстве, при монтажных работах, сварке металлических конструкций, для сервиса и ремонта, а также для строительства трубопроводов.

- серия источников TransSteel применяется преимущественно для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей в производстве металлоконструкций, машиностроительного оборудования, резервуаров, транспортных средств и т.д. Предназначена для работы в тяжёлых условиях (сильная запыленность, широкий температурный диапазон, работа под открытым небом, в дождь и т.д.). Безотказность в работе, характерная для всей продукции Fronius, и цифровые технологии (Digital revolution) реализованы в аппаратах этой серии.

- Технология сварки Laser-Hybrid

Благодаря совмещению технологий, становится возможным обеспечить высокую скорость и работу по зазорам, характерные для дуговой сварки, а также геометрию сварочной ванны (большая глубина проплавления и малая ширина) характерную для лазерной сварки.
Вывод: Перечисленные новые прогрессивные сварочные технологии позволяют сваривать сложные материалы, уменьшать время необходимой

работы, повышать качество работы. Кроме того, снижаются требования к квалификации сварщика: нормальный рядовой профессионал с такой аппаратурой и технологией способен делать то, для чего прежде требовался поистине уникальный специалист.

1. 2. Приоритетные способы сварки в 2017 – 2020 годах.

В начале третьего тысячелетия сварка является одним из ведущих технологических процессов создания материальной основы современной цивилизации. Во многих случаях сварка является единственно возможным и наиболее эффективным способом создания неразъемных соединений конструктивных материалов.

На рисунке -1 показаны методы соединения материалов в конструкциях.

Приоритетные способы сварки:

- в защитных газах (MIG/MAG? TIG),

- контактная сварка (трением, диффузионная),

- сварка электронным лучем,

- гибридные способы сварки (MAG + лазер).

Дуговая и контактная сварка останутся по-прежнему доминирующими способами соединения металлов. Растет доля механизированных и автоматических способов сварки в защитных газах. Такие способы сварки, как электронно-лучевая, диффузионная и высокочастотная, занимают важное место в общих технологических процессах обработки металлов и будут развиваться в зависимости от нужд и запросов промышленности.

Вывод: Учитывая мировые тенденции расширения области применения прогрессивных ресурсосберегающих технологий можно предположить, что доля лазерной технологии в сварочном производстве в предстоящее десятилетие существенно увеличится и достигнет 6 – 8 % общего объема сварочных работ.

Рисунок 1 – Методы соединения материалов в конструкциях.

На рисунке -2 показаны приоритетные способы сварки до 2020 г.

Рисунок 2 – приоритетные способы сварки.

1.3. Материалы для сварных конструкций и методы их соединения.

Сегодня сварка применяется для неразъемного соединения широчайшей гаммы металлических, неметаллических и композиционных конструкционных материалов в условиях земной атмосферы, Мирового океана и космоса. Несмотря на непрерывно увеличивающееся применение в сварных конструкциях и изделиях легких сплавов, полимерных материалов и композитов, основным конструкционным

материалом является сталь. 2/3 мирового потребления стального проката идет на производство сварных конструкций.

Рисунок 3 – Материалы, применяемые при сварке.

Вывод: Будет непрерывно расширяться применение высокопрочных сталей в ответственных сварных конструкциях. Все более широкое применение находят высокопрочные алюминиево-литиевые сплавы, сплавы с предельно высоким легированием, а также сплавы, которые содержат в своем составе эффективные модификаторы – скандий, цирконий, одновременно улучшающие свариваемость материалов и механические свойства сварных соединений. Ведутся работы по созданию новых конструкционных, хорошо сваривающихся титановых сплавов, обладающих высокой прочностью и коррозионной

Анализ современного состояния сварочного производства свидетельствует о том, что сварка плавлением занимает ведущие позиции во всех промышленно развитых странах. В дальнейшем роль этого вида сварки будет уменьшаться вследствие интенсивного развития сварки в твердой фазе.

Однако еще долгое время сварка плавлением будет оставаться основным видом сварки металлов. Постоянное стремление к повышению производительности и эффективности сварки плавлением проявилось в непрерывном повышении мощности источников сварочного нагрева и увеличении концентрации энергии в зоне плавления металла. Появление и развитие плазменно-дуговой и электроннолучевой сварки служит иллюстрацией к сказанному.

За истекшие годы в нашей стране и за рубежом достаточно большое развитие получила электроннолучевая сварка. Этим способом в первую очередь выполняют различные соединения тонкого металла в электронной промышленности, приборостроении, а также в авиа- и ракетостроении. Интенсивно ведутся работы по освоению электроннолучевой сварки сравнительно толстых трудно свариваемых сталей и сплавов. Дальнейшее развитие электроннолучевой сварки будет, по-видимому, идти по пути повышения ускоряющего напряжения (вплоть до 150 кВ) и увеличения единичной мощности электронных пушек (до 30— 50 кВт). Все большее внимание будет уделено сварке в форвакууме. Расширится применение различных накидных камер для создания местного вакуума. Будут разработаны станки – автоматы для электронолучевой сварки.

Таким образом, перспективы электроннолучевой сварки — сварка толстого металла в изделиях самого ответственного назначения: роторах турбин и генераторов, сосудах высокого давления и т. п.

Создание оборудования и технологии микроплазменной дуговой сварки тонкого металла является одним из важных достижений последних лет. За короткий срок наша промышленность освоила около тысячи комплектов аппаратуры для этого способа, и спрос на нее неудержимо растет. Микроплазменная дуга успешно соединяет тонколистовую сталь, алюминиевые сплавы. Сварка микроплазмой вытесняет электроннолучевую при выполнении соединений металла толщиной 1 мм и менее.

В предстоящем десятилетии огромное внимание будет уделено созданию новых специализированных аппаратов, установок, машин для сварки, собираемых из унифицированных, надежных, проверенных узлов. Известно, что квалифицированный сварщик, накладывая шов, выполняет сложный комплекс движений, управляя формой сварочной ванны и кристаллизацией сварного шва. Фактически из этих элементов манипулирования электродом в наших сварочных аппаратах реализованы только два —• подача эутектрода в дугу и поступательное равномерное перемещение его вдоль стыка. Изредка осуществляется поперечное колебание конца электрода. Между тем современные достижения в области автоматического управления позволяют полностью воспроизводить весь цикл операций,

выполняемых опытным сварщиком.

Следовательно, мы вправе ожидать появления аппаратов, которые смогут успешно решать задачу оптимизации всех операций, связанных с дуговой сваркой.

в недалеком будущем. Если удастся создать системы управления с обратными связями, обеспечивающие контроль за геометрическими размерами швов, за ходом физико-химических реакций, тепловых процессов и усадочных явлений в зоне сварки, будет сделан шаг вперед на пути дальнейшего прогресса сварочной техники.

В недалеком будущем необходимо создать системы управления с обратными связями, обеспечивающие контроль за геометрическими размерами швов, за ходом физико-химических реакций, тепловых процессов и усадочных явлений в зоне сварки.

Огромное внимание будет уделено сварке разнородных металлов. Сочетания соединяемых материалов значительно расширятся, все большие требования будут предъявляться к конструктивной прочности соединений. Появится необходимость выполнять соединения без так называемых переходников.

Сварка в будущем будет применяться для строительства подводных туннелей. В Норвегии планируют построить первые в мире подводные плавающие мосты на глубине 30 метров под водой с помощью больших труб, достаточно широких для двух полос.

Читайте также: