HomeСварка стали › Комплексная механизация и автоматизация сварки стали

Комплексная механизация и автоматизация сварки стали

Комплексная механизация и автоматизация сварки сталиКомплексная механизация и автоматизация. Во время проектирования мостов, вагонов, машин, резервуаров или других конструкций специалисты стараются учитывать требования сварочной науки. Конструкторы и технологи расчленяют свои конструкции на такие узлы, чтобы их удобно было собрать и сварить.

 

Но в некоторых случаях бывает так, что собирать и сваривать изделие все равно неудобно и непроизводительно. Тогда сварщики сами основательно переделывают конструкцию под сварку. Выполнить такую работу непросто. Сварщику необходимы при этом глубокие знания в своей отрасли, а также в той отрасли, к которой принадлежит сварная конструкция. К тому же необходима смелость и инженерная смекалка, умение критически мыслить.

 

Радиаторы на сварочном стане, или «задача о домашней батарее». Чугунная батарея еще совсем недавно была в квартирах и производственных помещениях самым совершенным отопительным прибором. Объем строительства в СССР растет с каждым днем. Соответственно все больше и больше требуется отопительных радиаторов.

 

А на изготовление массивных чугунных батарей уходит много металла — расход его к концу 60-х гг. дошел до миллиона тонн в год. Кроме того, мешает монтажу большой вес, сложная и трудоемкая сборка из отдельных секций, потребность в специальных нипелях-чайках. Да и уже смонтированные, они выглядят в помещении громоздкими, собирают пыль в своих лабиринтах.

 

Таким образом, необходимо было уменьшить расход металла, улучшить внешний вид радиатора, упростить сборку, автоматизировать процесс массового изготовления.

Решить поставленные задачи удалось с помощью сварки, изменившей не только весь технологический процесс, но и конструкцию самого отопительного прибора.

Радиаторы нового типа изготавливаются из тонколистовой стали.

 

Свариваются две плоские заготовки, в которых выштампованы каналы для циркуляции воды. Производство начинается с размотки двух рулонов стали. Стальная полоса шириной, равной высоте будущих радиаторов, проходит между парными роликами, на одном из которых имеются выступы, а на другом — углубления. Это пуансон и матрица — рабочие элементы штампов, только вместо обычной периодической штамповки каждой отдельной заготовки ролики непрерывно формируют на ленте одну заготовку за другой. Причём заготовки тянутся в виде ленты со скоростью несколько метров в минуту.

 

То же самое происходит и со второй лентой, только к ней еще автомат успевает приварить патрубки, ©бе полосы сближаются и на ходу соединяются сперва точечной сваркой, а затем продольными и поперечными швами — контактной сваркой. Чтобы не останавливать полосу даже при сварке поперечного шва, сварочная машина движется вместе с заготовками, а затем возвращается в исходное положение на повышенной скорости. Эту машину метко назвали летучей. Остается отрезать готовый радиатор от движущейся ленты.

 

Новые радиаторы не загромождают квартиры, они гигиеничны, у них более высокие теплотехнические характеристики по сравнению с чугунными. Почти 500 тыс. т металла, около 80 млн. рублей в год — такой экономический эффект простого решения «задачи о радиаторах» с помощью сварки.

Две стальные ленты, пройдя через поточную линию изготовления радиаторов, превращаются в готовое изделие рулоны штамп сварочные автоматы ножницы

Еще одна задача — «о трубе». Оригинальные смелые технические решения заложены в поточные линии по изготовлению труб на трубопрокатных заводах при помощи сварки.

 

Трубы известны людям несколько тысячелетий. Сначала шли в употребление естественные, почти полностью приготовленные природой, бамбуковые трубы, потом керамические и, наконец, металлические, имеющие в современной экономике большое значение. Изготавливали их прокаткой, литьем, сваркой, волочением и другими способами. У каждого из способов были свои преимущества и недостатки. Так было до тех недавних пор, пока человечеству не потребовались в огромном количестве нефть и газ. И так уж случилось, что основные потребители

 

В этом цехе сваривают трубы, топлива и сырья для химической промышленности расположены далеко от природных месторождений. Тысячи километров труб нужны для магистралей. А диаметр таких труб — от 1 до 2 м, толщина стенки — 10 мм и более. Каким способом переделать миллионы тонн стальных заготовок в прочные герметические трубы?

Кроме сварки, никакие известные технологические процессы не смогли справиться с такой проблемой. Несколько принципов производства труб большого диаметра разработали и внедрили сварщики.

 

Один из принципов — косое свертывание (под углом) рулонной ленты в цилиндрическую трубную заготовку. Так как кромки ленты стыкуются по спирали, то такие трубы назвали спиральношовными, а линии по производству спиральношовных труб — сварочным станом. Первая операция на стане — развертывание рулона полосной стали.

 

Полосу пропускают через правильные вальцы и обрезают кромки. Стальная полоса подается в формирующее устройство. Здесь она сворачивается в трубу и сваривается. Когда один рулон кончается, то его конец догоняет начало другого рулона, они состыковываются, в работу вступает специальная сварочная головка, и шов прочно соединяет обе полосы.

 

Такие станы полностью механизированы. Человеку остается только управлять работой машин. Дело это не простое. С огромной скоростью проносятся кромки стыков под сварочными головками, мощные, тысячеамперные дуги, невидимые под слоем флюса, плавят сталь, и только серебряная ниточка блестящего шва появляется на выходе из стана. Четко, уверенно должен действовать сварщик-оператор, мгновенно реагировать на нарушения процесса.

 

Минута промедления — и десятки метров трубы могут уйти в брак. Поэтому и держат в поле зрения в Институте электросварки им. Е. О. Патона среди многих других проблем эту проблему, разрабатывают новые технологические процессы для сверхскоростной сварки на станах. В скором времени кромки будут нагревать токи высокой (радиотехнической) частоты, исчезнет со станов флюс с неизбежной пылью, не нужно будет следить за положением сварочной головки и подачей электродной проволоки. Управление режимом сварки будет полностью автоматизировано. Первые такие станы уже успешно работают.

 

Робот-сварщик первого поколения. В настбящее время массовое производство автомобилей и комбайнов, вагонов и велосипедов и многого другого немыслимо без конвейеров. Сварка на конвейерах полностью механизирована и выполняется автоматами. Сварщику при этом остается только запуск аппаратов и контроль за ходом сварки. Но скорость производственных процессов настолько возросла, что человек не успевает отреагировать на случайные отклонения режима.

 

Нужно было создать робот — устройство, способное само управлять и выполнять программу сварки при больших скоростях. На промышленных предприятиях уже применяются вместо человека роботы, которые выполняют тяжелые физические работы. Эти роботы первого поколения работают по жесткой программе. Они пока не способны сами реагировать на отклонение от нормального хода процесса.

 

Но они отличаются от автоматов и прочих машин тем, что «применяют» приемы, которые человек выполняет руками. Робот обладает свойством, которого нет у автоматов, — самоуправляемостью. Промышленные роботы не похожи на человека внешне. Робот — это машина, которая внешне напоминает ящик с исполнительным механизмом — штангой, или, как ее еще называют, рукой робота. Штанга, подобно руке человека, перемещает детали или инструмент в некоторую точку пространства и ориентирует его определенным образом.

 

Рука робота приводится в движение различными приводами — электрическими, гидравлическими или пневматическими, которые передают движение на соответствующие механизмы. Движение строго определено командным сигналом, который поступает от устройства управления. Устройство управления (электронное устройство) не только управляет автоматическими действиями робота, но и обеспечивает связь с обслуживаемыми установками и осуществляет программирование при обучении.

 

На основе подобных роботов в Институте электросварки им. Е. О. Патона создали промышленного робота — сварщика. Искусство квалифицированного сварщика было заменено запрограммированными элементарными операциями, которые запоминаются электронным устройством. Благодаря электронному запоминающему устройству робот может обучаться, способен быстро перестраиваться на другие движения и может работать совместно с другими роботами. Сварщик-оператор предварительно обучает робота.

 

Он сам, вручную ведет инструмент, укрепленный в кисти робота. Траектория перемещения инструмента запоминается электронным устройством. Система обучения робота должна быть простой. После обучения он выполняет сварку самостоятельно. Первые сварочные роботы были сконструированы для контактной точечной сварки. Поставить сварную точку сварщик успевает за доли секунды.

 

Но быстро переносить клещи от точки к точке (на расстояние, скажем, 100 мм), останавливать их в определенном месте, ориентировать электроды в течение рабочего дня нелегко. Человек устает, сбивается с ритма, пропускает точки. А изделие-то находится на конвейере: каждые несколько десятков секунд — и готовый автомобиль или комбайн, опоздал — заготовка уехала, пропустил точку — уменьшилась прочность.

 

Робот же не устает. Вот почему успешно на Горьковском автозаводе прошли испытания первых сварочных роботов ИЭС-690, «обученных» контактной сварке. Затем сотрудники Института электросварки им. Е. О. Патона совместно с работниками Тульского комбайнового завода создали робот для дуговой точечной сварки. В настоящее время робот-сварщик, вооруженный горелкой, «учится» варить короткие и протяженные швы во всех пространственных положениях.

 

Многообразие проблем. Все больше сварочных работ удается поручись машинам. Развитие сварочной техники подчиняется всеобщему закону технического прогресса, про который В. И. Ленин сказал: «В замене ручного труда машинным… и состоит вся прогрессивная работа человеческой техники. Чем выше развивается техника, тем более вытесняется ручной труд человека, заменяясь рядом все более и более сложных машин…»

 

За последние полвека сварка из вспомогательной и ремонтной операции превратилась в ведущий технологический процесс современной промышленности.

Сварочная наука поднялась на большую высоту и в состоянии справиться с разнообразными задачами. На помощь ученым, конструкторам и технологам пришли электронно-вычислительные машины. Мощная научно-исследовательская база создана в СССР — десятки специализированных и отраслевых институтов, десятки кафедр в вузах занимаются проблемами сварочной науки и техники.

 

Достижения советской сварочной науки признаны во всем мире, разработки используются даже непосредственно в физике и других областях науки. Во время уникального советско-французского эксперимента в околоземном космическом пространстве французская ракета «Эридан» подняла специальную электронную пушку, созданную в Институте электросварки им. Е. О. Патона. Покоренные сварщиками электроны «работали» хорошо и вызвали в магнитосфере искусственное полярное сияние.

 

Успешно развивается международное сотрудничество сварщиков. Больших успехов достигли ученые-сварщики Болгарии, Венгрии, Польши, Румынии и других стран. Теперь совместными усилиями сварщиков стран СЭВ могут быть решены самые сложные проблемы. Примером этому служит унифицированный полуавтомат для дуговой сварки и наплавки «Интермигмаг», разработанный учеными и конструкторами НРБ, ГДР, СССР и ЧССР; установка для электроннолучевой сварки деталей автомобилей «ИЭС-ЦИС 700», созданная сварщиками СССР и ГДР.

 

Сварщики 43 стран мира систематически обмениваются важной информацией о своих достижениях на ежегодных конференциях Международного института сварки. На базе Института электросварки им. Е. О. Патона работает семинар по повышению квалификации инженеров-специалистов Советского Союза и семинар ООН для специалистов из развивающихся стран Азии и Африки.

 

Сварщики занимаются и проблемами термической резки и строгания металлов и неметаллов, применяя для этих целей газовое пламя, плазму, энергию взрыва и др.

На базе достижений сварочной науки и практики создана самостоятельная наука и отрасль производства — специальная электрометаллургия. Способами электрометаллургии: электрошлаковым, электроннолучевым, плазменно-дуговым — удалось получить особо чистые и специальные стали и цветные металлы, крайне необходимые для современной техники.

 

Большое внимание уделяют ученые при создании новых методов сварки вопросам охраны труда и защиты окружающей среды от загрязнения отходами производства. В Институте электросварки им. Е. О. Патона есть отдел гигиены труда, сотрудники которого проводят медицинские исследования различных способов сварки. Например, для старейшего способа ручной дуговой сварки покрытыми электродами заново разработаны составы электродных покрытий, которые не дают во время сварки токсичных летучих соединений. Ученым удалось также улучшить сварочные свойства электродов.

 

Медицина и сварка. По заданию кардиологов в ЙЭС им. Е. О. Патона была разработана технология микроплазменной сварки сердечных клапанов. В результате совместной работы сотрудников Московского высшего технического училища им. Н. Э. Баумана и врачей трех медицинских институтов ультразвуковую сварку, резку и наплавку удалось применить для соединения и разъединения костных и мягких биологических тканей.

 

При сварке место перелома костей заполняется присадочным материалом циакрином, костной стружкой и другими компонентами и подвергается ультразвуковым колебаниям. Колебания, созданные сварочным генератором, резко ускоряют процессы полимеризации и диффузии присадки в костную ткань. Быстро образуется твердый сварной шов, который постепенно, в результате естественных процессов регенерации замещается новой тканью.

 

Аналогичным образом производится ультразвуковая наплавка костных тканей, когда необходимо, чтобы прочный конгломерат заместил костные ткани. Мягкие биологические ткани, такие, как кровеносные сосуды, сваривают без присадочного материала. В месте контакта с ультразвуковым инструментом вода начинает ускоренно испаряться и за счет тепла колебательной энергии, и за счет выдавливания самим волноводом.

 

Остается белковый коллаген, который быстро коагулируется, образуя сварное соединение. Сварка костей и тканей обладает серьезными преимуществами по сравнению с другими, обычными медицинскими приемами. В организм не нужно вводить инородные тела (а потом извлекать их), как это делается при сшивании, скреплении стержнями или скобками.

 

Обеспечивается герметичность, как и при любом сварном соединении. Упрощается работа хирургов, и уменьшаются страдания пациентов. Ультразвуковой генератор, соединенный через волновод с хирургическим инструментом (пилкой, скальпелем, сверлом, долотом), сослужил большую службу человеку. Облегчился процесс резки костей и тканей, появилась возможность быстрее и менее болезненно выполнять сложные операции в нейрохирургии, в кистевой хирургии, удалять атеросклеро-тические отложения и т.д.

 

Некоторые социальные аспекты сварки. В тот исторический период, когда шла борьба между сваркой и клепкой, кроме всяких технических преимуществ и недостатков технологий, претендент, т. е. сварка, обладал еще одним весьма существенным преимуществом, облегчающим условия работы, — бесшумностью. Многие ветераны труда еще помнят грохот, стоявший в цехах, где делают корабли, котлы, машины, мосты и даже …кастрюли.

 

Сварка принесла в цеха и на строительные площадки непривычную тишину. Советский Союз, обладающий огромными запасами газа и добывающий большое количество этого топлива, может обеспечить газом всех жителей. Это правильно, но … для этого кроме самого газа нужны еще трубопроводы. Множество труб и трубочек надо проложить в каждое село, к каждому дому.

 

И всю эту массу металла нужно транспортировать, собрать и сварить. Миллионы кольцевых швов! Задача трудоемкая, требующая специалистов, сварочных установок, электродов, наконец, металла. Нескоро дошла бы очередь до полной газификации сельских районов, если бы не пластмассы. Из полимеров легко можно сделать любые трубы и трубки. Главное, чтобы с такой же быстротой и простотой можно было монтировать трубопроводы.

 

И здесь сварщики предложили аппарат, в принципе напоминающий самый обычный домашний утюг, только форма у него плоская. Внутри плоского нагревательного элемента из керамики находится спираль, по которой пропускают электрический ток. Элемент берут за ручку, прикладывают к торцу трубы, а с другой стороны прижимают вторую трубу.

 

Через 1 — 2 мин, когда торцы труб становятся мягкими, подплавляются, нагреватель выдергивают и одну трубу с силой прижимают к другой. Расплавленные слои сливаются, и через несколько секунд пластмасса застывает. Трубы схватывает прочный шов. Сварка выполняется просто и быстро. А чтобы разработать такую технологию, пришлось провести и научные исследования, и конструкторский поиск.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.