Технологическая подготовка сварочного производства

Лекционный курс в 6 семестре Технологическая подготовка сварочного производства Лекции №1 - №4 Лекция №1 Технологичность сварных конструкций – 2 ч 1. Общие сведения. 2. Обеспечение технологичности изделий, деталей и их соединений. 3. Примеры конструирования технологичных сварных соединений, свариваемых дуговыми способами сварки. 1. Общие сведения Технологичность представляет собой совокупность свойств изделия, позволяющих оптимизировать затраты труда, средств, материалов и времени при его производстве и эксплуатации. Технологичность, как правило, делят на эксплуатационную и производственную. Эксплуатационная технологичность изделия определяется совокупностью таких его свойств, которые позволяют снизить затраты средств и времени на техническое обслуживание и ремонт в процессе эксплуатации изделия при высоком качестве работ по техническому обслуживанию и ремонту. Производственная технологичность изделия характеризуется совокупностью таких его свойств, которые обеспечивают возможность применения прогрессивных технологических процессов, обеспечивающих высокое качество при минимальных затратах средств, труда и времени при изготовлении изделий, а также при проведении конструкторской и технологической подготовки производства. Обеспечение технологичности необходимо рассматривать как один из важнейших показателей качества. 2. Обеспечение технологичности изделий, деталей и их соединений. Технологичность изделия. Для обеспечения технологичности изделия (на базе сварной конструкции) необходимо выполнять следующие общие требованиям: • в конструкции изделия должна быть предусмотрена базовая составная часть (деталь, сборочная единица), являющаяся основой для установки остальных составных частей изделия; • изделие должно строиться по блочному принципу и расчленяться на оптимальное число самостоятельных узлов с целью обеспечения возможности их параллельной сборки, контроля, замены и др.; • целесообразно использовать модульный принцип создания новых изделий из унифицированных узлов и агрегатов, обладающих функциональной взаимозаменяемостью с расширением применения унифицированных, нормализованных и стандартизованных деталей; • необходимо использовать максимальную конструктивную преемственность, то есть использовать при проектировании новых конструкций применявшиеся ранее технические решения, показавшие высокую работоспособность. Это позволяет сократить затраты на конструкторскую и технологическую подготовку производства, повысить качество изделий и технико-экономические показатели производства; • конструкция изделия должна быть разработана для определенного метода сборки, обеспечивающий заданные показатели качества при относительном повышении технико-экономических показателей (сборка с использованием прихваточных швов без использования сборочных приспособлений; сборка в сборочных приспособлениях с применением прихваточных швов; сборка и сварка в сборочно-сварочных приспособлениях; применение промышленных манипуляторов для сборки и сварки и др.); • число деталей в изделии должно быть минимальным. Сокращение числа деталей можно обеспечивать путем объединения нескольких деталей в один сварной узел; • количество применяемых марок и сортамента материалов необходимо ограничивать, что позволит снизить объем работ по освоению процессов обработки и сборки, по проектированию технологических процессов, упростить организацию производства и его материально-технического обеспечения, обслуживание рабочих мест; • конструкция изделия должна обеспечивать свободный доступ рабочих органов, сборочных инструментов и средств контроля к соответствующим местам соединения деталей и контроля; • конструкция изделия должна обеспечивать возможность применения объективных и высокопроизводительных методов контроля точности размеров и геометрических форм поверхности, элементов конструкции и качества соединений. Технологичность деталей. При разработке технологичной конструкции детали необходимо ориентироваться на применения наиболее рационального способа изготовления. Наиболее рациональный способ изготовления детали должен обеспечивать: • минимальную трудоемкость изготовления и технической подготовки производства; • минимальную материалоемкость (конечную массу детали и коэффициент использования материала, т.е. ) и энергоемкость изготовления. • материал детали будущего сварного узла должен обладать достаточной свариваемостью. (С в а р и в а е м о с т ь, в соответствии с ГОСТ 29273, характеризует свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. Степени свариваемости. Если требования к сварному изделию, обусловленные его конструктивным исполнением и особенностями эксплуатации, удовлетворяются при установленной технологии получения сварных соединений, то свариваемость использованных материалов считается д о с т а т о ч н о й. В случае если хотя бы одно из предъявляемых требований не удовлетворяется, свариваемость – н е д о с т а т о ч н а я. В сварочной практике часто различают ряд степеней свариваемости: хорошая, удовлетворительная, ограниченная и плохая. Х о р о ш а я свариваемость соответствует понятию достаточной свариваемости. Недостаточная свариваемость может быть удовлетворительной, ограниченной или плохой. Если для обеспечения достаточной свариваемости необходимо применение рационального режима сварки, то свариваемость является у д о в л е т в о р и т е л ь н о й. При необходимости применения для указанной цели специальных технологических мероприятий или изменения способа сварки свариваемость считается о г р а н и ч е н н о й. В случае когда достаточную свариваемость невозможно обеспечить никакими мерами, свариваемость называют п л о х о й). В сварных конструкциях достаточно часто используются детали, изготовленные из листа, профилей и труб. При конструировании таких деталей необходимо ориентироваться на технические возможности заготовительно-штамповочного производства и на наиболее прогрессивные технологические процессы, которые определяются исходя из масштабов производства, сложности формы деталей, технологических свойств материала. При этом следует учитывать : • при единичном производстве рационально применять штамповку в универсальных штампах; • при мелкосерийном и серийном производстве применять методы пластического деформирования для получения деталей сложной конфигурации в инструментальных и упрощенных штампах на универсальных прессах и молотах или специализированном оборудовании; • при крупносерийном производстве – применение штамповки новейшими методами с механизацией и автоматизацией производства. Технологичность сварных соединений. При проектировании сварной конструкции необходимо учитывать следующие факторы: • число сварных соединений в узле должно быть наименьшим; • рекомендуется шире использовать детали из листового и фасонного проката; • необходимо использовать наиболее приемлемые и удобно выполняемые типы соединений; • конструкции соединения должна предусматривать наличие базовой детали и возможность совмещения конструкторских, технологических и измерительных баз базовой детали; • параллельно с разработкой конструкции сварного соединения необходимо выбрать рациональный и прогрессивный способ сварки, а также спроектировать технологический процесс изготовления, предусматривая комплексную механизацию и автоматизацию процессов сборки под сварку и сварки; • расположение и последовательность наложения сварных швов должно уменьшать вероятность возникновения сварочных деформаций; • необходимо уменьшать объем наплавляемого металла (например, используя минимальные катеты угловых швов, двухстороннюю разделку кромок вместо односторонней и др.), что также способствует снижению сварочных деформаций; • конструкция и габариты сварного изделия должны позволять проведение термической обработки, которая часто необходима для повышения прочности и удаления внутренних остаточных напряжений, причем, наиболее прогрессивными способами и на стандартном оборудовании; • конструкция сварного соединения должна быть дефектоскопична. 3. Примеры конструирования технологичных сварных соединений, свариваемых дуговыми способами сварки (По книге Орлов П.И. Основы конструирования. Издание 3-е Кн. 2.– М.: Машиностроение, 1988) Неудовлетворительная конструкция Правильная конструкция Описание конструкции Обеспечивать удобный подвод электрода к месту сварки Сварные швы вынесены из тесного пространства между перегородками Для приварки размерных трубок к листам сварные швы вынесены на поверхность Сварной шов вынесен на торец фланца Устранять совмещения швов. Сводить к минимуму количество сварочного металла Ребра для приварки расположены в шахматном порядке Для приварки перегородки раздвинуты Исключить сварку толстых деталей с тонкими Свариваемым кромкам придано примерно одинаковое сечение Фланец приварен тонкостенным переходом Приварка фланца к тонкостенной трубе Фланец приварен тонкостенным переходом Приварка пальца к листу В пальце у места сварки образована  выборка металла Предусмотреть фиксацию свариваемых деталей без применения специальных приспособлений Шаровая деталь и стержень взаимно центрируются Для приварки фланец зафиксирован на трубе Для приварки бобышка зафиксирована буртиком Приварка втулки к листу Втулка центрирована относительно листа Исключать подгонку и упрощать форму привариваемых деталей Вместо криволинейного перехода ребра сделан прямолинейный Фигурный вырез у косынки заменен прямым срезом При сварке тонкостенных деталей применять гнутые детали для увеличения жесткости конструкции Составная полка заменена гнутой Отдалять обработанные поверхности от места сварки. Точные и чистые поверхности обрабатывать после сварки Резьба штуцера удалена на расстояние, достаточное для предотвращения оплавления резьбы При сварке закрытых полостей предотвращать коробление стенок вследствие образования вакуума при остывании Для приварки кольцевого профиля жесткости к обечайке предусмотрено вентиляционное отверстие d. Для получения сваркой герметичной детали предусмотрено отверстие d,  завариваемое после остывания Лекция №2 Выбор и обоснование заготовительных операций - 2 часа 1. Общие сведения о технологическом процессе изготовления сварной конструкции. 2. Выбор исходных заготовок. 2.1. Разработка последовательности выполнения заготовительных операций и общие сведения об оборудовании основных заготовительных операций. 2.2. Принципы выбора заготовительного оборудования. 1. Общие сведения о технологическом процессе изготовления сварной конструкции Производственный процесс изготовления сварной конструкции включает в себя различные технологические, контрольные и транспортные операции. (Технологическая операция - это законченная часть технологического процесса, выполняемая на определенном рабочем месте, одним или несколькими рабочими одной специальности или робототехническим комплексом). Технологическими операциями сборочно-сварочного цеха могут быть: – предварительная обработка металла, включающая очистку, правку и раскрой громоздких кусков проката на транспортабельные заготовки; – изготовление деталей и их обработка, включающие разметку проката под вырезку, вырезку заготовок, обработку согласно чертежа, а также разделка кромок, зачистка от заусенцев, удаление окалины, загрязнений, пассивация деталей, покрытие их токопроводящими грунтами для консервации при межоперационном хранении; – сборка и сварка деталей в сборочные единицы; – общая сборка и сварка сборочных единиц в целое изделие и зачистка поверхности швов; – послесварочная термическая обработка или другие методы снятия или уменьшения сварочных напряжений; – контроль качества сварных соединений; – приемочные испытания; – отделочные работы (грунтовка, окраска и др.). В качестве деталей, из которых изготавливаются сварные конструкции, могут применяться детали, получаемые механической обработкой отливок, штамповок, а также детали, изготовленные из листового проката (фольга  < 0,2 мм; тонколистовой металл  < 4 мм; толстолистовой металл  = 4...160 мм), прокат сортовых профилей (простой геометрической формы: квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник; фасонный: швеллер, рельс, угловой, тавровый профили и др.), труб (бесшовные и сварные). Реже используется прокат периодического профиля, имеющий периодически изменяющуюся форму и площадь поперечного сечения (применяется в основном в качестве фасонной заготовки для последующей штамповки или заготовки под последующую механическую обработку). Примеры сортовых (а) и периодических (б) профилей Сортовой прокат – горячекатаный и покрыт слоем окалины. Листовой прокат может быть холоднокатаным ( < 4 мм) и горячекатаным ( = 0,5...160 мм). Детали, полученные обработкой отливок, штамповок и проката на металлорежущих станках, а также с применением методов электрофизической и электрохимической обработки перед сборкой под сварку как правило подвергают ряду операций (например: зачистка и обезжиривание кромок; травление, электрохимическое полирование или механическая зачистка оксидной пленки на деталях из алюминия и его сплавов; нанесение пассивирующей пленки для стабилизации контактного сопротивления перед контактной точечной сваркой и др.). Детали, изготавливаемые из проката, как правило, подвергают следующим операциям: правка, разметка, резка, обработка кромок, гибка и очистка под сварку. 2. Выбор исходных заготовок Выбор исходных материалов и заготовок для получения деталей, из которых изготавливаются сварные узлы, определяется требованиями технологичности данных деталей. 2.1. Разработка последовательности выполнения заготовительных операций и общие сведения об оборудовании основных заготовительных операций Технология заготовительных работ включает в себя операции: – зачистка поверхности от загрязнений и ржавчины (производися с помощью дробемётной или дробеструйной обработки); – правка (от деформаций, полученных при транспортировке с завода изготовителя) в соответствии со следующими рекомендуемыми нормами правки: Сортамент Толщина, мм % металла, подлежащего правке Лист до 2 100 6...12 50 более 12 10...50 Полоса до 6 100 6...25 50 более 25 10...20 Сортовой прокат Все ходовые размеры 15...50 Правка производится в вальцах и прессах в холодном состоянии; – разметка (нанесение на подлежащем обработке металле конфигурации детали в натуральную величину с помощью чертежного инструмента с накерниванием); – резка (на гильотинных ножницах – рез прямолинейный; на роликовых ножницах – криволинейный; термическая резка – газовая, плазменная, лазерная, водяной струёй); – штамповка (на эксцентриковых, фрикционных и гидравлических прессах в холодном состоянии при толщине металла до 10 мм, а свыше – с подогревом); – зачистка контура (после штамповки и газопламенной резки наждачными кругами); – правка (после газопламенной или механической резки в прессах); – подготовка кромок (на строгальных или фрезерных станках или термической резкой); – отбортовка кромок (на кромкогибочных станках или прессах); – очистка поверхности (от окалины и оксидов) проводится в дробеструйных камерах или травлением – для всей детали в целом или наждачными кругами по поверхности кромок и прилегающих к ним участков основного металла на расстоянии 20-40 мм; – образование отверстий производится при диаметре до 32 мм сверлением или выдавливанием, а свыше 32 мм – отверстия вырезаются термической резкой. Разработка последовательности выполнения заготовительных операций для получения деталей, из которых изготавливаются сварные узлы, производится после выбора исходных материалов и заготовок с учетом обеспечения требований технологичности данных деталей. Примеры последовательности выполнения операций при изготовлении деталей сварных узлов приведены ниже: Исходная заготовка (материал) Варианты примерной последовательности выполнения технологический операций при изготовлении деталей сварных узлов Отливка (очищенная, с удаленными литниками и заусенцами) Требуемые операции механической обработки (токарная, слесарная, сверлильная, фрезерная, строгальная, шлифовальная и др.) – очистка под сварку Штамповка (очищенная, с удаленным облоем) Требуемые операции механической обработки (токарная, слесарная, сверлильная, фрезерная, строгальная, шлифовальная и др.) – очистка под сварку Сортовой прокат Зачистка от загрязнений – правка – разметка – резка на мерные заготовки – требуемые операции механической обработки (токарная, слесарная, сверлильная, фрезерная, строгальная, шлифовальная и др.) – очистка под сварку Сортовой прокат Зачистка от загрязнений – правка – разметка – резка – обработка кромок– очистка под сварку Листовой прокат Зачистка от загрязнений – правка – разметка – резка – требуемые дополнительные операции листовой штамповки (вырубка, пробивка, гибка, вытяжка, обжим) – обработка кромок – очистка под сварку 2.2. Принципы выбора заготовительного оборудования. Выбор заготовительного оборудования по каждой заготовительной операции, как правило, предусматривает: – подбор нескольких вариантов оборудования, имеющих необходимые технические характеристики, обеспечивающие возможность высокопроизводительного и высококачественного проведения заготовительной операции при заданных условиях производства (серийность, программа выпуска, степень автоматизации производства, требования по безопасности и промышленной санитарии и др.); – проведение сравнения следующих количественных показателей для выбранных марок оборудования: отношение основных времен; отношение штучных времен; отношение приведенных затрат на выполнение рассматриваемой заготовительной операции; – окончательный выбор оборудования на основе сравнения указанных показателей. Выбранное оборудование должно иметь не только минимальные значения данных показателей, но и минимальный срок окупаемости. Лекция №3 Подготовка изделий под сварку и сборка -2 часа 1. Общие сведения о номенклатуре сварных конструкций, выпускаемых сварочным производством. 2. Подготовка изделий под сварку и сборка. 3. Общие сведения об оборудовании при выполнении сварочных операций для различных типов производств. 1. Общие сведения о номенклатуре сварных конструкций, выпускаемых сварочным производством Номенклатура сварных конструкций, производимых в хозяйственном механизме России обширна. На производство сварных конструкций в России потребляется около 6 млн. т. (2008 г.) стального проката в год. При этом, доля сварочных материалов в массе типовых сварных конструкций составляет приблизительно 1 - 0,5 %. К основным изделиям, при производстве которых широко используются сварные конструкции, можно отнести следующие устройства. 1. Подъемнотранспортное оборудование: грузоподъемные краны, краны – трубоукладчики, краны – манипуляторы, лифты, тали. лебедки, устройства грузозахватные, подъемники (вышки), эскалаторы, дороги канатные, их агрегаты, механизмы и детали, цепи для подъемно-транспортного оборудования, строительные подъемники, конвейеры пассажирские, металлические конструкции для подъемно-транспортного оборудования. 2. Котельное оборудование: паровые котлы, трубопроводы пара и горячей воды, сосуды, работающие под давлением, арматура и предохранительные устройства, металлические конструкции для котельного оборудования. 3. Газовое оборудование: трубопроводы систем внутреннего и наружнего газоснабжения, газовое оборудование котлов, технологических линий и агрегатов, газогорелочные устройства, емкостные и проточные водонагреватели, аппараты и печи, арматура из металлических материалов и предохранительные устройства. 4. Нефтегазодобывающее оборудование: промысловые и магистральные нефтепродуктопроводы, конденсатопроводы, нефтеперекачивающие станции, установки комплексной подготовки газа, компрессорные станции, дожимные компрессорные станции, станции подземного хранения газа, газораспределительные станции, узлы замера расхода газа, пункты редуцирования газа, резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов, газгольдеры газовых хранилищ, морские трубопроводы, объекты на шельфе (трубопроводы на платформах, а также сварные основания морских платформ) и другие уникальные объекты нефтяной и газовой промышленности, запорная арматура, детали трубопроводов (отводы, переходы, тройники, трубные узлы), насосы, компрессоры, нефтегазопроводные трубы, оборудование нефтегазопромысловое, буровое и нефтеперерабатывающее. 5. Металлургическое оборудование: доменное, коксовое, сталеплавильное оборудование, технологическое оборудование и трубопроводы для черной и цветной металлургии, технические устройства для производства черных и цветных металлов и сплавов на их основе, машины для литья стали и цветных металлов, агрегаты трубопрокатные, станы обжимные, заготовочные, сортопрокатные и листопрокатные. 6. Оборудование химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих и взрывопожароопасных производств: технологическое, резервуары, изотермические хранилища, криогенное оборудование, оборудование аммиачных холодильных установок, печи, компрессорное и насосное оборудование, центрифуги, сепараторы, цистерны, контейнеры, бочки, баллоны, котлы-утилизаторы, энерготехнологические котлы, трубопроводная арматура и предохранительные устройства, технологические трубопроводы и детали трубопроводов. 7. Горнодобывающее оборудование: технические устройства для горнодобывающих и горнообогатительных производств и подземных объектов. 8. Оборудование для транспортировки грузов автомобильным и железнодорожным транспортом: контейнеры и специализированные и тара, используемые для транспортировки грузов, цистерны, экипажная часть (автомобили, тракторы, специальная техника, железнодолрожный транспорт и др.). 9. Строительные конструкции: металлические конструкции, арматура, арматурные и закладные изделия железобетонных конструкций, металлические трубопроводы, конструкции и трубопроводы из полимерных материалов. 10. Конструкции стальных мостов: металлические конструкции пролетных строений, опор и пилонов стальных мостов. 11. Конструкции морского и речного транспорта: морские и речные суда, подводные лодки, другие плавающие средства, портовые сооружения и терминалы. 12. Конструкции авиационного транспорта: самолеты, вертолеты, сварные конструкции аэропортов и средств обеспечения авиационных перевозок. 13. Конструкции космической техники: космические аппараты (спутники, ракеты, космические станции), средства обеспечения космических полетов. 14. Изделия оборонной техники. 15. Сварные конструкции общемашиностроительного назначения: сварные узлы и детали машин и приборов, другие изделия. Классификация сварных конструкций. Наиболее часто производимыми разновидностями узлов перечисленных сварных конструкций являются: балки, колонны, решетчатые конструкции, оболочковые конструкции, корпусные и транспортные конструкции, детали машин и приборов. 2 Подготовка изделий под сварку и сборка Подготовка. Подготовка металла под сварку состоит из заготовки деталей, разделки свариваемых кромок и зачистки их от загрязнений. Первые две операции могут быть выполнены как механическим способом (на гильотинных ножницах, пресс-ножницах, кромкострогальных станках и т. д.), так и кислородной резкой. Рекомендуется применять механизированную кислородную резку, дающую более ровный и чистый рез. Торцовые поверхности кромок и прилегающие к ним участки металла шириной 25-30 мм перед сваркой очищают от влаги, ржавчины, масла, краски и других загрязнений, иначе в шве могут образоваться поры и шлаковые включения. Очистку осуществляют до металлического блеска как механическими способами - вращающимися щетками из стальной проволоки, абразивным инструментом и др., так и газопламенной обработкой. В последнем случае используют обычные сварочные горелки или специальные горелки для пламенной очистки типа ГАО 60. Процесс газопламенной очистки основан на быстром нагреве поверхности детали, при которой окалина отслаивается, ржавчина обезвоживается, краска сгорает. Остатки окислов и сгоревшей краски удаляют металлической щеткой. Неровности и подрезы устраняют подрубкой или при помощи наждачного круга. Поверхность кромок после очистки должна быть ровной и не иметь рисок глубиной не более 0,1 мм. Сборка. Сборку выполняют, как правило, с использованием следующих типов приспособлений: а) сборочные кондукторы, имеющие жесткое основание в виде рамы или плиты, на которой размещены установочные и зажимные элементы; б) сборочные стенды, имеющие неподвижное основание с установочными и зажимными элементами, которое дополнительно оснащено передвижными устройствами; в) универсально-сборочные приспособления (УСП), включающие в себя основание в виде плиты с Т-образными пазами для размещения и закрепления набора установочных и зажимных элементов для сборки сварного узла; г) переносные приспособления (стяжки, струбцины, распорки и др.), наиболее часто используемые при монтаже крупных изделий. В ряде случаев (серийное, крупносерийное и массовое производство) в сборочно-сварочных приспособлениях (типы а, б) после сборки осуществляют сварку (не прихватывая). В сборочно-сварочных приспособлениях (могут быть все типы) детали сварной конструкции фиксируются прихваточными швами под последующую сварку. Длина прихваток и расстояние между ними зависят от вида изделия, толщины металла и длины шва. При сборке несложных соединений из тонколистовой стали длина прихваток делается не более 5 мм, а расстояние между ними устанавливается 50-100 мм. При сборке деталей толщиной 3-4 мм и более и при значительной протяженности швов длина прихваток составляет 20-30 мм, а расстояние между ними - до 300-500 мм. Высота (толщина) шва в месте прихватки должна быть в пределах 0,5-0,7 толщины основного металла. Дефекты сборки изделий под сварку оказывают значительное влияние на качество сварных соединений. При сборке свариваемых элементов необходимо обеспечивать параллельность стыкуемых кромок и постоянство величины зазора между ними в пределах отклонений, допускаемых инструкцией по сварке. Способы подгонки элементов при сборке их под сварку не должны вызывать наклепа материала. Основными дефектами подготовки и сборки изделий под сварку являются: – несоответствие указаниям чертежа геометрических параметров разделки кромок; – расслоения, шлаковые включения и загрязнения на кромках; – несоблюдение допусков по величине притупления кромок и постоянству этой величины по длине кромок; – несоблюдение допусков на величину зазора между кромками и постоянство его по длине кромок или сборке, а также несовпадение стыкуемых плоскостей кромок. Причинами возникновения указанных дефектов могут служить неисправность или несовершенство приспособлений и оборудования, применяемых при подготовке элементов и их сборке. а также недостаточная квалификация сборщиков и рабочих, производящих механическую обработку. Дефекты подготовки под сборку и сборки под сварку выявляют внешним осмотром и измерениями при помощи шаблонов и инструмента. Контроль производят после выполнения соответствующих операций. Выявленные дефекты должны быть устранены до сварки, чтобы они не привели к образованию дефектов сварки 3. Общие сведения об оборудовании при выполнении сварочных операций для различных типов производств При проведении сварки в зависимости от типа производства используется различное сварочное оборудование: – оборудование с низкой степенью механизации и автоматизации для ручной дуговой сварки (универсальные источники питания сварочной дуги, столы сварщика и т. д.); – механизированное сварочное оборудование (полуавтоматы для дуговой сварки; автоматы для дуговой сварки: сварочные тракторы, подвесные и самоходные сварочные головки и т. д.; механическое сварочное оборудование: манипуляторы, вращатели, кантователи, сварочные колонны и порталы и т. д.; точечные машины, рельефные машины, машины для шовной сварки, стыковые машины; специализированные автоматизированные установки, т. е. станки-полуавтоматы, в которых для повторения рабочего цикла требуется вмешательство человека; механизированные поточные линии и т. д.); – автоматическое сварочное оборудование: специализированные автоматические сварочные установки, т. е. станки-автоматы; промышленные роботы: т.е. автоматические манипуляторы с программным управлением, способные выполнять различные технологические операции, например, дуговая сварка, точечная сварка, сборка, транспортирование и т. д.; автоматические линии (автоматическая линия – это система автоматического оборудования, расположенного в последовательности выполнения технологических операций и связанного автоматическими загрузочными транспортными и разгрузочными устройствами); роторные автоматические линии в них основные технологические операции выполняются во время транспортирования заготовок или свариваемых узлов, в отличие от обычных автоматических линий, где рабочие операции сменяются транспортными; гибкие автоматизированные участки; гибкие автоматизированные производства на основе преимущественного применения сварочных промышленных роботов и при общем управлении участком или производством от центральной ЭВМ и т. д. Лекция №4 Технология исправление дефектов сварки и примеры ремонтной сварки- 2 часа 1. Общие сведения об устранении дефектов в швах сварных соединений. 2. Устранение трещин. 3. Ремонт вмятин 4. Специальные требования при проведении ремонтных работ 5. Порядок наложения швов при выполнении ремонтной сварки. 1. Общие сведения об устранении дефектов в швах сварных соединений Удаление дефектных участков под заварку должно производиться механическим способом - (фрезеровкой, вырубкой, пневматическим зубилом, абразивным инструментом, плазменно-дуговой и воздушно-дуговой строжкой) на длину дефектного места плюс 10 мм с каждой стороны при условии сохранения основного металла. Применение электрической дуги для выплавки сварных швов не разрешается. Место, подготовленное под сварку, как правило, должно быть принято ОТК При удалении механизированной зачисткой (абразивным инструментом) дефектов сварных соединений риски на поверхности металла от абразива должны быть направлены вдоль сварного соединения, при зачистке мест установки начальных и выводных планок – вдоль торцевых кромок свариваемых элементов конструкций, при удалении усиления шва – под углом 40-50° к оси шва. Дефектные места в швах сварных соединений исправляют заваркой дефектного места. Исправлять неплотные швы зачеканкой запрещается. Дефектные швы и их отдельные участки можно заваривать любым способом, обеспечивающим требуемое качество сварного соединения (сварка в защитных газах, сварка под флюсом, ручная дуговая сварка покрытыми электродами), но наиболее часто применяют ручную дуговую сварку покрытыми электродами. При заварке отдельного участка шва должно быть обеспечено перекрытие прилегающих концов основного шва. После заварки участок шва необходимо зачистить до полного удаления раковин и рыхлости в кратере и создания плавных переходов к основному металлу. При наличии непроваров или прожогов в соединениях, выполненных точечной сваркой или электрозаклепками, допускается сварка дополнительных точек по числу дефектных при условии сохранения прочности и товарного вида изделия. Исправленные швы сварных соединений должны быть повторно проконтролированы с использованием методов контроля, установленных технологическим процессом контроля сварных соединений данного изделия. Как правило, не допускается исправление дефектного участка более двух раз. Остаточные деформации в сварных соединениях, превышающие допустимые, устраняются механической (в холодном и горячем состоянии изделия) или термической правкой.. Швы сварных соединений должны удовлетворять следующим требованиям (например, при исправлении дефектов сварки в металлоконструкциях грузоподъемных кранов): иметь гладкую или мелкочешуйчатую поверхность и плавный переход к основному металлу. Неровность шва не должна превышать 0,5 мм для легкодоступных швов и 1 мм для труднодоступных; наплавленный металл должен быть плотным по всей длине шва, не иметь скоплений и цепочек поверхностных опор и шлаковых включений, прожогов и свищей; все кратеры должны быть заварены. В сварных соединениях не допускаются трещины всех видов и направлений, расположенные в швах и околошовной зоне, в том числе и микротрещины. В сварных швах соединений не допускаются недопустимые дефекты в соответствии с установленными нормами дефектности: 2. Устранение трещин Устранение трещин по основному металлу. Устранение трещин по основному металлу в элементах металлоконструкций из углеродистых и низколегированных сталей следует производить в такой последовательности: – очистить зону расположения трещины, установить ее начало и конец; – разметить и накернить разгрузочные отверстия за пределами трещины на расстоянии S (от начала и конца трещины), равном не менее толщины элемента δ плюс D/2 (где D - диаметр разгрузочного отверстия). Для облегчения разделки трещины целесообразно принимать S = 2δ+ D/2; – просверлить напроход отверстия с рекомендуемым диаметром 4-8 мм, – разделать трещину абразивным кругом, вырубкой или специальным инструментом. Кромки должны быть разделаны под сварные швы С17, С18 или С23 по ГОСТ 5264-80. При толщине листа 15 мм и более и возможности доступа к шву с двух сторон разделку следует производить под шов С26. (С17; С18; С23; С26). Разделку трещины необходимо плавно закончить в начале и конце за пределами трещины, но не доходя до разгрузочных отверстий. Это необходимо для предотвращения образования кратеров при сварке. – зачистить шов и околошовную зону, при необходимости рассверлить разгрузочные отверстия сверлом на 1 -2 мм большим первоначального диаметра, – заглушить разгрузочные отверстия во избежание проникновения в них влаги (герметиком для металла, эпоксидной композицией и т.п. ), – зачистить плоскости заделанных отверстий. Заварка трещин должна выполняться электродами, обеспечивающими прочностные и пластические свойства не ниже, чем у основного металла При заварке трещины на одной из полок коробчатой конструкции рекомендуется предварительно удалить прилегающие к концам трещины участки угловых швов 1 (рис. 1.36) длиной 100-150 мм, затем заварить стыковой шов 2, после чего заварить удаленные участки углового шва. Рис. 1. Схема подготовки к заварке трещины в элементах типа сварных балок коробчатого сечения Заварка трещины, ограниченной краем детали. При заварке трещины, ограниченной краем детали и одним засверленным разгрузочным отверстием, возбуждать дугу и заканчивать сварку следует на технологической планке, приваренной к кромке детали в месте выхода трещины, которая удаляется по окончании работы. Удаление планки при сварке углеродистых и низколегированных сталей допускается производить газовой резкой, при высокопрочных сталях - только механическим способом. После удаления технологической планки торец шва должен быть зачищен абразивом до основного металла. Усиление заваренной трещины. При необходимости заваренная трещина может быть усилена накладкой. Перед установкой накладки (усилительной детали) шов заваренной трещины должен быть зачищен заподлицо для обеспечения плотного прилегания накладки. Зазор между накладкой и основным металлом должен быть не более 0,2 мм (допускается местный зазор не более 0,5 мм). Накладка должна привариваться продольными швами (вдоль усилия). Обварку накладки по периметру следует производить в том случае, если ее концы по длине имеют скосы под углом 30-45°, а притупление концов выполнено радиусом не менее 20 мм. Накладка, расположенная вдоль ремонтируемого элемента, должна превышать длину трещины не менее чем на пять толщин ремонтируемого элемента с каждой стороны. Ширина накладки должна быть не менее трех толщин с каждой стороны трещины. Толщина накладки должна составлять 0,6-1,0 толщины ремонтируемого элемента. При толщине накладки более 10 мм последняя должна иметь скосы под шов катетом не более 10 мм. Рис. 2. Схемы конструктивных усилений после заварки трещин: а – простое усиление; б – сложное усиление, состоящее из нескольких деталей: 1 – заваренная трещина; 2 – накладка Устранение трещин по сварным швам. При устранении трещин, проходящих вдоль сварных швов или их околошовной зоны, шов должен быть удален механическим способом на длину дефектного места плюс две толщины элемента с каждой стороны. Допускается применение газовой резки специальными горелками, плазменно-дуговой и электродуговой специальными электродами с последующей обработкой поверхностей абразивным инструментом для удаления следов резки. При ремонте трещин в стыковых швах на расстоянии 30...50 мм от концов трещины с каждой стороны ее должны быть просверлены отверстия (диаметр отверстия равен толщине металла), после чего ремонт выполняется в соответствии с указанным выше с раззенковкой и заваркой отверстий. Угол разделки под заварку должен составлять 50-60*, разделка производится на всю глубину дефектного шва. При возможности исправления дефекта с двух сторон (при толщине элементов более 16 мм) разделку следует выполнять под X-образный шов (С26). При заварке дефектного шва, как правило выполняют усиление заваренной трещины. При невозможности использования технологических планок, после заварки необходимо зачистить шов до полного удаления раковин и рыхлостей в кратере и создания плавных переходов к основному металлу и ранее наложенному шву. Чистота поверхности после удаления дефектного шва или разделки трещины должна быть не ниже Rz 50. 3. Ремонт вмятин Ремонт вмятин на плоских элементах металлоконструкций и кольцевых рамах глубиной от 1,25 до 2,5 толщины ремонтируемого элемента должен выполняться с применением вставки - пластины, толщиной равной толщине элемента. Вставка укладывается во вмятину и обваривается. Конфигурация вставки должна соответствовать конфигурации вмятины. Ремонтируемый участок, по возможности, усиливается ребрами жесткости или накладками. Ремонт вмятин на трубчатых элементах должен проводиться при глубине вмятины более 0,8-1,2-1,5 δ соответственно для поясов, раскосов и связей ( где δ - толщина элемента). При глубине вмятины более 2,5 толщины элемента, последний подлежит замене. При ремонте вмятин трубчатых поясов решетчатых металлоконструкций следует применять накладки. Толщина накладки должна быть не более 0.6-1,0 толщины деформированного пояса. Радиус гибки накладки должен соответствовать наружному радиусу трубы пояса. Накладка приваривается продольными швами. Длина накладки должна быть более протяженности вмятины на пять толщин ремонтируемой трубы с каждой стороны, а ширина - более трех толщин с каждой стороны, но не более половины диаметра трубы. В случае если на стороне противоположной вмятине имеются следы деформации, то на ней устанавливается вторая аналогичная накладка. Накладка при вмятинах на элементах решетчатой конструкции может быть установлена в том случав, если край вмятины находится на расстоянии от центра узла примыкания раскосов ( связей) к поясу (или от конца поясе) не ближе 150-300 мм (последняя величина для металлоконструкций, диаметр ремонтируемых элементов которых более 120 мм). При невозможности обеспечения этого требования накладка может быть удлинена за пределы, узла на величину не менее указанных размеров. 4. Специальные требования при проведении ремонтных работ При замене дефектных элементов металлоконструкции при помощи газовой резки неровности должны быть зачищены абразивным кругом. Остаточные деформации элементов металлоконструкции, появившиеся после ремонта и превышающие допустимые отклонения, должны быть устранены безударным методом. Сварка и вырубка дефектного шва при отрицательной температуре должна выполняться с подогревом свариваемых элементов в зоне сварки (на длине до 300 мм) до 60-70°С. Температуру следует контролировать инструментально или органолептически, не допуская ее понижения до окончания сварочных работ. 5. Порядок наложения швов при выполнении ремонтной сварки Для снижения деформации сварного узла и отдельных элементов от теплового воздействия наложение швов большой протяженности следует производить указанными ниже методами. Сварку прямолинейных швов при заварке дефектных мест при толщине элементов до 10 мм следует производить короткими участками (длиной до 150 мм)-согласно рисунку Здесь и в последующих рисунках этого раздела цифрами и стрелками указана последовательность и направление наложения швов Сварку толстолистовых соединений (толщиной до 20 мм) при прямолинейных швах производить обратно-ступенчатым способом короткими швами (до 150 мм) согласно рисунку Наложение многослойных швов следует выполнять обратно-ступенчатым способом согласно рисунку. Каждый последующий слой выполнять после остывания предыдущего и очистки от шлака. При этом длина каждого шва не должна превышать 200 мм. Сварку кольцевых соединений производить короткими швами крест-накрест согласно рисунку Приварку накладок выполнять короткими швами (до 150 мм) согласно рисунку 11.3. Методика проектирования технологического процесса Технологический процесс. Согласно ГОСТ 3.1109 "Единая система технологической документации. Термины и определения основных понятий" т е х н о л о г и ч е с к и м п р о ц е с с о м называют часть производственного процесса, содержащую целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. По типу выполняемых действий технологические процессы делятся на процессы: литья металлов и сплавов, обработки давлением, резанием, термической обработки, сборки, сварки, консервации и т.д. Технологический процесс сборки содержит действия по установке и образованию составных частей изделия или заготовки. Технологические процессы подразделяются: по степени унификации – единичные, типовые, групповые; по детализации описания – маршрутный, маршрутно-операционный и операционный. Е д и н и ч н ы м является технологический процесс сборки изделий одного наименования, типоразмера и исполнения. Т и п о в о й – процесс сборки группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками. Г р у п п о в о й – процесс сборки группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками. Описание технологического процесса. М а р ш р у т н о е описание технологического процесса – сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических режимов; м а р ш р у т н о - о п е р а ц и о н н о е – сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения с полным описанием отдельных операций; о п е р а ц и о н н о е – полное описание всех технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов. На операцию «сварка» оформляется только операционное описание независимо от типа производства. Для описания техпроцесса на участке сборки и сварки удобно пользоваться маршрутно-операционым описанием на маршрутных картах. Основные определения. Технологическая операция – основной элемент производственного процесса. Она охватывает все действия оборудования и рабочего. Под т е х н о л о г и ч е с к о й о п е р а ц и е й понимается законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте. К с б о р о ч н ы м операциям относят операции свинчивания, сварки, установки компонентов для образования соединений и т.д. К в с п о м о г а т е л ь н ы м технологическим операциям сборки относят операции, осуществляемые в процессе выполнения технологического процесса сборки, не связанные с установкой и образованием соединений изделия или его составных частей: подготовительные (пригонка, очистка, промывка); непосредственно не связанные с процессом сборки (смазывание, травление, пропитка.); непосредственно связанные с процессом сборки (нагревание элементов, установка и переутсановка, относительное ориентирование, межоперационное транспортирование, операционный контроль и т.д); послесборочные (балансировка, регулирование и испытание); прочие (заготовительные, намоточные). С б о р к а – это технологическая операция придания деталям, подлежащим сварке, необходимого взаимного положения (в соответствии с требованиями чертежа и технических условий) с закреплением их прихватками или специальными приспособлениями. Структура и содержание технологического процесса сборки зависят от конструкции собираемого изделия, предъявляемых к нему технических требований, массы, размеров и количества собираемых компонентов, программы и длительности выпуска изделий и др. При этом в состав технологического процесса могут входить различные технологические операции, которые выполняются в определенной технически и экономически целесообразной последовательности. По структуре технологические процессы сборки состоят из технологических операций сборки (основных и вспомогательных), выполняемых в определенной последовательности. Элементами технологических операций сборки являются технологические и вспомогательные переходы. Т е х н о л о г и ч е с к и й п е р е х о д – законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке. В с п о м о г а т е л ь н ы й п е р е х о д – законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предметов труда, но необходимы для выполнения технологического перехода. Например, установка заготовки, замена инструмента и т. д. Р а б о ч е е м е с т о – элементарная единица структуры предприятия, где размещены исполнители работы, используемое или обслуживаемое ими технологическое оборудование, оснастка, приспособления и др. П о з и ц и е й называют фиксированное положение, занимаемое неизменно собираемым объектом совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования при выполнении определенной части операции. У с т а н о в – часть технологической операции, выполняемая для закрепления обрабатываемых заготовок или собираемой сборочной единицы. З а к р е п л е н и е – приложение сил и пар сил к предмету труда для обеспечения постоянства его положения, достигнутого при базировании. Р а б о ч и й х о д – часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, качества поверхности и заготовки. В с п о м о г а т е л ь н ы й х о д – часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, необходимого для выполнения рабочего хода. Т е х н о л о г и ч е с к о е о б о р у д о в а н и е – средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части техпроцесса размещаются материалы и заготовки, средства воздействия на них, а также технологическая оснастка. Т е х н о л о г и ч е с к а я о с н а с т к а – средства технологического оснащения, дополняющие технологическое оборудование для выполнения определенной части техпроцесса. П р и с п о с о б л е н и е – технологическая оснастка, предназначенная для установки или направления предмета труда или инструмента при выполнении операции. И н с т р у м е н т – технологическая оснастка, предназначенная для воздействия на предмет труда с целью изменения его состояния. О с н о в н о й м а т е р и а л – материал исходной заготовки. В с п о м о г а т е л ь н ы й м а т е р и а л – материал, расходуемый дополнительно к основному. Несмотря на существующее большое многообразие основных технологических операций, в их структуре можно выделить повторяющиеся этапы. Например, любая операция получения неразъемных соединений с использованием сварки и пайки, как правило, включает в себя следующие этапы. 1. Установка на позицию сборки и базирование собираемых компонентов; относительное ориентирование собираемых компонентов на позиции сборки с точностью, обеспечивающей их собираемость. 2. Сопряжение и закрепление собираемых компонентов. 3. Сварка (пайка). 4. Съем готового изделия (узла) с позиции сварки (пайки). После выполнения всех технологических операций на данном рабочем месте производят транспортирование (межоперационное транспортирование) изделия на следующее рабочее место для выполнения последующей операции (операций). Операции технологического процесса склеивания подробно рассмотрены в гл. 8 (разд. 8.4. Технология склеивания). Разрабатывая порядок и содержание сборочных операций, необходимо проверить следующее: нельзя ли данную операцию совместить с одной или несколькими другими, возможна ли более рациональная последовательность операций, нельзя ли данную технологическую операцию совместить с контрольной и нельзя ли упростить сложную операцию, выделив часть ее в самостоятельную операцию. Последовательность разработки рабочих технологических процессов сварочного производства. В соответствии с ГОСТ 15.311 "Система разработки и постановки продукции на производство. Постановка на производство продукции по технической документации иностранных фирм" основными этапами разработки технологических процессов являются следующие. 1. Анализ исходных данных для разработки технологического процесса сборки-сварки: программы выпуска изделия; конструкторской документация на изделие, данных об имеющихся на предприятии сборочном оборудовании и оснастке, производственных площадях и т.п. 2. Расчет такта и ритма сборки, определение типа производства и организационной формы сборки. Т а к т (темп) сборки представляет собой интервал времени, через который производится сборка изделий определенного наименования, типоразмера и исполнения, , (11.6) где Fд – действительный годовой фонд работы оборудования; N – годовая программа выпуска. Тип производства определяется номенклатурой, регулярностью, стабильностью и объемом выпуска изделий; он характеризуется коэффициентом закрепления операций: , (11.7) где О – число всех технологических операций, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца; Р – число рабочих мест, на которых выполняются данные операции. Различают единичное, серийное и массовое сварочные производства. Единичное производство характеризуется малым объемом выпуска одинаковых собираемых изделий, повторный выпуск которых обычно не предусмотрен. Для данного производства не регламентируется. Серийное производство характеризуется изготовлением изделий периодически повторяющимися партиями. В зависимости от числа изделий в партии или серии и значения коэффициента различают мелкосерийное (), среднесерийное () и крупносерийное () производства. Массовое производство () характеризуется большим объемом выпуска изделий, непрерывно выпускаемых продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна технологическая операция. В зависимости от типа производства, программы выпуска изделий, их конструкции, размеров и массы определяется организационная форма сборки изделия под сварку, пайку или склеивание. 3. Отработка конструкции изделия на технологичность (см. разд. 11.1. Проработка соединения на технологичность). 4. Выбор действующих типового, группового технологических процессов или поиск аналога единичного процесса сборки-сварки (сборки-пайки, сборки-склеивания). Технологический процесс сборки может быть разработан на основе имеющейся технологической документации. При ее отсутствии технологический процесс сборки изделия разрабатывается с использованием прогрессивных решений, реализованных в действующих процессах изготовления аналогичных изделий. 5. Проведение размерного анализа конструкции собираемого изделия, выбор технологических баз и схем базирования, установление рациональных методов и последовательности сборки-сварки (сборки-пайки, сборки-склеивания). Выявляют и строят все сборочные размерные цепи, проводят соответствующие размерные расчеты и на их основе определяют необходимую точность сборки компонентов и наиболее экономичные методы ее достижения. Обоснование выбора технологических баз, схем базирования и схем относительной ориентации компонентов на позициях сборки осуществляется на основе расчета технологических размерных цепей и условий собираемости компонентов. При выборе технологических баз используется принцип совмещения технологических баз с измерительными и конструкторскими с целью повышения точности и возможности использования рациональных методов достижения точности сборки. Кроме того, реализуется возможность обеспечения постоянства и рациональной последовательности смены баз при сборке изделия. При этом при выполнении анализа возможных схем базирования рассчитываются погрешности установки компонентов и точность сборки, обеспечиваемую применением различных схем базирования. При выборе технологических баз также учитывается: удобство установки и снятия собираемого изделия; его устойчивость и надежность закрепления; удобство установки присоединяемых компонентов, подвода инструмента и т.п. 6. Составление технологического маршрута изготовления изделия. На данном этапе определяется последовательность выполнения технологических операций, которая в наглядной форме представляется в виде технологической схемы, пример которой приведен на рис 11.4. Определяется содержание технологических операций и нормы времени на их выполнение, а также состав средств технологического оснащения сборки. 7. Разработка технологических операций. На этом этапе устанавливаются рациональная последовательность выполнения и содержание переходов в операциях. Определяются требования, предъявляемые к базирующим устройствам, устройствам относительной ориентации, сварочным головкам и другим функциональным элементам оборудования. Рассчитываются режимы сборки-сварки (сборки-пайки, сборки-склеивания). Производятся выбор оборудования и расчет его загрузки, а также выбираются оснастка и вспомогательное оборудование. Рис.11.4. Пример части технологической схемы изготовления изделия в сварочном производстве 8. Нормирование технологического процесса. На данном этапе проводится расчет и нормирование затрат труда на выполнение технологических операций и процесса сборки-сварки с использованием нормативов времени. Определяются разряд работ и профессии исполнителей для выполнения технологических операций с учетом сложности выполняемых работ. 9. Определение требований техники безопасности. Производится анализ требований техники безопасности и производственной санитарии к условиям сборочного производства (шуму, вибрации, опасным и вредным веществам в воздухе в зоне рабочих мест и т. п.). Разрабатываются требования и средства обеспечения устойчивости экологической среды. 10. Расчет экономической эффективности вариантов технологического процесса. Расчет производится для выбора оптимального варианта. 11. Оформление документации на технологический процесс сборки (сборки-сварки, сборки-пайки, сборки-склеивания). Оформленная документация согласуется со всеми производствами и службами, связанными с выполнением и обеспечением реализации технологического процесса, а затем утверждается. Необходимость выполнения каждого из данных этапов, а также состав задач и последовательность их решения определяются в зависимости от вида и типа сборочного производства и устанавливаются стандартами предприятия. Общие сведения об оформлении технологических документов. Первым листом комплекта технологических документов (документации) является титульный лист (ТЛ). ТЛ следует оформлять на формах 1 – 3 по ГОСТ 3.1105 "Единая система технологической документации. Формы и правила оформления документов общего назначения" в зависимости от формата документов (А3 или А4) и от расположения поля подшивки (вертикальное или горизонтальное). Маршрутный и маршрутно-операционный техпроцессы оформляются на маршрутных картах (МК). Оформление форм, бланков и документов МК осуществляется по ГОСТ 3.1130 "Единая система технологической документации. Общие требования к формам и бланкам документов". При написании маршрутного техпроцесса используются бланки маршрутных карт по ГОСТ 3.1118 "Единая система технологической документации. Формы и правила оформления маршрутных карт" (формы 1, 1а, 1б, 2). При разработке операционного техпроцесса используются следующие операционные карты: a) для дуговой и электрошлаковой сварки по ГОСТ 3.1122 "Единая система технологической документации. Формы и правила оформления документов специального назначения. Ведомости технологические"; б) для точечной, шовной и стыковой контактной сварки и газовой сварки по ГОСТ 3.1407"Единая система технологической документации. Формы и требования к заполнению и оформлению документов на технологические процессы (операции), специализированные по методам сборки". Кроме того, используются карты эскизов, оформляемые по ГОСТ 3.1105 "Единая система технологической документации. Формы и правила оформления документов общего назначения". Требования к построению и заполнению операционных карт (ОК) устанавливаются ГОСТ 3.1407 (формы 1 и 1а, 2 и 2а, 3 и 3а). Кроме маршрутных карт в комплект документов в зависимости от типа производства могут входить: 1. Ведомость оснастки (ВО) по ГОСТ 3.1122 (формы 2, 2а, 3, 3а). 2. Карта технологического процесса (КТП). 3. Ведомость операции (ВОП). 4. Карта технологической информации (КТИ). 5. Комплектовочная карта (КК). 6. Операционная карта (ОК) по ГОСТ 3.1407. 7. Технологическая инструкция (ТИ). 8. Инструкция по охране труда (ИОТ). Комплектность документов для каждого ЕТП устанавливается разработчиком документов для конкретных условий производства. В качестве примеров оформления технологических переходов рассмотрим правила записи операций (переходов) сварки по ГОСТ 3.1705 "Единая система технологической документации. Правила записи операций и переходов. Сварка". 1. Сварить детали поз. ... . 2. Сварить дуговой сваркой в углекислом газе порошковой проволокой в положении "в лодочку" детали поз. ... согласно эскизу. 3. Прихватить детали поз. ... согласно эскизу. 4. Прихватить швами Т1 длиной детали поз. ... в четырех диаметрально противоположных местах. 5. Подварить корень шва. 6. Прихватить технологические пластины. 7. Выполнить замыкающий шов. Особенности технологий автоматизированных и роботизированных сварочных операций. В сварочном производстве наряду с механизированной широко используется автоматическая сварка. В этом случае сварщик настраивает автомат на сварку очередного шва, после чего нажимает кнопку “Сварка” и наблюдает за работой приборов и систем управления. При необходимости автоматической сварки очередного стыка производится повторная настройка автомата. Эту особенность выполнения сварки необходимо учитывать при разработке рабочего техпроцесса. Известно, что трудовые затраты собственно на сварочные работы обычно не превышают 30 %. Следовательно, повышение производительности только сварочных работ не может дать существенного эффекта. Отсюда возникает необходимость комплексной механизации и автоматизации, охватывающей не только основные (заготовительные, сборочные, сварочные, отделочные), но и вспомогательные (транспортные, контрольные) операции. Традиционные методы механизации и автоматизации производства, основанные на использовании поточных и автоматических линий, а также различных специализированных установок и приспособлений эффективно используются главным образом в условиях крупносерийного производства. В то же время основная масса сварных изделий выпускается в условиях серийного и мелкосерийного производств, где осуществить комплексную механизацию и автоматизацию традиционными методами обычно не удается, следствием чего является низкая производительность. Существенное сокращение ручного труда при выполнении сборочно-сварочных операций возможно при использовании робототехники. В сварочном производстве роботы позволяют автоматизировать подъемно-транспортные, складские, погрузочно-разгрузочные, сварочные операции контактной сварки. С развитием средств робототехники роботы стали успешно применяться при дуговой сварке, прежде всего плавящимся электродом в защитных газах. Главное достоинство промышленного робота перед другими автоматическими устройствами – простота переналадки для выполнения разнообразных операций. Основными этапами внедрения одного или нескольких сварочных роботов на одном или нескольких рабочих участках являются: обоснование целесообразности внедрения, определение структуры рабочего участка (выбор компоновки роботизированного комплекса, конструкции сварочного робота и периферийного оборудования), разработка технологии прихватки и сварки. При разработке технологии выбирают способ сварки, определяют программу перемещений сварочного инструмента и манипулятора свариваемого изделия, назначают параметры режима сварки. Программа выполнения операций дуговой сварки обычно вводится в память робота оператором в режиме обучения. Для этого на первом экземпляре узла намечают опорные точки линии шва, в которых меняется характер ее траектории. Оператор последовательно перемещает горелку к этим точкам и вводит их координаты в систему управления. Одновременно в память системы вводится технологическая информация о скорости движения горелки и других параметрах режима сварки, порядке перехода от одного шва к другому и т.д. Последующая сварка как этого узла, так и идентичных других будет выполняться в автоматическом режиме. Вопросы для самоконтроля 1. Поясните следующие термины: технологический процесс, технологическая оснастка, технологический переход, рабочее место, позиция. 2. Какой технологический процесс называют единичным, типовым, групповым? 3. Чем различаются маршрутное, маршрутно-операционное и операционное описания технологического процесса. 4. Какие операции относят к сборочным технологическим операциям? 5. Какие технологические операции относятся к вспомогательным? 6. Назовите порядок разработки рабочих технологических процессов сборки? 7. Что такое технологическая схема сборки? 8. Назовите особенности технологий автоматизированных и роботизированных сварочных операций. 11.4. Автоматизация проектирования технологии получения соединений 11.4.1. Компьютерные программы для имитации формирования соединения На этапе создания технологии трудно оценить точные значения параметров процесса, которые обеспечат получение заданных свойств соединения. Ещё труднее оценить его качество. Поэтому при создании технологии обычно прибегают к опытам, несмотря на большую трудоёмкость и затраты на материалы и оборудование. Благодаря развитию компьютерной техники появилась возможность более широкого использования теоретических исследований при решении прикладных технологических задач. С этой целью создано специальное программное обеспечение, позволяющее заменить реальные процессы получения соединений компьютерными имитаторами. Компьютерные имитаторы технологических процессов выполняют численное решение уравнений, которые описывают физические процессы при формировании соединения. Исходными данными в этих программах являются параметры соединяемого стыка, марка сплава и параметры источника энергии. Их интерфейс приближен к органам настройки технологических установок и характеристики оборудования считываются из баз данных. Результат имитации представляется в форме, понятной технологу. Следует отметить, что в последнее десятилетие развитие программных средств моделирования процессов сварки привело к становлению новой области знаний, посвященной компьютерным технологиям в сварке. На рынке программного обеспечения в области сварки сложились вполне определенные группы продуктов, которые можно разделить на три. Продукты первой группы позволяют решать частные прикладные задачи: расчет параметров термического цикла сварки, определение расхода сварочных материалов, прогноз ожидаемых механических свойств металла сварного шва и зоны термического влияния и т.п. Такие продукты основаны на простых аналитических зависимостях и эмпирических моделях. Ко второй группе можно отнести программные продукты, реализующие компьютерую имитацию физико-химических процессов, протекающих при сварке, путем численного решения системы дифференциальных уравнений математической физики. Такие программы созданы, например, в Тульском государственном университете в Международном научно-образовательном центре «Компьютерные высокие технологии в соединении материалов» (директор центра д-р техн. наук, проф. Судник В.А.). Научно-технические достижения центра в разработке математических моделей и их численной имитации обусловливаются широким международным сотрудничеством, обеспечившим инвестиционную поддержку, в том числе международных научных фондов. К третьей группе следует отнести уникальные специализированные системы моделирования, позволяющие проводить комплексный анализ процессов, протекающих в изделии при сварке (SYSWELD, WELD3D, СВАРКА и др.). В качестве примеров программных продуктов второй группы кратко представим программы, разработанные в Международном научно-образовательном центре «Компьютерные высокие технологии в соединении материалов» Тульского государственного университета. Программное обеспечение МАGSIМ для анализа, диагностики и оптимизации процесса сварки плавящимся электродом в защитных газах стальных пластин. Программное обеспечение (ПО) MAGSIM применяется для проектирования новых технологий сварочного производства в системах автоматизированного проектирования (САПР), исследования процесса сварки, а также подготовки кадров сварочного производства. Программное обеспечение позволяет проектировать технологические процессы сварки стыковых и угловых швов соединений из низкоуглеродистых, низколегированных и хромоникелевых сталей толщиной 0,5 – 5 мм плавящимся электродом в различных смесях защитных газов при нормальном и импульсном режимах. Анализ качества формы шва предусмотрен по ЕН ИСО 5817 "Соединения стальные, выполненные дуговой сваркой. Руководство по определению уровней качества в зависимости от дефектов шва" и по ГОСТ 14771 "Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры". ПО основано на оригинальных численных методах расчета, которые дают большую точность моделирования, а также возможность анализа, диагностики и оптимизации процесса сварки по критериям качества и производительности. Вид экрана программы MAGSIM показан на рис.11.5. Подробное описание и методика работы с программой представлены в приложении. Рис. 11.5. Копия экрана при моделировании процесса дуговой сварки с использованием пакета программ MAGSIM Программное обеспечение SPOTSIM для численного моделирования контактной точечной сварки стальных листов. Программное обеспечение SPOTSIM применяется для проектирования новых технологий сварочного производства в САПР, исследования процессов контактной точечной сварки, а также подготовки кадров сварочного производства. Программное обеспечение разработано на основе решения системы нелинейных дифференциальных уравнений теплопроводности, пластической деформации и моделирует формирование соединения при сварке низкоуглеродистых, среднелегированных и высоколегированных сталей. Учитывает электрические и механические параметры сварочной машины и тип электрода. Содержит расширенные базы данных по характеристикам сталей и сварочных машин для контактной сварки. Основным достоинством данного программного продукта является возможность количественно оценивать геометрические характеристики зоны сварного соединения, включая такие малоизученные, как зазор между деталями, глубина отпечатка электродов и величина пластического пояска, а также вероятность выплеска жидкого металла из зоны сварки и возникновения других дефектов. Результаты моделирования выводятся на печать в виде протокола. Подробное описание и методика работы с программой представлены в приложении. В качестве примера на рис. 11.6 показан вид экрана программы SPOTSIM, выполняющей имитацию формирования сварной точки при контактной точечной сварке на машине переменного тока, а на рис.11.7 представлены результаты расчётов. Рис.11.6. Вид экрана программы SPOTSIM после выполнения имитации сварки листов из стали 20 на машине МТ1613 Рис.11.7. Вид экрана с результатами имитации, выполненной ПО SPOTSIM, процесса контактной точечной сварки Программное обеспечение TIGSIM для имитации процесса сварки неплавящимся электродом. Программа TIGSIM позволяет производить расчеты температурных полей в тонколистовых стыковых соединениях под действием источника теплоты – сварочной дуги неплавящегося вольфрамового электрода в среде инертных газов и прогнозировать геометрические размеры сварочной ванны, шва и дефектов (непровара, прожога, подреза) от параметров режима сварки. Исходными данными для моделирования являются: марка свариваемого материала; толщина деталей; величина технологического зазора; вид защитного газа; марка электрода, его диаметр; параметры заточки – угол и диметр притупления; величина тока дуги; длина дуги; скорость сварки; продольный угол наклона горелки относительно стыка; параметры подкладки. Результатами моделирования являются: геометрические характеристики шва; термические циклы сварки в различных зонах сварного соединения; энергетические параметры дуги (напряжение, эффективный КПД); средняя температура ванны. Графический вывод результатов расчета программы представлен в виде продольного и поперечного сечений сварного стыка, вида сверху, расчетного макрошлифа поперечного сечения шва. По результатам расчета программа строит трехмерное изображение сварного соединения. Результаты моделирования выводятся на печать в виде протокола. В качестве примера на рис. 11.8 показан вид экрана программы TIGSIM, а на рис.11.9 приведены результаты расчётов. Рис.11.8. Вид экрана программы TIGSIM при вводе исходных данных Программное обеспечение CUTSIM для имитации процесса лазерной резки металлов. Программное обеспечение предназначено для имитации родственного сварке процесса – лазерной резки углеродистых, коррозионно-стойких сталей и алюминиевого сплава в среде кислорода, азота и аргона на персональном компьютере и решения на этой основе задач технологической подготовки производства. С помощью пакета CUTSIM у пользователя появляется возможность наблюдать влияние параметров режима лазерной резки на результат процесса. При этом число экспериментальных образцов резко снижается. Программа CUTSIM позволяет: моделировать формирование реза при лазерной резке углеродистых, коррозионно-стойких сталей толщиной до 10 мм и алюминиевого сплава АМг; настраивать параметры режима для адекватного моделирования с отражением всех изменений, настроек и результатов на экране дисплея; рассчитывать температурные поля, размеры и форму поперечного и продольного сечений резов при ЛР в кислороде, азоте и аргоне стальных низкоуглеродистых и коррозионно-стойких, а также алюминиевых пластин; исследовать процесс резки с учетом толщины листа, мощности лазера, его поляризации и моды, типа фокусирующей линзы, типа режущего газа, параметров сопла и прочих параметров режимов резки; анализировать геометрические характеристики получаемых резов, включая ширину реза на верхней и нижней кромках, угол наклона и шероховатость кромки с протоколированием и визуализацией на экране результатов моделирования; устанавливать допустимые области параметров режимов резки из условия полного прорезания на заданных режимах обработки. Рис.11.9. Вид экрана с результатами имитации, выполненной ПО TIGSIM Результаты моделирования выводятся на печать в виде протокола. Подробное описание и методика работы с программой представлены в приложении. В качестве примера на рис. 11.10. показан вид экрана программы CUTSIM. Рис.11.10. Вид экрана с результатами имитации, выполненной ПО CUTSIM 11.4.2. Компьютерные программы для создания технологического процесса получения соединений Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий. Техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий. В системах автоматизированного проектирования (САПР) используются персональные компьютеры и рабочие станции. Математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, математического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем, основанных на операционных системах Unix, Windows98/NT/ME/2000/XP, языках программирования С, С++, Pascal, Delphi и др., реляционных и объектно-ориентированных системах управления базами данных (СУБД), стандартах открытых систем и обмена данными в компьютерных средах. Знание основ автоматизации проектирования и умение работать со средствами САПР требуется практически любому инженеру разработчику, так как компьютерами насыщены проектные подразделения, конструкторские бюро и офисы и работа конструктора за обычным кульманом или оформление отчета на пишущей машинке стали анахронизмом. Применительно к сборочно-сварочному производству основной целью САПР является автоматизация инженерного труда на основе комплексной интеграции знаний различных специалистов: конструкторов и технологов, организаторов производства и систем обеспечения качества, прикладных математиков и системных программистов, а также специалистов смежных отраслей. Появление первых программ автоматизации проектирования за рубежом и в России относится к началу 60-х гг. Тогда были созданы программы для решения задач строительной механики, анализа электронных схем, проектирования печатных плат. Дальнейшее развитие САПР шло по пути создания аппаратных и программных средств машинной графики, повышения вычислительной эффективности программ моделирования и анализа, расширения областей применения САПР, упрощения пользовательского интерфейса, внедрения в САПР элементов искусственного интеллекта. К настоящему времени создано большое число программно-методических комплексов с различной степенью специализации и прикладной ориентацией. В результате автоматизация проектирования стала необходимой составной частью подготовки инженеров разных специальностей. Наиболее перспективными для технологической подготовки сварочного производства представляется создание САПР технологических процессов сварки (САПР ТПС), построенной по блочно-иерархическому принципу в виде автоматических модулей. Это позволяет использовать преимущества объектно-ориентированного программирования (Delphi, Visual Basic и др.), создавать и наращивать конфигурацию системы под любой круг задач, стандартизировать информационный обмен между модулями, унифицировать операционную среду и значительно облегчить отладку системы. Тем самым программный продукт становится способным решать широкий спектр задач, автоматически обрабатывать результаты и выдавать в виде стандартизированного комплекта документации (карты контроля, маршрутные, операционные и другие пакеты документов). Наиболее широко используются следующие группы САПР: 1) для применения в отраслях общего машиностроения. Их называют машиностроительными САПР или MCAD (Mechanical CAD) системами; 2) для радиоэлектроники. Их называют ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Desing Automation)системы; 3) в области архитектуры и строительства. Функции CAD-систем в машиностроении подразделяют на функции двухмерного (2D) и трехмерного (3D) проектирования. К функциям 2D относят черчение и оформление конструкторской документации. Для этого используются различные графические редакторы (типа Paint Brash, Corel, AutoCAD и др.) и текстовые редакторы, начиная от редакторов под операционной средой DOS (такие, как Editor, Lexicon, Word 1.0, Writer и т.д.) и под графической операционной оболочкой Windows/NT (такие, как Word, Exel, Write и другие). Также в последнее время стали получать большое распространение приложения, работающие под операционными средами Unix, Lenux из-за довольно высокой скорости их работы даже на маломощных ЭВМ. К функциям 3D относят получение трехмерных моделей, метрические расчеты, создание почти реальных образов объектов, взаимное преобразование 2D и 3D моделей. Наиболее известны следующие CAE/CAD/CAM-системы, предназначенные для машиностроения: Unigraphics (фирмы EDS Unigraphics); Solid Edge (фирмы Intergraph); Pro/Engineer (фирмы PTC -Parametric Technology Corp.); CATIA (фирмы Dassault Systemes); EUCLID (фирмы Matra Datavision); CADDS.5 (фирмы Computervision); AutoCAD (фирмы Autodesk); Adem, bCAD (фирмы ПроПроГруппа. Новосибирск); Сaddy (фирмы Ziegler Informatics); Компас (фирмы Аскон, Санкт-Петербург); Спрут (компании Sprut Technоlogy, Набережные Челны); Кредо (НИВЦ АСК, Москва); N-FlexCAD (фирмы Тон Системы, Москва) и др. В качестве примера программного продукта для автоматизированного проектирования технологии сварки рассмотрим программу ARMSW, разработанную в Международном научно-образовательном центре «Компьютерные высокие технологии для соединения материалов» ComHightech. Программный пакет ARMSW представляет собой САПР технологии сварки для создания технологической документации. Программное обеспечение предназначено для облегчения труда инженера-технолога на предприятии. Пакет позволяет создавать спецификацию и формировать основные технологические документы сборочно-сварочного производства: комплектовочную карту, маршрутную, маршрутно-операционную и операционную технологические карты, ведомости оснастки. Для создания эскизов подключается графический редактор AutoCAD Система включает программы, осуществляющие поиск и запись спецификаций и технологий, ввод данных о деталях свариваемого узла, расчеты режимов, нормирование трудоемкости и расхода материалов при сварке, создание и редактирования текстов описания технологий, формирование и редактирование технологических документов. Расчеты режимов выполнения соединений обычно производятся по эмпирическим соотношениям и данным, считываемым из баз данных. Нормирование времени выполнения операций производится путём суммирования затрат времени на выполнение переходов. Расчёт норм времени осуществляется по эмпирическим формулам, полученным сверткой табличных данных нормативных документов. Норма расхода материалов рассчитывается по данным, полученным при расчёте режима выполнения каждого перехода. Базы данных имеют иерархическую структуру. Первый уровень позволяет выбрать основные компоненты технологии, последующие детализируют вводимую информацию. Базы содержат текстовую информацию: шифры и названия операций, шифры технологических документов и рабочих профессий, полные наименования и нормативные обозначения оборудования, инструмента, материалов. Содержатся также тексты, описывающие типовые переходы сборки и сварки. Последние имеют ссылки на программы, выполняющие расчёты режимов сварки и нормирования трудоёмкости и расхода материалов. Создание новой технологии начинается с ввода обозначения и названия изделия. Затем вводится обозначение и наименование узла изделия (рис. 11.11) и создается список деталей, входящих в узел (спецификация). Из спецификации в дальнейшем автоматически отбираются по позиционному обозначению названия, обозначения, массы и габаритные размеры деталей. В режиме редактирования последовательно вводятся: номер позиции; обозначение; название детали; количество, масса и габаритный размер детали (две последние используются для нормирования трудоемкости вспомогательных операций). Далее из базы данных вводится сортамент и марка (рис.11.12). После завершения спецификации пользователь может переходить к созданию технологии. Создание технологии осуществляется из баз данных программного пакета (рис. 11.13). Базы данных разделены на разделы: шифр операции; документация; квалификация рабочего; оборудование (рис. 11.14); переходы и т. д. При вводе текстов, описывающих переходы, автоматически вызываются программы, осуществляющие расчёт режима, нормирование трудоёмкости и расхода материалов. Эти программы работают в режиме диалога, в котором условия сварки уточняются. При этом создаются тексты, описывающие режимы и материалы (рис.11.15). Рис.11.11. Вид экрана при выборе и вводе перечня узлов изделия Рис. 11.12. Вид экрана при редактировании спецификации Рис. 11.13. Вид экрана при создании технологии Рис. 11.14. Вид экрана при выборе базы данных по оборудованию Рис. 11.15. Вид экрана при начале работы с программой «regsw» для расчета режима сварки, расхода материалов и нормирования операции Созданное с помощью программного пакета ARMSW описание технологии содержит полную информацию и позволяет создать различные технологические документы (формы 1 – 3 ГОСТ 3.1407). Вопросы для самоконтроля 1. Назовите причины использования компьютерных программ для имитации формирования соединения в производстве и обучении. 2. Укажите положительные и отрицательные аспекты компьютерного моделирования. 3. Какое назначение имеют программы САПР? 4. Укажите преимущества программ САПР. 5. Приведите пример использования компьютерной программы САПР для проектирования технологии сварки.