Основные методы сварки

Введение

 

 

       Большинство металлических конструкций состоит из соединенных между собой отдельных элементов. Соединения могут быть подвижными и неподвижными, разъемными и неразъемными. 

       Неразъемные соединения металлических элементов в современных условиях осуществляются при помощи сварки, пайки, клепки и склеивания.  

       Наиболее совершенными видами соединений металлических элементов являются сварные и паяные. В этих случаях между соединяемыми элементами возникает металлическая форма связи. 

       Сварка и пайка являются очень древними процессами. Однако только в конце XVIII столетия началось быстрое развитие сварки, связанное с интенсивным развитием промышленности. Следует отметить, что разработка и практическое применение основных современных методов сварки были осуществлены в те времена замечательными русскими инженерами

Н. Н. Бенардсоном и Н. Г. Славяновым. 

       Интенсивная разработка  новых методов пайки началась позднее –

в конце первой половины XIX столетия. В это время возникла острая необходимость соединять элементы конструкций из разнородных и трудносвариваемых металлов и сплавов.  

       Процессы сварки и пайки целесообразно рассматривать с трех основных точек зрения: конструктивной, технологической и по природе самих процессов. 

       С конструктивной точки зрения сварка и пайка представляют собой процессы создания неразъемных соединений металлических деталей. Сварные и паяные соединения необходимо рассматривать как элементы конструкций. 

       С технологической точки зрения сварка и пайка являются важнейшими операциями процесса сборки металлических деталей в узлы и целые конструкции. 

       По природе процессов сварка и пайка являются сложным металлургическими, разнообразными по форме процессами.

 

Основные методы сварки

 

 

       Существующие в настоящее время способы сварки можно подразделить на две основные группы (по состоянию соединяемых кромок в процессе сварки). К первой группе относятся способы, при которых металлы свариваются в твердом состоянии при совместной пластической деформации, часто одновременно с дополнительным нагревом (способы сварки давлением). Ко второй группе относятся способы, при которых металлы вместе соединения расплавляются (способы сварки плавлением).  

        При сварке методами первой группы металлы совместно сжимаются и деформируются. В зависимости от температуры металла в месте сварки эти методы подразделяются на три подгруппы. В первом случае сварка проводится без подогрева металлов (сварка глубокой деформацией, сварка сдвигом). Этими методами свариваются только высоко пластичные металлы. Во втором случае металлы подогревают в процессе сварки до температур, близких к температуре порога рекристаллизации (сварка ультразвуковыми колебаниями). 

       Наибольшее значение имеют методы третьей подгруппы. Металлы в этом случае нагреваются до температур, значительно превышающих температуру порога рекристаллизации. В качестве источников тепла используются горн (кузнечная сварка), электрический ток (контактная стыковая и шовно-стыковая сварка), газовое пламя (газопрессовая сварка) и др.

При сварке методами второй группы между соединяемыми деталями мощным источником тепла создается ванночка расплавленного металла. Она образуется преимущественно за счет оплавления кромок свариваемых деталей. После удаления источника тепла в ванночке затвердевает (кристаллизуется) и образуется сварное соединение. В качестве источника тепла используется электрическая дуга, электрический ток, поток электронов, газовое пламя и др.

 

Основные методы пайки

 

 

       Пайка представляет собой технологический процесс, при котором соединение деталей происходит в результате расплавления припоя без расплавления металла соединяемых деталей. 

       В образовании паяного соединения большое значение имеют процессы растворения и диффузии, а также образование химических соединений между основным металлом и припоем. Припой должен хорошо смачивать основной металл. Обычно припой представляет собой сплавы различных цветных металлов. Температура плавления его должна быть ниже, чем температура плавления основного металла. 

       Между сваркой с расплавлением металлов и пайкой много общего, однако, существенно отличаются технологии процессов. 

       Если при сварке кромки соединяемых деталей расплавляются и металл, образующий шов, аналогичен, как правило, свариваемому, то при пайке кромки деталей нагреваются до температуры ниже температуры плавления паяемого металла. Соединение их производится расплавляемым специальным металлом – припоем, имеющим более низкую температуру плавления.  

       В зависимости температуры плавления припоя методы пайки можно подразделить на две основные группы. 

       К первой группе относятся методы пайки, при которых используются припои с температурой плавления значительно ниже температуры плавления паяемого металла. Например, при пайке низкоуглеродистой стали ( ) припоем на основе сплава олова и свинца ( ) разница в температурах их плавления превышает  С. 

       Ко второй группе относятся методы пайки, при которых используются припои с температурой плавления, близкой к температуре плавления паяемого металла. В качестве примера можно привести пайку меди ( ) латунью Л-62 ( ). 

       По условиям нагрева методы пайки подразделяются на две группы. При пайке методами первой группы детали подогреваются только в том месте, куда непосредственно вводится припой, где они соединяются. Нагрев носит местный характер. В качестве источников тепла обычно используются паяльники, газовое пламя, токи высокой частоты и др. При пайке методами второй группы паяемые детали нагреваются целиком. В качестве источников тепла используются всевозможные печи и ванны, заполненные расплавленными припоями, флюсами, солями.  

       

Система формирования качества промышленной продукции сварочного производства.

 

Система формирования качества промышленной продукции сварочного производства охватывает пять основных стадий жизненного цикла продукции и представлена в виде следующей схемы.

Схема 1. Система формирования качества промышленной продукции сварочного производства

1)  Стадия проектирования включает научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИР и ОКР) по проектированию сварных изделий и разработке директивных (руководящих) технологических материалов (ДТМ, РТМ). На этой стадии прогнозируется технический уровень выпускаемой продукции и определяется её соответствие современному уровню развития техники и технологии. и осуществляется контроль разрабатываемой технической документации.

2) На стадии внедрения осуществляется  технологическая подготовка производства  и ведутся работы по отладке  технологии при выпуске опытных  образцов или установочной серии. Основной сущностью технологической  подготовки производства является  разработка рабочей технологической  документации и проектирование  технологической оснастки.

На этой стадии контролируется разработанная технологическая документация и конструкторская документация на оснастку.

3) Стадия серийного производства  предполагает организацию определенной  системы производственного контроля, включающую контроль поставляемых  материалов и полуфабрикатов, уровня  подготовки производственного и  руководящего персонала, технического  состояния оборудования, контроль  технологического процесса изготовления  и испытания сварных изделий. На этой стадии осуществляют  мероприятия по управлению технологическим  процессом с целью устранения  возникающих отклонений. Контроль  на стадии серийного производства  обеспечивает планируемый уровень  качества выпускаемой продукции.

4) На стадии обращения контролируют  условия хранения продукции и  её транспортировки с целью  сохранения всех показателей  качества, заложенных в продукцию  на предыдущих стадиях.

5) Стадия эксплуатации предполагает  организацию определённой системы  технического обслуживания и  ремонта сварных изделий с  целью поддержания высокого уровня  их качества. Для этого необходим  эксплуатационный контроль. Контроль  производится и после ремонта  сварных соединений.

Анализ приведённой системы показывает, что качество продукции формируется и складывается из суммы качеств продукции на каждой стадии её жизненного цикла. Такая система формирования качества является частью общей системы качества, которая предусматривает контроль всех элементов, обеспечивающих её функционирование и соответствующих требованиям международных стандартов серии ISO -9000.

 

Виды контроля технической документации.

 

Контроль технической документации является первым этапом системы контроля качества промышленной продукции.

Техническая документация включает:

-конструкторскую  документацию на продукцию;

-технологическую  документацию на технологию изготовления;

- конструкторскую документацию на технологическую оснастку и на нестандартное оборудование;

-техническую  документацию на контроль;

-техническую  документацию на эксплуатацию  и ремонт.

К конструкторским документам относят:

-сборочные  чертежи;

-чертежи  отдельных узлов и деталей;

- спецификации;

- ТУ на изготовление;

-расчёты  и др.

К технологическим документам относят:

- технологические карты;

-карты  эскизов и схем с графической  иллюстрацией технологического  процесса;

- технологические (производственные) инструкции с описанием конкретных приемов и способов выполнения технологических (производственных) операций и др.

Контроль технической документации осуществляется в определенной последовательности и включает следующие виды.

 

Таблица 1.Виды контроля.

Вид контроля	Назначение контроля	Исполнители
Общий	Проверка технической документации на соответствие установленным техническим требованиям.	Контрольная бригада ОКБ
Технологический	Проверка технической документации на технологичность иконтролепригодность	Группа технологов ОКБ
Метрологическая экспертиза.	Проверка соответствия технической документации требованиям метрологии	Метрологи ОКБ
Нормоконтроль	Проверка соответствия технической документации требованиям стандартов	НормоконтролерыОКБ

 

            

Техническая документация определяет по существу основы технологических процессов и организацию производства, т.к. технический уровень и качество изделий во многом предопределяются прогрессивностью научных идей и качеством конструктивных и технологических решений используемых в работе над созданием новых изделий. Поэтому контроль технической документации должен быть выполнен на высоком уровне. После каждого вида контроля документация подписывается соответствующими исполнителями. После утверждения документация передается в производство.

 

Общий и технологический контроль технической документации.

 

Общий контроль включает проверку точности изображения деталей и узлов сварной конструкции, их размеров, обоснованности выбора допусков и посадок, точности и чистоты обработки и т.д.

Технологический контроль является основой создания технически современных и экономически целесообразных (т.е. технологичных) сварных изделий в процессе их изготовления и эксплуатации. Создание технологичных сварных изделий обеспечивают путем контроля конструкторской документации на технологичность.

Технологичность изделия отражает совокупность его свойств, которые проявляются в возможности минимизации затрат труда, средств, материалов и времени при производстве и эксплуатации. На стадии проектирования сварных изделий уровень технологичности должен оцениваться по всей совокупности ее показателей, охватывающих заготовительную, обрабатывающую, сборочно-сварочную и послесварочную стадии производства, а также эксплуатацию. Технологичность конструкции, таким образом, включает понятия производственной и эксплуатационной технологичности. Производственная технологичность определяется применительно к изготовлению, а эксплуатационная технологичность – применительно к выполнению технического обслуживания и ремонта изделий в процессе их эксплуатации.

И в том, и другом случае проблема технологичности по своему содержанию теснейшим образом связана с проблемой обеспечения рационального использования трудовых и материальных ресурсов и оборудования.

При контроле и отработке изделий на производственную технологичность обращают внимание на следующие факторы:

1)Выбор  материала и анализ его физико-химических  свойств;

2)Использование  исходных заготовок и деталей  простой формы, выполненных из  листового и фасонного проката, гнутых и штампованных элементов;

3)Схема  расчленения сварных конструкций  на узлы, определение минимального  числа соединений, обеспечение доступа  инструмента к зоне сварки, схема собираемости;

4) Выбор типа и размеров сварных  соединений;

5)Выбор  способов сварки, исходя из анализа  их технических возможностей  и технологических особенностей;

6)Обеспечение  точности изготовления сварных  конструкций (разработка технологических  мер, обеспечивающих минимальные  напряжения и деформации).

Основными количественными показателями, характеризующими уровень технологичности изделий, являются:

-трудоёмкость;

-себестоимость;

- материалоёмкость.

Под трудоёмкостью понимают затраты труда на изготовление данного изделия.

Под материалоёмкостью понимают не только затраты на материал, необходимые для изготовления единицы изделия, но и массу отходов при изготовлении продукции. При этом вводится коэффициент использования материалов (КИМ).

КИМ = (масса изделия) / (масса всего затраченного материала)

Под себестоимостью понимают сумму материальных затрат на производство изделий по всем расходным статьям изготовления продукции.

Перечисленные показатели рассчитываются и сравниваются с нормативными (базовыми) показателями.

После передачи конструкторской документации в производство, ответственность за соответствие фактических показателей технологичности расчётным, несёт  технологическая служба предприятия – изготовителя продукции.

Применительно к сварочному производству сварное изделие считается технологичным, если оно сконструировано из такого числа элементов, с приданием им таких размеров и форм, с применением таких марок материалов, технологии, типов оборудования и технологической оснастки, методов организации и управления производством, которые при заданной программе выпуска и полном соблюдении эксплуатационных характеристик изделия обеспечивают его простое и экономичное изготовление.

При отработке сварных изделий на технологичность необходимо учитывать ряд общих условий:

-технологичность  изделий в значительной степени  зависит от программы выпуска, типа сварочного производства (единичное, серийное, крупносерийное и массовое) и специфики предприятия-изготовителя;

-технологичность  отдельных элементов или узлов  конструкции должна рассматриваться  с технологичностью изделия в  целом;

-отработку  технологичности конструкции необходимо  рассматривать как комплексную  задачу, учитывающую требования  ко всем стадиям производственного  процесса, начиная от заготовок  и кончая испытанием готовых  изделий, а также к стадии их  эксплуатации;

-при  отработке технологичности изделий  необходимо исходить из учета  передового опыта и показателей  наиболее высокого технологического  уровня, достигнутого в сварочном  производстве.

-контроль  технической документации и отработка  изделий на технологичность должны  быть непрерывным процессом, начинающимся  с момента разработки эскизного  проекта и продолжающимся на  всех стадиях проектирования  и изготовления опытных образцов  и установочных серий изделий.

Составной частью анализа конструкции на технологичность является оценка ее контролепригодности.

Контролепригодность – совокупность свойств изделий, обеспечивающих возможность контроля сварных соединений одним или несколькими методами неразрушающего контроля и инструментальную доступность к контролируемым зонам сварных соединений.

Конструктор разрабатывает техническую документацию на контроль, включающую определение и составление перечня контролируемых сварных соединений, рекомендуемые методы и средства контроля, критерии браковки изделий.

Работы по обеспечению контролепригодности и созданию технической документации на контроль конструктор выполняет совместно с технологами, специалистами-дефектоскопистами и эксплуатационниками. На основе анализа расчетных напряжений, результатов испытаний опытных образцов, а также учета статистики отказов при эксплуатации изделий конструктор определяет высоконагруженные детали и узлы, зоны концентраторов напряжений и возможных разрушений, методы контроля изделий при эксплуатации. При этом ставка делается не только на выявление дефектов готовых изделий, но и на профилактику (предотвращение) отказов сварных изделий при эксплуатации.

При контроле технической документации контролируют установленные нормы допустимых дефектов на конкретные виды продукции. Нормы устанавливают в зависимости от степени ответственности (категории) сварных соединений.

В различных отраслях промышленности, как правило, существует три категории ответственности сварных изделий.

1 (первая)  – самая высокая. Для первой категории ответственности сварных соединений устанавливаются самые жесткие нормы дефектности, так как соединения работают в самых сложных эксплуатационных условиях.

Изделия 2 (второй) и 3 (третьей) категорий ответственности работают в менее напряженных условиях и поэтому нормы дефектности снижаются.

 

Система технического контроля в сварочном производстве.

 

Важнейшей функцией системы организации производства продукции предприятием-изготовителем является ее технический контроль, под которым понимают проверку соответствия объекта контроля установленным техническим требованиям.

Система технического контроля предусматривает организацию на предприятии службы технического контроля, которая наряду с технологическими службами должна обеспечивать высокое качество выпускаемой продукции.

Система технического контроля включает следующие основные элементы:

-объект  контроля;

-метод  и средства контроля;

-исполнители;

-техническая  документация.

Под объектом контроля понимают продукцию на той или иной стадии технологического процесса, средства производства и технологические процессы.

Метод контроля – это совокупность определенных принципов и правил выполнения контроля.

К средствам контроля относят контрольно-измерительные приборы, инструменты, аппаратуру, материалы, применяемые при контроле (например, рентгеновская пленка).

Под исполнителями контроля понимают специалистов отдела технического контроля (ОТК) и работников центральной заводской лаборатории (ЦЗЛ), занимающейся поверкой и ремонтом средств измерения.

При техническом контроле выявляют отклонения объекта контроля от установленных требований  НТД (нормативно-технической документации).

Технический контроль проводится в соответствии с технической документации и организуется по правилам, установленным стандартом предприятия. Алгоритм выполнения операции контроля представлен на схеме.

 

Схема 2. Алгоритм выполнения операции контроля.

 

Анализ приведенной схемы показывает, что сущность технического контроля определяется выполнением двух следующих функций:

- получение информации о фактическом состоянии объекта контроля, его контролируемых параметрах и показателях качества (эту информацию называют первичной);

-сопоставление  первичной информации с установленными  требованиями, критериями и нормами (информация об отклонениях фактических  параметров и показателей качества  от заданных называется вторичной).

Вторичная информация используется для выработки управляющего решения, направленного на объект контроля. При этом решается главная задача управления качеством – сведение к минимуму или полное устранение выявленных отклонений в ходе технологического процесса изготовления продукции.

Помимо отмеченных к другим понятиям, используемым при контроле относятся:

-объем  контроля – отношение общего  количества проконтролированных  объектов к общему количеству  изготовленных;

-продолжительность  контроля – время, необходимое  для его подготовки, проведения  и анализа результатов;

-стоимость  контроля – материальные затраты  на проведение контроля;

-контролируемый  параметр – количественная или  качественная характеристика объекта  контроля;

-достоверность  контроля – вероятность соответствия  фактических результатов действительным  значениям контролируемых признаков.

 

Виды и средства технического контроля.

 

В зависимости от требований к сварным соединениям и категории их ответственности устанавливается определенная система организации контроля продукции на предприятии. В основу этой системы положена классификация видов технического контроля по отдельным признакам.

1)  По стадиям технологического процесса контроль разделяют на:

А) входной (предварительный);

Б) операционный (текущий);

В) окончательный (готовой продукции).

К входному контролю предъявляют основной и сварочный материалы (присадочную проволоку, флюсы, газы, электроды), полуфабрикаты и комплектующие. Под термином предварительный контроль понимают не только проверку материала, но и работоспособности сварочного оборудования  и квалификации исполнителей работ.

Операционному контролю подвергают технологические процессы по отдельным операциям маршрутной технологии после ее завершения или во время исполнения.

2) По объему контролируемой продукции:

А) сплошной;

Б) выборочный.

Сплошной контроль выполняют для ответственных сварных конструкций. Выборочный – при контроле изделий крупносерийного и массового производства.

3) По месту проведения контроля:

А) стационарный;

Б) подвижный (скользящий).

Стационарный контроль производится на специальном оборудованном контрольном пункте или в специальном помещении (например, рентгеноконтроль выполняют в изолированных боксах).

Подвижный контроль производится непосредственно на рабочем месте (например, ультразвуковой контроль)

4) По характеру контроля:

А) инспекционный;

Б) летучий.

Под инспекционным контролем понимают выборочный контроль продукции специальными лицами (инспекторами) для дополнительной проверки качества проконтролированной продукции.

Летучий контроль выполняется с произвольной периодичностью, носит инспекционный характер и выполняется работниками ОТК. При этом контролируется соблюдение технологических процессов (контроль технологической дисциплины), например, последовательность выполнения швов, соблюдение правил хранения и условий транспортировки изделий на соответствие требованиям технической документации.

При проверке соблюдения технологического процесса особое внимание уделяется рациональной организации рабочих мест, которая предполагает наличие необходимой технологической документации, оснастки и контрольно-измерительных приборов и инструмента и их состояния, соблюдения правил и норм техники безопасности, состояние рабочего места и соответствие его требованиям технологической документации. Такую проверку часто называют контролем производственной дисциплины.

5) По цели контроля:

А) приемочный;

Б) статистический.

Приемочный контроль имеет отбраковочный характер и проводится с целью отделения годной продукции от брака. Статистический контроль используется в крупносерийном и массовом производстве в системе управления качеством продукции. Статистический контроль является средством профилактического воздействия на ход технологического процесса с целью его корректировки и исключения появления брака.

6) По возможности использования проконтролированной продукции:

А) разрушающий;

Б) неразрушающий.

Разрушающий контроль применяют для получения контролируемых количественных показателей продукции. В некоторых случаях контроль проводят с частичным нарушением целостности материала изделия, т.е. путем испытаний без разрушения изделия.

Неразрушающий контроль не оказывает влияния на целостность продукции и косвенно характеризует ее качество.

7) По средствам контроля и получения информации:

А) визуальный;

Б) инструментальный.

Визуальному контролю подвергают 100% изделий.

Инструментальный контроль является более совершенным, т.к. осуществляется с помощью разнообразных технических средств контроля.

Технические средства контроля можно разделить на следующие группы.

1)  По характеру измерения контролируемого параметра:

А) контрольно-измерительные инструменты и приборы;