Технология газовой сварки в машиностроении

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

1. Описаниетехнологического процесса производства продукции и его характеристика

Основной частью любой системы технологического процесса является технология производства, при реализации которой достигается цель производства - выпуск продукции. Продукция, ее вид и качество служат основной причиной создания любого производства, реализации любой технологии необходимо начинать с характеристики получаемой продукции.

процесс газовый сварка машиностроение

1.1 Характеристика получаемой продукции.

В процессе газовой сварки мы получаем монолитные, неразъёмные и прочные соединения материалов, которые состоят из нескольких сборочных единиц с различным относительным расположением.

Газовую сварку применяют при:

· изготовлении и ремонте изделий из тонколистовой стали (сварке сосудов и резервуаров небольшой емкости, заварке трещин, варке заплат и пр.);

· сварке трубопроводов малых и средних диаметров (до 100мм) и фасонных частей к ним;

· ремонтной сварке литых изделий из чугуна, бронзы и силумина;

· сварке изделий из алюминия и его сплавов, меди, латуни, свинца;

· наплавке латуни на детали из стали и чугуна;

· сварке кованого и высокопрочного чугуна с применением присадочных прутков из латуни и бронзы, низкотемпературной сварке чугуна и др.

Чтобы оценить качество продукции необходимо, знать количественную оценку различных её свойств. Единичными показателями качества продукции являются: назначение, надёжность, технологичность, энергоёмкость, эстетичность, стандартизация, патентно-правовые документы, экономичность, экологичность.

Сварные соединения обладают следующим набором параметров:

-угол раздела кромок

-форма кромок

-величина зазора,

-катет угла

-ширина шва.

Качество сварного соединения регламентируется следующими документами:

ГОСТ 2601-84 Сварка металлов

ГОСТ 7512-82 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод

ГОСТ 23055-78 Контроль неразрушающий. Сварка металлов плавлением. Классификация сварных соединений по результатам радиографического контроля

ГОСТ 23764-79 Общие технические условия

ГОСТ 25706-83 Общие технические требования

ГОСТ 30242-97 Дефекты соединений при сварке металлов плавлением.

Определение дефектов производят в соответствии с требованиями стандартов или технических условий на продукцию:

-вогнутость корня шва - 515 по ГОСТ 30242

-вольфрамовое включение - 3041 по ГОСТ 30242

-наплыв - 506 по ГОСТ 30242

-непровар - 402 по ГОСТ 30242

-подрез - 5011, 05012 по ГОСТ 30242

-превышение проплава - 504по ГОСТ 30242

-прожог - 510 по ГОСТ 30242

-трещина -100, 101, 102, 103, 104, 105, 106 по ГОСТ 30242

-шлаковое включение - 301 по ГОСТ 30242

пора - 2011 по ГОСТ 30242

Эти стандарты распространяются на сварные соединения трубопроводов и конструкций из металлов и их сплавов независимо от их назначения, выполненных сваркой плавлением (куда входит и газосварка), с толщиной свариваемых элементов от 1 до 400мм, и устанавливают требования к их контролю неразрушающими методами (радиографический метод с применением рентгеновского и гамма-излучения, радиографической плёнки и др.)

1.2 Характеристика используемого сырья

Сырьё необходимое для газосварки:

1) газы - кислород и горючий газ (ацетилен или его заменитель);

2) присадочная проволока (для сварки и наплавки);

3) флюсы или сварочные порошки, если они требуются для сварки данного металла.

Газовая сварка относится к сварке плавлением. Для нагревания и плавления металла используется высокотемпературное пламя, получаемое при сжигании горючего газа в смеси с технически чистым кислородом. В качестве горючего газа наибольшее распространение получил ацетилен, при сгорании которого в кислороде создаётся наиболее высокое температурное пламя.

Рассмотрим подробнее некоторые виды сырья, используемые при газосварке:

Кислород

Для получения сварочного пламени с высокой температурой, необходимо для быстрого расплавления металла в месте сварки, горючий газ или пары горючей жидкости сжигают в смеси с чистым кислородом.

Кислород при атмосферном давлении и обычной температуре газ без цвета, запаха и вкуса, несколько тяжелее воздуха (М(О₂)=32г/моль, М(воздух)=29г/моль). При низких температурах газообразный кислород может превращаться в жидкости и даже в твёрдое вещество. При атмосферном давлении и температуре 20 гр. масса 1м³ кислорода равна 1,33 кг. Кислород не горит, но активно поддерживает горение. Сгорание горючих газов и паров горючих жидкостей в чистом виде кислороде происходит очень энергично с большой скоростью, а возникновение в зоне горения возникает высокая температура.

При возникновении сжатого газообразного кислорода с маслами или жирами, последние могут самовоспламеняться, что может быть причиной пожара или взрыва. Поэтому при обращении с кислородными баллонами и аппаратурой необходимо тщательно следить за тем, чтобы на них не падали даже незначительные следы масла и жиров. Смесь кислорода и горючих жидкостей при определенных соотношениях кислорода и горючего вещества взрывается.

Технический кислород добывают из атмосферного воздуха, который подвергают обработке в воздухоразделительных установках, где он очищается от углекислоты и осушается от влаги.

Жидкий кислород хранят и перевозят в специальных сосудах с хорошей теплоизоляцией. Технический кислород для газовой сварки выпускается по ГОСТ 5583-68 трех сортов:

1-ого сорта, содержащий не менее 99.7% чистого О₂,

2-ого сорта содержащего не менее 99.5% чистого О_2,

3-ого сорта содержащего не менее 99.2% чистого О₂ по объему.

Остаток 0.5-0.1% составляет азот и аргон.

Газообразный О₂ транспортируется в стальных баллонах, в которых он нагнетается до давления 150-165 кгс/см².

Ацетилен

При нормальной температуре (далее t^o)и давлении ацетилен находится в газообразном состоянии. Ацетилен (С₂Н₂) химическим соединением углерода и водорода. Технический ацетилен при нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с резким запахом из-за содержания в нём примесей сернистого водорода, фосфорного водорода, аммиака и др.

Длительное вдыхание его вызывает тошноту, головокружение и даже отравление.

При взаимодействии ацетилена с медью и серебром образуются взрывоопасные смеси. В определённых соотношениях смесь С₂Н₂ с воздухом взрывоопасна даже при атмосферном давлении (если в смеси содержится 2,2…81% С₂Н₂ по объёму).

Смесь С₂Н₂ взрывоопасна с чистым кислородом при атмосферном давлении и содержании в ней ацетилена 2,8…93% по объёму.

Чистый ацетилен способен взрываться при избыточном давлении свыше 1.5 кгс/см, при быстром нагревании до 450-500С.

Ввиду крайне высокой взрывчатости в технике применяется растворённый ацетилен. Ацетилен находится в баллоне, заполненном пористой массой, пропитанной растворителем - ацетоном. В порах пористой массы ацетилен растворён в ацетоне.

При открытии вентиля баллона ацетилен выделяется из ацетона в виде газа. Растворённый ацетилен выпускается по ГОСТ 5457-60.

Ацетилен для промышленных целей получают разложением карбида кальция водой.

Газы-заменители

В качестве заменителей ацетилена могут служить и другие горючие газы и пары горючих жидкостей: природный газ, водород, пропан-бутановые смеси, пиролизный газ, коксовый газ, городской газ, нефтяной газ, метан, пропан, бутан, бензин, керосин, сланцевый газ, светильный газ.

Важно помнить, что при сварке температура пламени должна примерно в 2 раза превышать температуру плавления металлов, поэтому газы-заменители, температура пламени которых ниже, чем у С₂Н₂, необходимо использовать при сварке металлов с более низкой температурой плавления, чем у сталей. По этой причине применение этих газов ограничено некоторыми процессами нагрева и плавления металлов.

Выбор горючего газа зависит также от его теплотворной способности. Теплотворная способность газа - это количество тепла в килокалориях, получаемое при полном сгорании 1,1 м² газа. Чем выше теплотворная способность газа, тем меньше его расход при сварке металлов. Следует помнить, что газы-заменители с низкой теплопроводной способностью неэкономично транспортировать в баллонах, поэтому следует ограничивать их применение для газовой обработки.

Для сгорания различных горючих газов требуется разное кол-во кислорода подаваемого в горелку. В таб.1.2.1 приведены основные характеристики горючих газов для сварки.

Правильное использование газов-заменителей не ухудшает качество сварки металлов. К тому же, как правило, они более дешёвые и менее дефицитные. Поэтому газы заменители ацетилена применяют во многих отраслях промышленности. Их производство и добыча осуществляется в больших масштабах.

Таблица №1.2.1

Горючие газы для сварки

Горючие газы	Температура пламени при сгорании в кислороде	Коэффициент замены ацетилена
Ацетилен	3150	1,05
Водород	2400-2600	5,2
Метан	2400-2500	1,6
Пропан	2700-2800	0,6
Пары керосина	2400-245	1-1,3

Сварочные проволоки

При сварке стали с пропаном или метаном приходится применять сварочную (присадочную) проволоку содержащею повышенное количество кремния и марганца, используемых в качестве раскислителей. В большинстве случаев при газовой сварке применяют присадочную проволоку близкую по своему химическому составу к свариваемому металлу.

Нельзя применять для сварки случайную проволоку неизвестной марки.

Поверхность проволоки должна быть гладкой и чистой без следов окалины, ржавчины, масла, краски и прочих загрязнений. Температура плавления проволоки должна быть равна или несколько ниже t^o плавления металла. Проволока должна плавиться спокойно и равномерно, без сильного разбрызгивания и вскипания, образуя при застывании плотный однородный металл без посторонних включений и прочих дефектов.

Для газовой сварки цветных металлов (меди, латуни, свинца), а также нержавеющей стали в тех случаях, когда нет подходящей проволоки, применяют в виде исключения полоски нарезанные из листов той же марки, что и свариваемый металл.

Флюсы

Чугун и цветные металлы (медь, алюминий, магний и др.) и их сплавы при нагревании в процессе сварки энергично вступают в реакцию с кислородом воздуха или сварочного пламени (при сварке окислительным пламенем), образуя окислы, которые имеют более высокую t^o плавления, чем металл. Окислы покрывают капли расплавленного металла тонкой пленкой и этим сильно затрудняют плавление частиц металла при сварке.

Поэтому для защиты расплавленного металла от окисления и удаления образующихся окислов применяют сварочные порошки или пасты, называемые флюсами. Флюсы, предварительно нанесенные на присадочную проволоку или пруток из кромки свариваемого металла, при нагревании расплавляются и образуют легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность жидкого металла. Пленка шлаков прокрывает поверхность расплавленного металла, защищая его от окисления. Состав флюсов выбирают в зависимости от вида и свойств свариваемого металла. В качестве флюсов применяют прокаленную буру, борную кислоту. Применение флюсов необходимо при сварке чугуна и некоторых специальных легированных сталей, меди и ее сплавов. При сварке углеродистых сталей не применяют.

1.3 Характеристика технологии производства продукции

Сущность процесса газовой сварки заключается в том, что свариваемый и присадочный металлы расплавляются в пламени, получающемся при сгорании какого-либо горючего газа (обычно применяют ацетилен) в смеси с кислородом, в результате чего, после затвердевания жидкого металла образуется сварной шов. Оборудование и аппаратура необходимое для газовой сварки:

1. кислородные баллоны для хранения запаса кислорода;

2. кислородные редукторы для понижения давления кислорода, подаваемого из баллонов в горелку или резак;

3. ацетиленовые генераторы для получения ацетилена из карбида кальция или ацетиленовые баллоны, в которых ацетилен находится под давлением и растворен в ацетилене;

4. сварочные, наплавочные, закалочные и другие горелки с набором наконечников для нагрева метла различной толщины;

5. резиновые рукава (шланги) для подачи кислорода и ацетилена в горелку;

6. водяные предохранительные затворы;

7. сварочный стол или приспособление для сборки и закрепления деталей при прихватке, сварки;

Остановимся подробнее на некотором из перечисленных выше оборудовании:

Сварочные горелки

Сварочная горелка служит основным инструментом при ручной газовой сварке. В горелке смешивают в нужных количествах кислород и ацетилен. Образующаяся горючая смесь вытекает из канала мундштука горелки с заданной скоростью и, сгорая, дает устойчивое сварочное пламя, которым расплавляют основной и присадочный металл в месте сварки. Горелка служит также для регулирования тепловой мощности пламени путем изменения расхода горючего газа и кислорода.

Горелки бывают инжекторные и безинжекторные. Служат для сварки, пайки, наплавки, подогрева стали, чугуна и цветных металлов.

Наибольшее распространение получили горелки инжекторного типа. Горелка состоит из мундштука, соединительного ниппеля, трубки наконечника, смесительной камеры, накидной гайки, инжектора, корпуса, рукоятки, ниппеля для кислорода и ацетилена.

Горелки делятся по мощности пламени:

1. Микромалой мощности (лабораторные) Г-1;

2.Малой мощности Г-2. Расход ацетилена от 25 до 700 л. в час, кислорода от 35 до 900 л. в час.

3. Средней мощности Г-3. Расход ацетилена от 50 до 2500 л. в час, кислорода от 65 до 3000 л. в час.

4. Большой мощности Г-4.

Ацетиленовым генератором называется аппарат для получения С₂Н₂ разложением карбида кальция водой, получая при этом ацетилен и гашёную известь:

CaC₂+2H₂O=C₂H₂ + Ca(OH)₂ +Q

Карбид кальция по ГОСТ 1466-76 получают путём сплавления в электрических печах кокса и обожженной извести:

CaO +3C=CaC₂ +CO

Водяные предохранительные затворы

Водяные затворы защищают ацетиленовый генератор и трубопровод от обратного удар пламени из сварочной горелки и резака. Обратным ударом называется воспламенение ацетиленово-кислородной смеси в каналах горелки или резака.

Водяной затвор обеспечивает безопасность работ при газовой сварке и резке и является главной частью газосварочного поста. Водяной затвор должен содержаться всегда в исправном состоянии, и быть наполнен водой до уровня контрольного крана.

Водяной затвор всегда включают между горелкой (или резаком) и ацетиленовым генератором (или газопроводом).

Рис. 1.3.1 Схема устройства и работы водяного затвора среднего давления: а -- нормальная работа затвора, б - обратный удар пламени

Баллоны для сжатых газов

Баллоны для кислорода и других сжатых газов представляют собой стальные цилиндрические сосуды. В горловине баллона сделано отверстие с конусной резьбой, куда ввертывается запорный вентиль. Баллоны бесшовные для газов высоких давлений изготавливают из углеродистой и легированной стали. Баллоны окрашивают снаружи в условные цвета, в зависимости от рода газа. Верхнюю сферическую часть баллона не окрашивают и на ней выбивают паспортные данные баллона. Баллон на сварочном посту устанавливают вертикально и закрепляют хомутом. Вентили кислородных баллонов изготавливают из латуни. Сталь для деталей вентиля применять нельзя, так как она сильно коррозирует в среде сжатого влажного кислорода. Ацетиленовые вентили изготавливают из стали. Запрещается применять медь и сплавы, содержащие свыше 70% меди, так как с медью ацетилен может образовывать взрывчатое соединение - ацетиленовую медь.

Редукторы для сжатых газов

Редукторы служат для понижения давления газа, отбираемого из баллонов (или газопровода), и поддержания этого давления постоянным независимо от снижения давления газа в баллоне. Принцип действия и основные детали у всех редукторов примерно одинаковы.

По конструкции бывают редукторы однокамерные и двухкамерные. Двухкамерные редукторы имеют две камеры редуцирования, работающие последовательно, дают более постоянное рабочее давление и менее склонны к замерзанию при больших расходах газа.

Кислородный и ацетиленовый редукторы показаны на рис. 1.3.2.

Рис. 1.3.2. Редукторы: а -- кислородный, б -- ацетиленовый

Рукава (шланги)

Рукава (шланги) служат для подвода газа в горелку. Они должны обладать достаточной прочностью, выдерживать давление газа, быть гибкими и не стеснять движений сварщика. Шланги изготовляют из вулканизированной резины с прокладками из ткани. Выпускаются рукава для ацетилена и кислорода. Для бензина и керосина применяют шланги из бензостойкой резины.

Кислород попадает через вентиль по трубке в инжектор. Из узкого канала инжектора под давлением 0,1-0,4 Мпа и с большой скоростью кислород выходит. При этом струя кислорода создаёт разряжение в ацетиленовых каналах, за счёт которого ацетилен подсасывается в смесительную камеру. В камере смешивания образуется горючая смесь, которая поступает по наконечнику в мундштук, на выходе из которого образуется сварочное пламя. При нагреве газовым пламенем кромки свариваемых заготовок расплавляются вместе с присадочным металлом, который может дополнительно вводиться в пламя горелки. После затвердевания жидкого металла образуется прочное совместное соединение - шов.

Технологический процесс графически можно представить следующим образом:

1 - выравнивание поверхности; 2 -размётка; 3 -разделка кромок; 4 -гибка металла; 5 - удаление оксидов и органической плёнки; 6 -сборка; 7 -предварительный нагрев сварочным пламенем, прихватка; 8 -обработка пламенем (расплавление металла); 9 - охлаждение (отжиг, закалка, отпуск) и образование сварного шва;

Газовая сварка по сравнению с другими способами изготовления конструкций (клёпкой, литьём, ковкой) имеет следующие преимущества:

1. Способ сварки сравнительно прост

2. Не требует сложного и дорогого оборудования

3. Отсутствие источника электрической энергии

4.Экономия металла вследствие полного использования рабочих сечений элементов в соединении узлах сварных конструкций

5.Придание конструкциям более целесообразной формы

6.Резкого уменьшения веса соединяемых элементов в сварных узлах

7.Сварное изделие проще в изготовлении, дешевле, надежнее и может быть выполнено в более короткий срок, с меньшей затратой труда и материалов.

8.Газовой сваркой можно изготовлять изделия очень сложной формы, которые прежде удавалось получить только отливкой или кузнечной и механической обработкой.

9.При изготовлении металлоконструкций сварка дает от 10 до 20 % экономии металла по сравнению с клепкой, до 30 % по сравнению со стальным литьем, до 50% -- с чугунным литьём.

10.Сварные швы обеспечивают высокую надежность (плотность и прочность) резервуаров и сосудов, в том числе и работающих при высоких температурах и давлениях газов, паров и жидкостей.

11.Изменяя тепловую мощность пламени и его положение относительно места сварки, сварщик может в широких пределах регулировать скорость нагрева и охлаждения свариваемого металла.

К недостаткам газовой сварки относятся:

1. Меньшая скорость нагрева металла и большая зона теплового воздействия на металл, чем при дуговой сварке.

2. При газовой сварке концентрация тепла меньше, а коробление свариваемых деталей больше, чем при дуговой сварке

3. Из-за сравнительно медленного нагрева металла пламенем и относительно невысокой концентрации тепла при нагреве производительность процесса газовой сварки существенно снижается с увеличением толщины свариваемого металла. Например, при толщине стали 1мм, скорость газовой сварки составляет около 10м/ч, а при толщине 10мм - только 2м/ч. Поэтому газовая сварка стали толщиной свыше 6мм менее производительна по сравнению с дуговой сваркой и применяется значительно реже.

4. Стоимость горючего газа (ацетилена) и кислорода при газовой сварке выше стоимости электроэнергии при дуговой и контактной сварке. Вследствие этого газовая сварка обходится дороже, чем электрическая.

5. Процесс газовой сварки труднее поддается механизации и автоматизации, чем процесс электрической сварки. Поэтому автоматическая газовая сварка многопламенными линейными горелками находит применении только при сварке обечаек и труб из тонкого металла продольными швами.

Однако при правильно выбранной мощности пламени, умелом регулировании его состава, надлежащей марке присадочного металла и соответствующей квалификации сварщика газовая сварка обеспечивает получение высококачественных сварных соединений.

2. Динамика трудозатрат, обусловленная развитием технологического процесса

Производство любого вида продукции связано с необходимостью трудозатрат. Труд характеризует любой технологический процесс, определяет качество используемой технологии. Общие затраты на производство продукции состоят из затрат живого и прошлого труда. Существует 2 целесообразных варианта динамики развития технологического процесса: ограниченный и неограниченный вариант динамики. Для определения того, какой из вариантов динамики реализуется в процессе газосварки, необходимо построить график изменения затрат живого, прошлого и совокупного пруда, где Т_ж и Т_п выбраны в соответствии с названием темы курсовой работы (на практике зависимости Т_ж(t) и Т_П(t) получают на основании обработки статистической отчётности предприятий за определённый период и прогнозирования динамики изменения трудозатрат). По условию

Тж(t)=250/(63t+70)

Тп(t)=0,09t+0,1

Для определения прогрессивности динамики развития технологического процесса необходимо рассматривать функцию Т_ж(t) и Т_п(t) не в отдельности, а в совокупности общих трудовых затрат, т.е. изучить функцию

Т_ж(t)+Т_п(T) =Тс.:

Тс(t)=250/(63t+70) +0,09t+0,1

Составим таблицу значений Т_ж, Т_п, Т_с для t (времени) от 0 до 9 лет:

Таблица 2.1

Изменение Т_ж, Т_п, Т_с во времени.

t	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Tж	3,57	1,88	1,28	0,97	0,78	0,65	0,57	0,49	0,44	0,4
Тп	0,1	0,19	0,28	0,37	0,46	0,55	0,64	0,73	0,82	0,91
Тс	3,67	2	1,56	1,34	1,24	1,199	1,198	1,22	1,26	1,3

Тогда график будет выглядеть следующим образом:

Исходя из поведения кривых Т_ж(t) и Т_п(t) можно сделать вывод, что динамика трудозатрат - ограниченная. Т.к. при рассмотрении этого графика видно, что снижение суммарных затрат живого и прошлого труда происходит только до определённого до определённого момента (t*), затем они снова возрастают. Ясно, что производительность труда при этом также будет ограничена во времени.

В зависимости от того, какой труд экономится в большей степени (Т_ж или Т_п) процессы технологического развития можно разделить на 2 вида: трудосберегающие и фондосберегающие. Из формулы (что также наглядно видно на графике) следует, что затраты живого труда во времени уменьшаются, а затраты прошлого туда напротив - увеличиваются. Значит процесс газосварки в нашем случае является трудосберегающим.

Как уже говорилось, при ограниченной динамике развития, снижение одного из видов труда Т_ж(t) или Т_п(t) осуществляется за счёт роста другого. Однако в реальной производственной практике можно идти на увеличение одного из вариантов труда только тогда, когда это увеличение одного труда окупается большим снижением другого и, как следствие, приводит к снижению совокупных трудозатрат в целом, т.е. речь можно вести только экономически оправданном взаимозамещении живого и прошлого труда. Это взаимозамещение целесообразно лишь до времени t*, т.е. пока совокупные затраты уменьшаются. После времени t* наблюдается рост совокупных затрат, что экономически невыгодно. Поэтому очень важно определить то время (t*), при достижении которого дальнейшее наращивание доли прошлого труда, т.е. объёмов используемого оборудования, приведёт к снижению трудозатрат.

Это время (t*) приблизительно можно определить по графику 2.1 время t, при котором функции Т_ж(t) и Т_п(t) пересекаются и будет являться временем t*. Поэтому опустив из точки пересечения графиков Т_ж(t) и Т_п(t) перпендикуляр на ось Оt можно получить приблизительное значение времени t*,которое в нашем случае получилось ?5,3 (лет)

При необходимости получения точного результата, t* нужно находить алгебраическим способом, т.е. найти производную от функции Т_с(t) и приравнять её к нулю. Тогда значении времени (t), при котором производная равна нулю и будет являться пределом накопления прошлого труда т.е. t*.

(Тс)'=(250/(63t+70) +0,09t+0,1)'= -250*63/(63t+70)І+0,09=

= - 15750/(63t+70)І+0,09

(Тс)'=0

-15750/(63t+70)І+0,09=0

-15750/(63t+70)І= -0,09

(63t+70)І=175000

3969tІ+8820t-170100=0

63tІ+140t+2700=0

D=19600+680400=700000

t1= (-140- 100v70)/126 <0 - не уд. условию

2=(-140+ 100v70)/126=(-70+50v70)/63?5.5 (лет)

t*?5.5 - экономический предел накопления прошлого труда, т.е. до этого момента времени целесообразен ограниченный вариант развития технологического процесса.

Следующим важным показателем при развитии технологического процесса является степень снижения затрат живого труда по мере роста затрат прошлого труда (тип отдачи от дополнительных затрат прошлого труда).

Чтобы сравнить величину прироста Т_п и соответствующего уменьшения Т_{ж ,}т.е. установить в какой степени снижаются затраты живого труда по мере увеличения затрат прошлого труда , необходимо выразить функцию Т_ж через функцию Т_п (Т_ж=f(Т_п)), и, взяв производную от этой функции, проанализировать как ведёт себя эта производная при увеличении (или уменьшении) Т_п.:

Тп=0,09t+0,1

t=(Tп-0,1)/0,09

Тж=250/((63(Tп-0,1))/0,09 +70)=250/(700Тп-70+70)=

=250/(700Тп)=5/(14Тп)

|(Тж)|'=|5/(14Тп)|'=|-5/(14Тп)І | =|-5/14(Тп)І|=5/(14(Тп)І)

Из расчётов видно, что значение отношений уменьшается во времени, т.к. при постоянном числителе знаменатель (Т_п) со временем возрастает, значит реализуется убывающий тип отдачи дополнительных затрат прошлого труда. Как показывает мировая практика, совершенствование технологических процессов в большинстве случаев сопровождается заменой живого труда прошлым, как и в нашем случае. Такой процесс полностью оправдан, т.к. человеческие возможности по повышению производительности труда ограничены. Машины же выполняют работу гораздо быстрее и качественнее. К тому же постоянно идёт разработка новых, более производительных и совершенных машин. Однако очень важно определить тот предел (t*), при достижении которого дальнейшее наращивание труда прошлого приведёт к снижению производительности труда совокупного.

3. Уровень технологии технологического процесса

В предыдущей главе было определено, что процесс газосварки имеет ограниченный вариант динамики трудозатрат. Этот вариант обеспечивается рационалистическим развитием, связанным с уменьшением затрат живого труда, при увеличении затрат прошлого труда, за счёт механизации и автоматизации. Это приводит лишь к изменению скорости вспомогательных и рабочих действий. Причём в каждый промежуток времени Т_п увеличивается в меньшей степени, чем уменьшается Т_ж. В связи с этим необходимо сделать вывод об ограниченной эффективности механизации и автоматизации.

Т.к. газосварка -- процесс больше механизированы, чем ручной, то воспользуемся моделью рационалистического развития технологического процесса Дворцина для нахождения производительности живого труда (L), технологической вооружённости (B) и уровня технологии (У):

L= (3.1)

Зная, что параметры L, B и У являются функциями от затрат живого и прошлого труда:

L = (3.2),

В = (3.3) ,

У=, (3.4),

находим (подставив в формулу Дворцина соответствующие данные), что для времени t= 3 года:

L = =1.036 ,

B = =0.38332 ,

У = =2,8 ,

С целью упрощения определения границы рационалистического развития, воспользуемся понятием относительного уровня технологии:

(3.5)

Рассчитаем У* для момента t=3 года:

, тогда

Т.к. в этот же момент времени (t=3 года) L (производительность живого труда) =1,036, легко определить, что У*L, значит рационалистическое развитие в этот момент времени целесообразно.

Зная, что равенство У*=L является границей рационалистического развития найдём t*:

Так как У*=1/Т_п и L=1/Т_ж, то 1/Т_п=1/Т_{ж ,} а значит Т_п=Т_ж , тогда получим следующее равенство:

250/(63t*+70)=0,09t*+0,1 откуда t*=5,5

Рассчитывая границу рационалистического развития в главе 2, мы получили такой же результат.

Т.к. уровень технологии (У) является показателем качества технологического процесса и определяет его производительность, то получив уровень технологии газосварки 2,8 можно судить о неэффективности использования Т_ж и Т_п, очень низком экономическом качестве и уровне технологии процесса газосварки.

Наиболее очевидным выходом из данного положения является замена технологии производства на более эффективную и экономически выгодную.

Проанализировав процесс газосварки, можно предложить следующие мероприятия по её совершенствованию:

1.Т.к. в процессе газовой сварки сборочные операции самые трудоёмкие, их трудоёмкость составляет порядка 30% от общей трудоёмкости сварных изделий и узлов, то необходимо использование механизации и автоматизации для сборки сварных конструкций.

2. Применять более дешёвые горючие газы, например, заменить ацетилен на МАФ (метилацетиленовая фракция), который в 2 раза дешевле, экологичен, не требует спецоборудования.

3. Перенести контроль качества с конечной продукции на технологический процесс

4. Структура технологического процесса газовой сварки

Структура процесса газовой сварки складывается из рабочих и вспомогательных действий разного иерархического уровня. К рабочим действиям относятся: рабочий ход (воздействие пламени на металл), технологический переход (плавление), технологическая операция, технологический процесс. К вспомогательным - вспомогательный ход (движение огня по направлению к свариваемым деталям, движение огня от свариваемых деталей), вспомогательный переход (сближение деталей до плотного контакта, подача горелки к изделию, удаление источника тепла от изделия ), вспомогательная операция. Причём на каждом иерархическом уровне рабочим действиям соответствует своя группа вспомогательных действий. Элементарным технологическим процессом является минимальная совокупность действий, приводящая к получению товарной продукции. Технологический процесс состоит из операций. Операция - часть элементарного технологического процесса, характеризующаяся постоянством характера воздействия на сырье, постоянством самого сырья и используемых орудий труда.

Операция состоит из технологического перехода, характеризующегося постоянством режимов работы оборудования, и вспомогательного перехода, включающего действия исполнителей и орудий труда, необходимых для выполнения технологического перехода. Технологический переход состоит из рабочего и вспомогательных ходов. Сущность рабочего хода - воздействие инструмента на предмет труда, в результате чего происходит изменение формы, свойств, состояния в соответствии с целью технологического процесса газовой сварки. Вспомогательный ход выполняет пространственное совмещение инструмента с предметом труда, а также загрузку-выгрузку.Таким образом, структура технологического процесса газовой сварки графически будет выглядеть следующим образом:



Схема 4.1 Пооперационная структура технологического процесса газовой сварки



Схема 4.2 Структура операции «Обработка пламенем»

Схема 4.3 Структура технологического перехода

Газовая сварка представляет собой дискретный технологический цикл, т.к. в процессе газовой сварки происходит чередование вспомогательных и рабочих действий во времени и выполнение всех рабочих действий на одном и том же месте.

Недостаток дискретного цикла в том, что необходима слаженная работа всех этапов технологического процесса, производственный процесс газовой сварки растянут во времени.

Достоинства - возможность координации процессов производства деталей и узлов, их своевременное поступление на этапы сварки (сборки).

Необходимые направления совершенствования процесса газосварки:

1.Согласование производственных мощностей отдельных этапов.

2.Производственный процесс должен протекать в непрерывном режиме.

3.Процесс должен протекать в заданном темпе.

Для реализации этих направлений можно ввести типовой технологический процесс, который позволит сократить длительность производственного цикла в 2,5 раз, повысить техническое оснащение на 70-90%, снизить трудоёмкость на 30-40%, а себестоимость на 20%. Также уменьшится объём технологической документации в 6-10 раз, ускорится проектирование технологического процесса в 3-4 раза.

5. Система технологических процессов машиностроения и место в ней газовой сварки

5.1 Характеристика и структура машиностроительного комплекса

Машиностроение является ведущей отраслью современной промышленности. Значение машиностроения в народном хозяйстве определяется тем, что оно создает один из важнейших элементов производительных сил - орудия труда.

Продукция машиностроения поставляется всеми отраслями народного хозяйства.

В каждой отрасли машиностроения существуют свои специфические технологические методы и приемы, однако для машиностроения в целом характерна общность сырьевых материалов (черные и цветные металлы, их сплавы) и идентичность основных технологических принципов превращения их в детали (литье, ковка, штамповка, обработка резанием), а деталей в изделия(сварка, сборка и т.д.).

Технологический цикл на любом машиностроительном предприятии включает в себя три последовательные стадии: изготовление заготовок, их обработку и сборку готовых деталей в сборочную единицу, механизм и машину.

Структура машиностроительного комплекса включает в себя следующие процессы: литье в песчано-глинистые формы, литье по выплавляемым моделям, прокатное производство, штамповка, закалка, резание на токарных станках, сборка, дуговая сварка, газовая сварка.



Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Схема5.1. Структура машиностроительного комплекса.

1 - литье в разовые песчано-глинистые формы

2 - литье по выплавляемым моделям

3 - прокатка

4 - штамповка

5 - термическая обработка стали

6 - обработка резанием на токарных станках

7 - обработка металлов на фрезерных станках

8 - сборка

9 - дуговая сварка

10 - газовая сварка

Поскольку между элементами параллельной системы нет обмена опытом, то в реальности эту систему нельзя назвать параллельной.

Поэтому разделить комплекс на совокупные подсистемы можно лишь теоретически.

5.2 Определение направлений машиностроительного комплекса

Систему технологических процессов так же, как и отдельный процесс, можно охарактеризовать показателем уровня технологии, объёмом выпуска и затратами прошлого труда.

Для определения направления развития комплекса необходимо рассчитать значение параметров: Q - объем выпуска технологического процесса; -- объемное значение уровня технологии технологического процесса; Ф - затраты прошлого труда в технологическом процессе. Эти параметры находятся путем умножения удельных параметров L, У, В на объемное значение живого труда Тж^{0 ,} где Тж⁰ =v(N+100) +N, где N - порядковый номер элемента в системе. Для расчета также применяются формулы:

Q_i=Тжi?•Li, (5.2.1)

i= Тжi?•Уi, (5.2.2)

Фi=Вi•Тж°; (5.2.3)

Таблица 5.2. 1

Значения основных параметров элементов структуры.

N	Tж	Тп	Т0жi	Li	Вi	Уi	Qi	i	Фi
1	0.73	0.55	11.05	1.37	0.75	2.49	15.14	27.51	8.29
2	0.93	0.72	12.1	1.08	0.77	1.49	13.01	18.03	9.32
3	0.7	0.62	13.15	1.43	0.89	2.3	18.8	30.25	11.7
4	0.91	0.69	14.2	1.1	0.76	1.59	15.62	24.84	10.79
5	0.56	0.32	15.23	1.79	0.57	5.58	27.26	84.98	8.68
6	0.38	0.26	16.3	2.63	0.68	10.12	45.31	164.9	11.74
7	0.46	0.18	17.34	2.17	0.39	12.08	37.63	209.4	6.76
8	0.8	0.48	18.39	1.25	0.6	2.6	22.99	47.81	11.03
9	0.75	0.51	19.44	1.33	0.68	2.61	25.86	50.74	13.22
10	0.97	0.37	20.49	1.03	0.38	2.79	21.1	57.7	7.79

Найдем реальное значение объемного уровня технологии системы с помощью зависимости:

=QcІ/Фс (5.2.4)

где Qc - системный выпуск, Фс - затраты прошлого труда в системе. Т.к. Ф_с находится путём суммирования соответствующих параметров по всем элементам системы, то:

Фс==99,32 (руб/год)

Поскольку минимальный объем выпуска в третьем элементе, то

Qc==114,95 (руб/год)

=133,04

Важно определить соответствие между уровнем технологии технологического процесса и всей системы. Сделаем обратный переход от значения уровня технологии системы к удельному Ус:

(5.2.5) ,

(5.2.6)

Ус=133,04/157,69=0,84

В главе 3 было получено У=2,8. Очевидно, что Ус<У, значит система тормозит технологический процесс. Известно, что оптимизация, причем не только технологических систем, позволяет обеспечить прирост результата без дополнительных затрат, поэтому определим системный уровень технологии в оптимальном режиме

(5.2.7)

(5.2.8)

=100,63

Для последовательной системы, состоящей из пяти элементов:

Сопоставляем значения оптимального уровня технологии и объемного уровня технологии.

с=133,04

оптс=458,6

с<оптс (133,04<458,6)

Это значит, что система неоптимальная. Определим выпуск продукции в оптимальном режиме.

(5.2.9)

Q_{опт с} =213,42

Оптимизация целесообразна, так как Qc<Qоптс (114,95<213,42)

Рассчитаем прирост продукции после оптимизации:

Q_с - 100%, 114,95 - 100%

Q _оптс- х% , 213,42 - х%

X=(213,42*100)/114,95=186%

Прирост равен: ?=186%-100%=86%

6. Анализ перспективных направлений развития технологического процесса газовой сварки

Применительно к газовой сварке принципиально важным направлением повышения производительности труда является механизация и автоматизация процесса сварки, позволяющие применять значительную мощность пламени и высокую скорость сварки, причём качество швов обеспечивается стабильностью режима. Такое решение вопроса возможно для массового выполнения однотипных, в основном длинных, швов малой толщины.

Однако при индивидуальных и мелкосерийных работах применение специализированных автоматов нерационально и следует рассмотреть пути возможного повышения производительности ручной газовой сварки, используемые сварщиками-передовиками.

При ручной сварке также возможно применение больших мощностей пламени, чем используется обычно. Однако это требует высокой квалификации сварщиков и приводит к повышению производительности труда примерно на 20% при увеличении мощности пламени на 50%

Вопрос о рациональности применения этого метода должен решаться в каждом отдельном случае.

Применение жёсткого пламени (т.е. пламени с повышенными скоростями истечения горючеё смеси из горелок) приводит к большой концентрации нагрева и тем самым к увеличению производительности сварки. При этом скорость истечения при нормальных горелках может быть предельно увеличена на 20-30% от нормальной скорости истечения.

Сварка «жёстким пламенем» ещё более затруднительна, чем сварка пламенем повышенной мощности, в связи с усиленным выдуванием металла из сварочной ванны. Более эффективным является применение «активированного» пламени, т.е. пламени с несколько повышенным количеством кислорода. При этом одновременно с повышением эффективности прогрева и расплавления будет происходить и окисление расплавленного металла. Для раскисления жидкого металла необходимо в ванну вводить достаточное количество раскислителей, которые, как правило, вводятся с присадочным металлом. Получая повышение производительности сварки, в этом случае, следует учитывать увеличение стоимости присадочного металла.

Распространёнными формами повышения производительности газовой сварки является также использование местного или общего предварительного подогрева перед сваркой, применение дешёвого топлива (печи на коксовом газе, горны и прочее). Эти методы особенно эффективны при массовом производстве или заварке брака литых деталей.

Некоторые сварщики при сварке мелких деталей, умело располагая их на сварочном столе, используют для предварительного подогрева тепло отходящих газов пламени, подогревающих следующую деталь при сварке предыдущей. Это приводит к повышению производительности сварки на 20-40% без какого-либо увеличения расхода материалов.

При наплавочных работах в ряде случаев рационально применять присадочный материал не круглого, а трёхгранного сечения, что приводит к его более интенсивному прогреву и расплавлению.

Рациональные методы повышения экономичности газовой сварки должны изыскиваться в каждом отдельном случае её применения.

Недавно было разработано (Миронов А.В.) и внедрено в производство устройство для газовой сварки пропаном. Устройство представляет собой модернизированный, по сравнению с обычным, мундштук наконечника газовой горелки. Мундштук имеет увеличенную длину для обеспечения предварительного подогрева горючей смеси. Известно, что температура пламени пропано-кислородной смеси в обычной ацетиленовой горелке как правило на 500 градусов цельсия ниже, чем температура кислородно-ацетиленового пламени. Модернизированный мундштук обычной ацетилено-кислородной горелки позволяет за счет предварительного подогрева газовой смеси повысить температуру пламени кислородно-пропановой смеси на 300 градусов.

Программа промышленного строительства в нашей стране предусматривает дальнейшее развитие сварочной техники и её широкое внедрение во все отрасли машиностроения. Особое внимание будет уделено повышению уровня комплексной автоматизации и механизации сварочного производства, увеличению производительности труда и обеспечению высокого качества сварных соединений.

Заключение

По результатам работы можно сделать следующие выводы:

1.Технологический процесс газовой сварки отличается от других видов обработки металлов. Метод газовой сварки прост, универсален, не требует дорогостоящего оборудования, сварные швы обеспечивают высокую надежность, а также экономию металла.

2. Динамика трудозатрат - ограниченная.

3.Совершенствование технологического процесса газовой сварки осуществляется за счет повышения эффективности использования прошлого труда и снижения затрат живого труда - трудосбережение.

В то же время реализуется убывающий тип отдачи дополнительных затрат прошлого труда.

4. Предел накопления прошлого труда равен 5,5 лет

5.Уровень технологии технологического процесса газовой сварки - 2,8, поэтому можно судить о неэффективности использования Т_ж и Т_п, очень низком экономическом качестве и уровне технологии процесса газосварки.

6.Рационалистическое развитие газовой сварки целесообразно.

7.Технологический процесс газовой сварки является дискретным.

8. Процесс газовой сварки включен в машиностроительный комплекс, который образует комбинированную технологическую систему.

9. В настоящее время происходит усовершенствование газовой сварки, и поиск новых более прогрессивных технологий.

Список литературы

1.Геворкян В.Г., Основы сварочного дела. М., 1985

2.Соколов И.И., Газовая сварка и резка металлов. М., 1978

3.Соединения сварные трубопроводов и металлоконструкций. Госстандарт. М 5-2003

4.Некрасов Ю.И., Справочник молодого газосварщика и газорезчика. М., 1984

5.Верховенко В.Л., Справочник сварщика. Мн.,1990

6.Технология важнейших отраслей промышленности. / Под редакцией Гимберга А.М., Хохлова Б.А. М.,1985

7.Технология металлов и конструкционные материалы. / Под ред. Б.А. Кузьмина, М.,1981

8.Краткий справочник металлиста. / Под ред. П.Н. Орлова, М.,1987

9.Ялышко Г.Ф. Газовые работы. М., 1976

10.Петров Г.Л., Тумарев А.С., Теория сварочных процессов. М.,1977

11.Технология и оборудование сварки плавлением. / Под ред. Г.Д. Никифорова, М., 1978

12.Стеклов О.И., Основы сварочного производства. М.,1981

13.Методы определения механических свойств. М.1991

14.Соединения сварные. Методы контроля качества. М.1979

15.Евсеев Г.Б., Глизманенко Д.Л. Оборудование и технология газопламенной обработки металлов и неметаллических материалов. М.,1974

16.Николаев Г.А., Куркин С.А. Сварные конструкции. Технология изготовления автоматизация производства и проектирования сварных конструкций.М.1983

17.Амигуд Д.З. Справочник молодого газосварщика и газорезчика. М.1977

18. Технология металлов. / Под ред. Кучера А.М., Ленинград,1980

19. Сварка металлов. Классификация. М.1980

20. Сварка, пайка и термическая резка металлов, часть 4. М.1978

21. Сварка, пайка и термическая резка металлов, часть 5. М. 1979

22.Кохно Н.П. Общая экономическая теория технологического развития производства.

23. Справочник сварщика. / Под ред.В.В. Степанова. М.,1983

24. Сварка в машиностроении. / Под ред. В.А. Винокурова. М.,1979

25.Винокуров В.А. Отпуск сварных конструкций для снижения напряжений. М., 1973

29. Гитлевич А.Д. Механизация и автоматизация сварочного производства. М., 1972

30. Ершов Л.К. Технология производства сварных конструкций в машиностроении. М.,1964

31. Ховов В.М. Автоматизация сварочного производства. М., 1978

Размещено на Allbest.ru