Формирование сварного шва при сварке с раздельным токоподводом к изделию

Объектом исследования является процесс дуговой сварки неплавящимся электродом в защитной среде аргона с раздельным токоподвод к изделию.
Цель работы – исследование и разработка технологии сварки неплавящимся электродом в аргоне с управлением собственным магнитным дутьем, при раздельном токоподводе к изделию.
В процессе исследования проводились анализ методов повышения эффективности и способы сварки неплавящимся электродом с применением импульсного питания сварочной дуги, проведен анализ сварки модулированным током и предложен наиболее перспективный способ.
В результате исследования разработан процесс сварки неплавящимся электродом с управлением магнитным дутьем, при раздельном токоподводе к изделию.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 18

1 Анализ современного состояния сварки магнитоуправляемой дугой………….. 21

1.1 Влияние собственного магнитного поля на процесс сварки ………………….. 21

1.2 Способы ликвидации магнитного дутья ……………………………………………….. 26

1.3 Методы использования магнитного дутья для управления процессом сварки
…………………………………………………………………………………………………………………. 27

2 Силы, действующие на сварочную ванну ………………………………………………….. 30

2.1 Сила поверхносного натяжения …………………………………………………………… 32

3 Модель формирования сварного шва при изменении токоподвода к изделию
……………………………………………………………………………………………………………………. 35

3.1 Растекание тока и его подвод ………………………………………………………………. 35

3.2 Формирование магнитных полей. ………………………………………………………… 36

3.3 Образование объемных электромагнитных сил ……………………………………. 37

3.4 Формирование пристеночного валика ………………………………………………….. 38

3.5 Влияние сил поверхностного натяжения ……………………………………………… 39

4 Специфика выполнения сварного соединения……………………………………………. 41

4.1 Подготовка кромок ……………………………………………………………………………… 41

4.2 Сборка ………………………………………………………………………………………………… 44

4.3 Технология сварки ………………………………………………………………………………. 46

5 Экспериментальная часть ………………………………………………………………………….. 51

5.1 Функциональная схема экспериментальной установки ………………………… 51

5.2 Формирование сварного соединения ……………………………………………………. 51

6 Финансовый менеджмент, ресурсоемкость и ресурсосбережение ………………. 55
6.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ………. 55

6.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………. 55

6.1.2 Анализ конкурентных технических решений ………………………………….. 56

6.1.3 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………… 58

6.2 Определение возможных альтернатив проведения научных исследований
…………………………………………………………………………………………………………………. 59

6.3 Планирование научно-исследовательских работ ………………………………….. 60

6.3.1 Структура работ в рамках научного исследования ………………………….. 60

6.3.2 Определение трудоемкости выполнения работ ……………………………….. 62

6.3.3 Разработка графика поведения научного исследования …………………… 63

6.4 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ……………………………… 67

6.4.1 Расчет материальных затрат НТИ …………………………………………………… 67

6.4.2 Расчёт затрат на специальное оборудование для научных работ ……… 68

6.4.3 Основанная и дополнительная заработная плата исполнителей темы 69

6.4.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ……….. 71

6.4.5 Накладные расходы НТИ ……………………………………………………………….. 72

6.4.6 Формирование бюджета научно-исследовательского проекта …………. 72

6.5 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования ………………………. 73

7 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 76

7.1 Производственная безопасность ………………………………………………………….. 76

7.1.1 Отклонение показателей микроклимата в производственных
помещениях …………………………………………………………………………………………… 77

7.1.2 Повышенный уровень шума на рабочем месте ……………………………….. 78

7.1.3 Повышенный уровень вибрации …………………………………………………….. 79
7.1.4 Освещенность рабочей зоны ………………………………………………………….. 80

7.1.5 Повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей среды 85

7.1.6 Электромагнитные поля …………………………………………………………………. 86

7.1.7 Электрический ток …………………………………………………………………………. 88

7.1.8 Повышенная яркость света …………………………………………………………….. 88

7.1.9 Пожарная безопасность ………………………………………………………………….. 89

7.1.10 Повышенная температура поверхности ………………………………………… 91

7.2 Экологическая безопасность………………………………………………………………… 92

7.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………….. 93

7.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………. 94

Заключение …………………………………………………………………………………………………. 96

Список литературы ……………………………………………………………………………………… 97

Приложение А …………………………………………………………………………………………… 101

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были
рассмотрены варианты воздействия магнитного поля на сварочную дугу, методы
их компенсации, также изучены литературные источники по использованию
эффекта магнитного дутья для управления процессом сварки, предложен способ
импульсного питания сварочной дуги с изменением точки подвода тока к
изделию.
Результатом является полученный образец корневого слоя шва, который
представлен на рисунке 20. Образец получился с вогнутой формой корня шва,
без подрезов, с плавным переходом к стенкам, без наплывов. Обратная сторона
корня шва имеет равномерное усиление по всей окружности 0,8 мм, что является
гарантированным признаком качества корня шва, это объясняется
концентрированным вводом тепла в изделие. При данном способе сварки
корневого слоя шва исключается возникновение дефектов корня шва,
исключается профессиональный навык сварщика.
С точки зрения интегральных показателей эффективности, сравнив
аналогичные способы сварки, можно сделать вывод, что реализация технологии
в первом исполнении (табл. 6.14) является более эффективным вариантом
решения задачи, поставленной в данной работе с позиции финансовой и
ресурсной эффективности.
При проведении исследования образовывались следующие отходы:
остатки сварочной проволоки, которая впоследствии утилизировалась, огарки
неплавящихся вольфрамовых электродов, которые в виду их непригодность
выкидывались в контейнер для последующей переработки и макулатура, не
производились вредные выбросы в водные источники и атмосферу.
На основании полученных данных можно сказать, что автоматическая
аргонодуговая сварка с двухсторонним подводом тока и импульсным питанием
сварочной дуги является перспективным методом.

1.Гаген, Ю. Г. Сварка магнитоуправляемой дугой / Ю.Г. Гаген и В.Д.
Таран. – М.: Машиностроение, 1970. – 160 с.
2.Думов, С. И. Технология электрической сварки плавлением / С. И.
Думов. – Л.: Машиностроение, 1987. – 461 с.
3.Дедюх, Р. И. Теория сварочных процессов. Физические и
технологические свойства электросварочной дуги : учебное пособие / Р.И.
Дедюх. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. – 118
с.
4.Князьков, А. Ф. Использование собственного магнитного поля
сварочной дуги для управления процессом сварки / А. Ф. Князьков, Е. О.
Маурин, Д. А. Петухов; науч. рук. А. Ф. Князьков // Неразрушающий контроль:
электронное приборостроение, технологии, безопасность: сборник трудов V
Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и
молодых учёных, Томск, 25-29 мая 2015 г.в 2 т. / Национальный
исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). — Т. 2. — С.
130 – 133.
5.Способ дуговой сварки плавлением с использованием в качестве
источника сварочного нагрева электрической дуги // Авторское свидетельство
СССР № 465290. 1975. Бюл. № 12. / Макара А. М., Назарчук А. Т., Гордонный В.
Г., Дибец А. Т.
6.Стеклов О.И. – Основы сварочного производства: Учеб. пособие для
техн. училищ. – М.: Высш. школа, 1981 – 160 с., ил. – (Профтехобразование.
Сварка. Резка).
7.Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
физический факультет. Лабораторный практикум по молекулярной физике.
Изучениеявленияповерхностногонатяжения.URL:
http://genphys.phys.msu.ru/rus/lab/mol/Lab204.pdf;
8.С.Д.Варламов.Капляводынаповерхностистекла.
URL:https://internat.msu.ru/media/uploads/files/%D0%9A%D0%B0%D0%BF%D0
%BB%D1%8F-%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B-
%D0%BD%D0%B0%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%85%D
0%BD%D0%B%D1%81%D1%82%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BA
%D0%BB%D0%B0.pdf.
9.Райчук, Ю.И. Распределение тока по пластине при дуговой сварке /
Ю. И. Райчук // Автоматическая сварка. — 1967. — №4. — С. 19 – 22.
10. СидоровВ.П.Исследованиепроцессауправления
пространственным положением сварочной дуги за счет параметров ее
собственного магнитного поля / В.П. Сидоров, И.В. Смирнов, А.И. Захаренко,
В.Г. Добровольский, Э.С. Гилязев. // Атомная энергетика. — 2011. — № 5. — С.
25 – 30.
11. МандельбергС.Л.Влияниерасположениятокоподводана
формирование швов / Мандельберг С.Л., Сидоренко Б.Г., Лопата В.Е. //
Автоматическая сварка. — 1976. — № 3. — С. 56 – 61.
12. Князьков, А. Ф. Модель формирования сварного шва при изменении
токоподвода к изделию / А. Ф. Князьков, Е. О. Маурин; науч. рук. А. Ф. Князьков
// Неразрушающий контроль: электронное приборостроение, технологии,
безопасность:сборниктрудовIVВсероссийскойнаучно-практической
конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, Томск, 26-30 мая 2014
г.в 2 т. / Национальный исследовательский Томский политехнический
университет (ТПУ). — 2014. — Т. 2. — C. 67 – 70.
13. ЕрохинА.А.Основысваркиплавлением.г.Москва.
Машиностроение 1973 г.
14. Г.Г.Чернышов, В.В.Панков,И.С.Маркушевич.Влияние
параметров режима сварки на формирование пристеночного валика при сварке в
глубокую разделку. Сварочное производство №12, 1984 г. Стр. 14-15;
15. Маурин Е.О. Аннотация на научный доклад об основных результатах
подготовленной научно-квалификационной работы по теме «Повышение
эффективности орбитальной сварки за счет автоматического изменения двух и
болееточектокоподводаксвариваемомуизделию».Июнь2018г.
http://earchive.tpu.ru/handle/11683/48860.