"Высокопроизводительные виды сварки".

Автор: Матюхина Елена Анатольевна
Должность: преподаватель спецдисциплин
Учебное заведение: ГБПОУ РО ШАХТИНСКИЙ техникум "Дон-Текс"
Населённый пункт: ШАХТЫ
Наименование материала: МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
Тема: "Высокопроизводительные виды сварки".
Дата публикации: 12.05.2016







Вернуться назад       Перейти в раздел





Текстовая часть публикации

План- конспект урока по предмету «Технология ручной дуговой сварки»
Тема: высокопроизводительные виды сварки.

I. Дидактическое обоснование урока

Цели урока
: 1.Образовательные: 1.1. Способствовать формированию представления о развитии процесса сварки, и о дальнейших перспективах развития техники и технологии сварки металла. 2. Развивающие: 2.1. Способствовать формированию и развитию познавательного интереса учащихся к предмету. 2.2 Способствовать развитию самостоятельности в поиске информации (опережающее задание) 2.3. Способствовать развитию речи учащихся (самостоятельная подготовка доклада). 2.4.Способствовать овладению учащимися всеми видами памяти. 3. Воспитательные: 3.1. Способствовать формированию и развитию эстетических, экологических, экономических качеств личности. 3.2 Способствовать укреплению любви к выбранной профессии.
Методическое оснащение урока:
1. Материально-техническая база: — кабинет технологии; 2. Дидактическое обеспечение: — рабочая тетрадь; — презентация; — видеофильм;
Методы обучения:
объяснительно-иллюстративные методы.
Тип урока:
Комбинированный

II. Ход урока
№ Ход урока Приложение 1. Организационный момент 2 мин — приветствие; — проверка явки учащихся; — заполнение учителем классного журнала; — проверка готовности учащихся к уроку; — настрой учащихся на работу; — доведение до учащихся цели урока. 2. Изложение нового материала 4о мин И всюду, сварщик, есть твой труд! Заслуженно Гордишься ты профессией своей И, если надо, не считаясь с отдыхом, Творишь ты мир и счастье для людей Горячим сердцем, сварки жарким сполохом! Р. Цепнев Сварочная техника и технология занимают одно из ведущих мест в современном производстве. Начало века металла наступило с появлением выплавки его из руды. Самая ранняя выплавка и обработка рудной меди произошла, по данным археологов, около 700 лет назад в Малой Азии. Однако особенно высокого развития и большого разнообразия достигает техника получения неразъемных соединений металла в железном веке. Нагрев и сварку-ковку повторяли неоднократно, железо становилось чище и плотнее. В те же отдаленные времена выработалось умение сваривать Прилож.№1 «учебный фильм- Виды сварки в строительстве» Приложени е №1
отдельные куски железа путем нагрева и последующей проковки. В то же время, наряду с изготовлением простых изделий из железа и стали, кузнецы создавали сложные конструкции, широко применяя технологические приемы, в которых использовались различные виды кузнечной сварки. Сварку применяли для увеличения размеров заготовки, придания изделиям нужной формы, соединения разнородных металлов для улучшения качества лезвий режущего и рубящего оружия. Очень широко в VII–III вв. до н.э. применяли и наварку накладных деталей при изготовлении мечей и кинжалов, ножей, серпов и топоров. Довольно часто кузнецы ограничивались наваркой небольшой стальной пластины на режущую часть лезвия. Реже встречалась сварка, при которой между двумя более мягкими пластинами заключалась пластина из более твердой стали. В результате получалось высококачественное самозатачивающееся лезвие, так как мягкие боковые пластины изнашивались быстрее средней. В IХ–ХIII вв. в Киевской Руси были хорошо развиты металлургия и металлообработка. В этот период технический уровень русского ремесла был выше, чем в странах Западной Европы. В Киевской Руси было освоено производство высококачественной углеродистой стали. В ХIII в. здесь увеличили высоту горна печей и усилили нагнетание воздуха мехами. Жидкий шлак стал самостоятельно стекать по канальцам, расположенным по краям основания печи. После плавки горн разбирали, извлекали из него слитки металла и проковывали их. В результате проковки металл уплотнялся, частицы шлака выдавливались. Измельчение зерна придавало металлу дополнительную прочность. Кузнечная сварка была основным, хорошо разработанным и освоенным Прилож.№2 Доклад учащихся Слайд 2,3,4
технологическим приемом при изготовлении всевозможных железных и стальных изделий. С помощью кузнечной сварки изготавливали около 70 % металлических изделий. Монголо-татарское нашествие вызвало спад ремесленной деятельности на Руси, восстановление которой наблюдается только во второй половине XIV в., но на новой технической основе. Возникает более совершенный вид металлургического предприятия – рудня, особенностью которого было использование водяного двигателя. Поднялось на новую ступень и кузнечно-сварочное дело. Прежде всего с развитием техники сварки связано изготовление огнестрельного оружия: пушек, тюфяков и пищалей. В ХV–XVI вв. кузнечное ремесло получило дальнейшее развитие. Поражают мастерским исполнением и новаторством идей такие изделия, как боевые топорики со стальными лезвиями и бронзовыми обухами, браслеты и перстни с чернью, украшения, покрытые тысячью припаянных зерен металла. При изготовлении пушек применяли иногда новый процесс соединения ее частей – заливкой расплавленной бронзой. Тот или иной технологический прием кузнечной сварки не оставался неизменным. Он трансформировался в зависимости от уровня развития ремесла и товарного производства. По мере того как ремесленник переходил к изготовлению все более массовой продукции, технология ее производства все более упрощалась. Постепенно кузнечная сварка достигла такого совершенства, что ее стали использовать для производства таких особо ответственных изделий, как железнодорожные рельсы. Эту технологию впервые разработал английский инженер Никсон. В этот период кузнечная сварка достигла своей вершины.
Специалисты-ремесленники в совершенстве владели технологией, изобретали новые приемы и методы соединения сложных деталей, изготовляя орудия труда, инструменты, оружие. Но самые совершенные методы кузнечной сварки уже не удовлетворяли потребностей производства. Для того чтобы отковать крупное изделие, нужна крупная заготовка. Такие заготовки получали из пакета мелких листов. Пакет, скрепленный оболочкой, нагревали в печи и проковывали – сваривали, придавая форму бруска. При необходимости несколько таких брусков соединяли между собой. При большом числе свариваемых заготовок появлялись дефекты – непровары: в отдельных местах листы не сваривались друг с другом. Наиболее опасными были внутренние непровары, приводившие к разрушению нагруженных деталей во время работы. Качество кузнечной сварки зависело от мастерства кузнецов. Развивающаяся техника предъявляла все более серьезные требования к качеству соединения металлических деталей. Специалисты пытались усовершенствовать кузнечную сварку. Ручной труд молотобойцев был заменен работой механических молотов с массой бойка до 1 т, производящих до 100–400 ударов в минуту. Но все эти меры не решали многих проблем изготовления и ремонта промышленного оборудования. Наряду с кузнечной сваркой начиная с XV в. стали развиваться сварочные процессы, связанные с использованием теплоты, выделяющейся при сгорании горючих газов. С начала XVIII в. начался мировой триумф уральской металлургии и уральской кузнечной сварки. Кузнечная, литейная сварка и пайка являлись основными технологическими процессами соединения металлов и осуществлялись кузнецами. Сварка выделилась в
самостоятельный технологический процесс лишь в конце XIX– начале ХХ вв. В XIX в. в промышленности кузнечная сварка была механизирована. Ручной труд молотобойца заменяется механическими молотами. Великий отечественный металлург П.П. Аносов, более 30 лет проработавший на Златоустовском металлургическом заводе, автор различных марок сталей для производства непревзойденного холодного оружия, разработал молот для проковки кричного железа. С годами совершенствовалась и технология кузнечной сварки. Этим методом стали изготавливать биметалл (бронза+сталь), трубы диаметром до 600 мм с прямым и спиралевидным швом. Однако во многих отраслях кузнечная сварка уже не удовлетворяла возросших требований техники. В конце XIX в. на основе достижений в области физики, химии, механики и электротехники в сварке произошел своеобразный взрыв. Это связано с созданием мощных электрических источников нагрева и освоением газокислородного пламени Многие конструкции современных машин и сооружений, например космические ракеты, подводные лодки газы- и нефтепроводы, изготовить без помощи сварки невозможно. Развитие техники предъявляет все новые требованиям к способам производства и, в частности, к технологии сварки. Сейчас мы послушаем, какие же первые сварные конструкции были сделаны способом сварки. Приложение №1 Приложение №2 Приложение №3 Сегодня же сваривают материалы, которые еще относительно недавно считались экзотическими. Это 1. Доклад «Первые сварные конструкции» Слайд 5,6,7,8,9 2. Доклад «Сварка под
титановые, ниобиевые ибириллиевые сплавы, молибден, вольфрам, композиционные высокопрочные материалы, керамика, а также всевозможные сочетания разнородных материалов. Сваривают детали электроники толщиной в несколько микрон и детали тяжелого оборудования толщиной в несколько метров. Постоянно усложняются условия, в которых выполняются сварочные работы: сваривать приходится под водой, при высоких температурах, в глубоком вакууме при повышенной радиации, в невесомости. Недаром сварка стала вторым после сборки технологическим процессом, впервые в мире опробованным нашими космонавтами в космосе. Сейчас мы послушаем о сварке под водой и о сварке в космосе. Приложение №1 Приложение №3 Во второй половине ХХ в. произошел переход от машинно-технической революции к научно-технической, которая характеризуется широким использованием наукоемких технологий. В начале третьего тысячелетия сварка является одним из ведущих технологических процессов создания материальной основы современной цивилизации. Более половины валового национального продукта промышленно развитых стран создается с помощью сварки и родственных технологий. До 2/3 мирового потребления стального проката идет на производство сварных конструкций и сооружений. Во многих случаях сварка является единственно возможным или наиболее эффективным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов и получения ресурсосберегающих заготовок, максимально приближенных по геометрии к оптимальной форме готовой детали или конструкции. Непрерывный водой», Слайд 10,11 3. «Сварка в космосе» Слайд 12-18 Слайд 19 -25
рост наукоемкости сварочного производства способствует повышению качества продукции, ее эффективности и конкурентоспособности. Сегодня сварка применяется для неразъемного соединения широчайшей гаммы металлических, неметаллических и композиционных конструкционных материалов в условиях земной атмосферы, Мирового океана и космоса. Несмотря на непрерывно увеличивающееся применение в сварных конструкциях и изделиях легких сплавов, полимерных материалов и композитов, основным конструкционным материалом остается сталь. Именно поэтому мировой рынок сварочной техники и услуг возрастает пропорционально росту мирового потребления стали. К началу ХХI в. он оценивается примерно в 40 млрд. долларов, из которых около 70 % приходится на сварочные материалы и около 30 % – на сварочное оборудование. Отмеченные особенности определяют общую положительную тенденцию роста мирового производства сварных конструкций, динамичного развития мирового и регионального рынков сварочной техники и материалов, а также объемов научных исследований и разработок по совершенствованию сварки и родственных технологий. Основываясь на анализе, проведенном академиком Б.Е. Патоном, выделим основные направления развития сварки и родственных технологий в ХХI в. Сначала несколько слов об общих тенденциях применительно к нашей стране. Дуговая и контактная сварка останутся по-прежнему доминирующими способами соединения металлов. Предполагается, что доля ручной дуговой сварки покрытыми электродами к 2010 г. составит 20 – 25 % от общего объема сварки.
Доля механизированных и автоматических способов сварки в защитных газах, заменяющих ручную дуговую, составит в будущем 50 – 55 % общего ее объема. Развитие сварки под флюсом, доля которой к 2010 г. составит ~ 17 % в общем ее объеме, связано с созданием более совершенного оборудования. Учитывая мировые тенденции расширения области применения прогрессивных ресурсосберегающих технологий можно предположить, что доля лазерной технологии в сварочном производстве в предстоящее десятилетие существенно увеличится и достигнет 6 – 8 % общего объема сварочных работ. Такие способы сварки, как электронно-лучевая, диффузионная и высокочастотная, занимают важное место в общих технологических процессах обработки металлов и будут развиваться в зависимости от нужд и запросов промышленности. Оборудование. Лидирующее положение на рынке будет занимать оборудование для дуговой сварки, доля которого будет только возрастать в основном за счет оборудования для сварки порошковой и сплошной проволокой при сокращении доли оборудования для ручной дуговой сварки покрытыми электродами. Развитие дуговой сварки во многом определяется техническим прогрессом и разработками новых источников питания, полуавтоматов и автоматов. По-видимому, найдут широкое применение источники питания, позволяющие обеспечить гибкое формирование внешних и динамических характеристик. Новые подающие механизмы должны иметь специальные устройства для программного управления параметрами режима сварки. Основным направлением совершенствования
оборудования для электронно-лучевой сварки будет являться реализация возможности получения изделий пространственно сложной формы за счет компьютерного управления всеми подсистемами установки и ходом технологического процесса. Оборудование для контактной сварки будет относительно долго удерживать второе место на рынке сварочного оборудования. Доля его в ближайшие годы будет несколько возрастать. Возможно, контактную сварку несколько потеснит лазерная сварка. При этом можно выделить следующие направления совершенствования оборудования и систем управления. Простейшим усовершенствованием стандартного процесса лазерной сварки является использование устройства для прецизионной подачи присадочной проволоки в зазор. Это обеспечивает целенаправленное воздействие на металлургические процессы в металле шва, пригодность лазерной сварки для материалов, склонных к образованию трещин, а также для выполнения соединений различных материалов с промежуточными слоями. Создание устройств для дистанционного наведения луча лазера. Поэтому лазеры обычно используют для поверхностной термической обработки, напыления порошковых материалов и сварки в режиме проплавления теплопроводностью. Излучение лазеров этого типа на длине волны в ближнем инфракрасном диапазоне позволяет использовать их как для сварки металлов, так и пластмасс. Объем оборудования для газовой сварки и резки будет сокращаться, хотя доля его останется значительной. Создание гибких модулей для плазменных сварки, резки и нанесения покрытий, автоматизация процессов плазменной обработки являются важнейшими направлениями работ инженеров и конструкторов. Повышение качества и работоспособности
сварных конструкций непрерывно связано с совершенствованием такого важного и трудоемкого процесса, как неразрушающий контроль качества сварных соединений. Поэтому должны получить дальнейшее развитие работы по созданию современной аппаратуры для неразрушающего контроля качества как в заводских условиях, так и на монтаже. Особенно актуальна работа по созданию портативной аппаратуры для ультразвукового контроля, которая позволила бы с большой достоверностью определять и описывать дефекты в трехкоординатных плоскостях в автоматическом режиме. Материалы. Ощутимые изменения наблюдаются на мировом рынке сварочных материалов. Материалы для механизированных видов сварки, в первую очередь порошковая и сплошная проволоки, уверенно теснят по объемам продаж на рынке покрытые электроды для ручной дуговой сварки. Эти тенденции должны сохраниться, что в обозримом будущем приведет к стабилизации применения покрытых электродов на уровне 15-25 % вместо 20-30 % в настоящее время. Основные направления – разработка сварочных материалов специального назначения, обеспечивающих соединение высокопрочных сталей и сплавов, разнородных, многослойных и композиционных материалов. Кроме того, актуальной является задача создания сварочных материалов, оптимальных как по количественному содержанию компонентов, так и по экономическим показателям. Также должны учитываться гигиенические характеристики выделяющихся сварочных аэрозолей. В связи с этим возникает необходимость обоснования введения новых компонентов в шихту с учетом высказанных выше требований и оценки
диапазона их концентраций. Известно, что для сварных конструкций требуются хорошо свариваемые материалы. Рациональное использование новых конструкционных материалов с высокими показателями механических свойств позволяет эффективно решать проблемы снижения металлоемкости, повышения надежности и долговечности сварных конструкций. Будет непрерывно расширяться применение высокопрочных сталей в ответственных сварных конструкциях. Все более широкое применение находят высокопрочные алюминиево-литиевые сплавы, сплавы с предельно высоким легированием, а также сплавы, которые содержат в своем составе эффективные модификаторы – скандий, цирконий, одновременно улучшающие свариваемость материалов и механические свойства сварных соединений. Ведутся работы по созданию новых конструкционных, хорошо сваривающихся титановых сплавов, обладающих высокой прочностью и коррозионной стойкостью. В последние десятилетия в качестве конструкционного материала все большее внимание привлекают полимеры и композиты на их основе. Выгодно отличаясь рядом свойств, они успешно конкурируют с традиционными материалами, а в некоторых областях являются практически незаменимыми. Активно проводятся исследования по созданию новых композиционных материалов на основе полимерных или металлических матриц с наполнителями, существенно повышающими показатели прочности и жесткости указанных материалов. Особенности различных типов композиционных материалов (волокнистых, слоистых, дисперсионно- упрочненных) практически исключают применение
традиционных видов сварки. Технологии. Сварка и родственные технологии продолжают активно и всесторонне развиваться как вглубь, так и вширь. Создаются теоретические и технологические предпосылки изготовления новых изделий в традиционных областях сварочного производства, а также освоения все более широких сфер применения, которые раньше считались «экзотическими». Отметим ряд достижений в области совершенствования существующих технологических сварочных процессов, которые могут быть развиты в ХХI в. Для соединения деталей больших толщин разработан новый процесс электродуговой сварки с использованием специального закладного электрода, предварительно введенного в узкий зазор между свариваемыми деталями и покрытого тонким слоем (около 1 мм) изолирующего покрытия. Сварку выполняют в вертикальном положении за один проход. При этом не требуется устройств, обеспечивающих перемещение электрической дуги. Последняя движется самостоятельно по торцу плоского электрода в пределах всей ширины зазора, обеспечивая необходимое проплавление кромок. Увеличение толщины свариваемых металлов и тенденции к повышению скорости сварки приводят к необходимости исследования технологии и режимов сварки в углекислом газе в узкую щелевую разделку, а также под флюсом составным электродом. Есть все основания предполагать, что в ближайшие годы электрошлаковая сварка в новом варианте займет достойное место в производстве толстостенных изделий. В последние годы сформировалось новое направление в создании наукоемких технологий – гибридные способы
сварки. Данные способы являются комбинацией лазерного пучка и плазменного или дугового процесса в одной общей зоне сварки. Совместное воздействие на металл двух источников тепла позволяет существенно повысить эффективность использования каждого из них. За счет этого достигается глубокое проплавление и хорошее качество формирования сварного шва. Перспективным направлением использования плазменной обработки представляется развитие комбинированных процессов, сочетающих плазменный нагрев с дополнительными операциями, например вырезка по контуру, совмещенная со штамповкой; применение роботов со сменным плазменным и дуговым инструментом; напыление в динамическом вакууме; нанесение покрытий и слоев с различными составами и свойствами. Не утратит в будущем своего огромного значения ремонтная сварка. Между тем технология ремонтной сварки развивается слабо. Нужно совершенствовать технику и средства подготовки изделий к ремонту, создавать специализированное сварочное оборудование, в том числе и механизированное, новые сварочные материалы, обеспечивающие получение соединений высокого качества в сложных условиях, создавать технологию ремонта без предварительного нагрева изделий и решать множество других технологических задач. Дальнейшее развитие должны получить методы нанесения покрытий: наплавка и напыление. Здесь существует очень большое поле для деятельности главным образом в материаловедческом плане, а также в поиске наиболее эффективных технологий получения в наплавленном слоеинтерметаллидных и других особо твердых включений в прочной и пластичной матрице. Исследования.
Конечным продуктом сварочного производства являются сварные конструкции. Создание надежных и долговечных конструкций, работающих в различных условиях эксплуатации, остается важнейшей научно-технической проблемой. Исторически сложилось так, что большое количество эксплуатирующихся в настоящее время ответственных сварных конструкций приближается к своему критическому возрасту или уже отработало нормативный срок. По оценкам специалистов, исчерпание ресурса оборудования и машин в странах СНГ превышает 50 %. Поэтому весьма актуально развитие научно-технических подходов к достоверной оценке остаточного ресурса эксплуатируемых сварных конструкций машин и оборудования и его гарантированному продлению. Такие подходы должны базироваться на комплексном анализе всех стадий жизненного цикла конструкций. Не исключено, что в будущем, благодаря успехам в различных областях физики, будут созданы новые средства нагрева металла, пригодные для сварки плавлением. В частности, был бы целесообразным поиск средств нагрева, в которых поверхностное выделение энергии сочеталось бы с объемным. Несомненно, и далее будут продолжаться поиски более совершенных способов и средств защиты расплавленного металла от влияния окружающей среды для использования их при рафинировании и легировании металла шва, а также формирования соединения. Очевидно, что в ближайшем будущем одной из основных задач в области теории сварочных процессов будет доведение и взаимная увязка математических моделей, описывающих многообразие явлений, до той степени совершенства, при которой проведение эксперимента с металлом станет не правилом, а особым исключением. Увеличение номенклатуры материалов, областей их применения, повышение требований к
прочности и долговечности соединений требует существенного углубления знаний в этой сфере и углубления исследований, в том числе дальнейшего совершенствования подходов к конструированию узлов и соединений, к учету особенностей их работы при различных условияхнагружения. Развитие вычислительной техники и удорожание экспериментальных исследований значительно повысили интерес к компьютеризации инженерной деятельности в различных отраслях производства, в том числе в области сварки и родственных технологий (наплавка, пайка, нанесение покрытий, спецэлектрометаллургия). Проводимые работы по этой проблеме в настоящее время можно условно разделить на пять направлений компьютеризации - научные исследования; - проектирование сварных соединений и узлов; - проектирование технологий; - управление технологическими процессами; - контроль сварных конструкций во время эксплуатации. Основу каждого направления составляет информационное обеспечение, поэтому компьютеризации информационных потоков путем создания соответствующих библиографических и фактографических банков и баз данных и знаний уделяют и будут уделять большое внимание во всех крупных сварочных центрах мира. 3. Закрепление знаний учащихся 10 мин 1. Как назывался первый вид сварки? 2. Какой вид соединения деталей существовал до сварки? 3. Расскажите о развитии сварки в строительстве мостов? 4. Какая особенность сварки под водой? 5. В каком году осуществили сварку в космосе? 4. Проверка знаний учащихся 15 мин Тестовое задание в двух вариантах
5. Подведение итогов урока учителем 2 мин — сообщение учителя о достижении целей урока; — объективная оценка результатов коллективного и индивидуального труда учащихся на уроке; выставление отметок в классный журнал и в дневники учащихся; — сообщение о теме следующего урока; 6. Задание на дом 1 мин Выучит конспект