Общие принципы проектирования оборудования для сварки и наплавки
В связи с разнообразием способов сварки, наплавки, термической резки, пайки, а также газотермических, вакуумных и некоторых других способов нанесения покрытий, с различными условиями эксплуатации оборудования, характером производства, экономическими показателями, требованиями экологии, техники безопасности, эргономики и многими другими факторами сформулировать однозначно принципы проектирования рассматриваемого оборудования не представляется возможным. Однако к основным положениям, отвечающим общим принципам и современным требованиям оборудования для сварки, которые необходимо учитывать, относятся следующие.
— Обеспечение исполнения технологического процесса при заданных наиболее высоких его параметрах с учетом достигнутого уровня и возможности дальнейшего совершенствования технологического процесса.
— Проведение экономического анализа с учетом показателей как самого процесса, так и влияния его на сопутствующие и последующие процессы обработки изделия, предшествующего началу разработки конструкции оборудования.
— Максимальное использование системы автоматического проектирования (САПР) и механизации конструкторских работ, а также применение методов художественного конструирования и соблюдение требований технической эстетики, позволяющее повысить производительность труда, качество разрабатываемых конструкций и выбрать оптимальный вариант. В случае использования сварочного оборудования в линии с оборудованием другого технологического назначения оно должно, по возможности, органически вписываться в общую компоновку линии.
— Учет новейших достижений электротехники, радиоэлектроники, машиностроения и использование наиболее совершенных материалов и комплектующих изделий, обеспечивающих его качество, надежность, минимальную материалоемкость и технико-эксплуатационные показатели.
— Унификация конструкции и присоединительных размеров на основе существующих стандартов. Это позволит более эффективно использовать САПР, улучшить организацию производства, эксплуатации и ремонта оборудования, повысить его качество и надежность и т. д.
— Использование метода агрегатирования аппаратуры, установок и машин из унифицированных и модульных узлов и агрегатов благодаря их разработке, организации промышленного производства и наличию схем агрегатирования и параметрических рядов на эти узлы и агрегаты.
— Максимальная автоматизация и механизация сварочного производства. При создании современного высокопроизводительного оборудования необходимо с учетом данных экономического анализа автоматизировать или механизировать все элементы технологического цикла сварки или, по крайней мере, большинство из них. Так, в случае автоматической дуговой сварки и наплавки это не только подача проволоки, поддержание дуги и перемещение дуги вдоль линии шва, но и возбуждение дуги, направление электрода по линии шва, автоматическое поддержание заданной силы тока, изменение режима сварки в начале и в конце шва (заварка кратера) и т. д. В случае контактной (точечной и шовной) сварки — это выдержка времени всех элементов сварочного цикла и обеспечение заданной последовательности этих элементов, регулирование силы сварочного тока в зависимости от какого-либо параметра, перемещение детали под электродами сварочной машины, заправка концов — электродов или рабочих поверхностей роликов и т. д. В контактных стыковых машинах это — автоматическое выполнение операций оплавления и осадки, а иногда и термообработки сваренных деталей при заданном режиме и т. п.
— Комплексная автоматизация и механизация сборочно-сварочных работ, обеспечивающая сокращение затрат труда и повышение производительности на всех операциях изготовления сварных конструкций, включая получение заготовок, сборку изделия под сварку, собственно сварку, необходимую обработку изделий после сварки, контроль готовых изделий и подготовку их к отправке потребителям. Одним из направлений комплексной автоматизации и механизации является создание роторных автоматов [11], позволяющих совмещать по времени сварочные и вспомогательные операции, связанные с передачей изделий с одного рабочего места на другое.
— Максимальное повышение производительности технологического процесса. Например, производительность сварочной операции (комплекса всех действий, выполняемых рабочим-оператором на данном сварочном агрегате) может быть увеличена двумя путями: интенсификацией режима сварки; созданием оборудования с автоматизацией ряда элементов рабочего цикла для обслуживания одним оператором (или бригадой) нескольких сварочных головок, устройств или нескольких отдельных агрегатов.
В связи с тем, что интенсификация режимов сварки ограничена физическими свойствами материалов (прочность, жидкотекучесть и испарение металлов при высокой температуре), законами теплоотдачи и теплопередачи, инерционными свойствами объектов управления и другими факторами, второй путь увеличения производительности сварочной операции становится все более актуальным. Например, при дуговой сварке начали применять многоголовочные установки. В контактной сварке области применения оборудования с несколькими рабочими органами расширились. Это — многоточечные машины, машины для рельефной сварки, для одновременной шовной сварки двух или нескольких швов.
Повышение производительности дуговой наплавки связано с увеличением не только числа мест, но и ширины наплавляемого слоя. Это достигается применением расщепленного электрода, гребенки или электродной ленты, что требует создания соответствующего оборудования.
— Разработка, совершенствование и применение систем и устройств для автоматического, в том числе программного управления процессами сварочного производства.
— Соблюдение эргономических требований к оборудованию. Сварочное оборудование находит наиболее эффективное применение в тех случаях, когда при его создании и использовании наиболее полно удовлетворяются требования, предъявляемые к эрготехническим системам, т. е. к системам человек-машина. Эти требования охватывают обеспечение безопасности труда, удобство эксплуатации, снижение непроизводительных затрат времени при управлении сварочным оборудованием, учет санитарно-гигиенических требований к оборудованию и производственной среде, создание комфортных условий труда для снижения физической и психической нагрузки оператора при обеспечении ритмичной организации процесса.
— Соблюдение требований экологии и охраны труда в соответствии с действующими стандартами и требованиями. Все образующиеся при сварке и резке вредные отходы должны быть удалены и обработаны до состояния, обеспечивающего безвредность их для людей и окружающей среды.
В современном оборудовании для автоматической и механизированной сварки кроме общеизвестных мер безопасности, предотвращающих механические травмы и поражение электрическим током, необходим механизированный отсос пыли и вредных газов из зоны сварки, а в ряде случаев подача свежего воздуха на рабочее место оператора. Механизация и автоматизация транспортных и загрузочно-разгрузочных приемов, корректировочных перемещений, подачи и уборки флюса снижают утомляемость оператора и способствуют снижению травматизма.
Усложнение сварочной аппаратуры, станков и установок, появление многодуговых процессов, многоместных, многопозиционных и многоголовочных установок влекут за собой увеличение числа приборов контроля и управления. При этом возрастает объем информации, поступающей к оператору, и количество решений, которые он должен принимать при управлении оборудованием.
Рациональная организация работы оператора по управлению сварочным оборудованием обеспечивается благодаря расположению приборов и органов управления по зонам в зависимости от функционального назначения, последовательности технологического процесса, частоты использования и значимости. Рекомендации эргономики и инженерной психологии обусловливают рациональное расположение приборов и органов управления на панелях пультов и приборных щитах сварочного оборудования.
Конструктивные размеры пультов, щитов, шкафов управления в настоящее время определяются рекомендациями, полученными на основе изучения физиологии человека и исследовании различных рабочих поз оператора.
