Возможности сварки для развития народного хозяйства

Государственное бюджетное

профессиональное образовательное учреждение

«Бутурлинский сельскохозяйственный техникум»

Муниципальный конкурс

творческих и исследовательских работ

«Живая история малой Родины»

Номинация

«ХОЧУ ВСЕ ЗНАТЬ»

Тема « ВОЗМОЖНОСТИ СВАРКИ

ДЛЯ РАЗВИТИЯ НАРОДНОГО

ХОЗЯЙСТВА »

Выполнил: Петрухин Дмитрий,

обучающийся 3 курса

Руководитель: Харитонова Ирина

Ивановна, социальный педагог,

88527836899

2021 год

Содержание

Введение……………………………………………………………………………….. 3

1. Цели и задачи исследовательской работы ………………………………………...4

2. Сварка как технологический процесс……………………………………………...5

3. Виды сварки………………………………………………………………………….7

3.1.Дуговая сварка ………………………………………………………………....7

3.2.Лазерная сварка……….……………………………………………..................8

4. Дуговая сварка под флюсом и ее вклад в победу в Великой Отечественной войне 1941 -1945 гг.…………………………………………………………………………..10

5. Художественная сварка…………………………………………………….............13 Заключение…………………………………………………………………………….15

Литература и источники…………………………………………................................17

Приложения ………………………………………………………………………….18

Введение

Человек всегда стремился соединить различные детали, создавая новое или укрепляя действующее. Одним из уникальных способов соединения материалов является сварка. От качества соединений зависел успех дела и технический прогресс.

Сварка с начала своего зарождения всегда носила ярко выраженный прогрессивный характер. За небольшой отрезок времени с момента изобретения соединения металлов электродуговым способом сварка от ремонтной и восстановительной технологии стала незаменимым массовым технологическим процессом соединения материалов во всех ведущих отраслях промышленности и строительства.

Сварочные технологии применяются в подводной и космической сварке. Диапазон сварочных работ становится все шире: от сварки сталей до сварки чугуна, от цветных металлов и их сплавов до сварки полимерных и иных неметаллических материалов.

Сварка используется для создания надежных неразъемных соединений различных элементов, конструкций и сооружений. Сварка нужна производству, строительным и ремонтным организациям. Сегодня сварка находит также широкое применение в бытовой технике и жилищно-коммунальном хозяйстве. Возможности сварки - очень огромны, за сваркой – будущее народного хозяйства. Для того чтобы показать возможности сварки в народном хозяйстве, я провожу свою исследовательскую работу.

1. Цели и задачи работы

Цель: Показать возможности сварки для развития народного хозяйства

Задачи:

• Охарактеризовать сварку как технологический процесс

• Рассмотреть уровень процесса сварки на современном этапе

• Показать возможности сварки для создания произведений искусства

• Рассмотреть перспективы развития сварки

Гипотеза: возможности сварки для развития народного хозяйства огромны

Объект исследования: сварка

Предмет исследования: возможности сварки

Метод исследования: теоретический, сопоставление и анализ.

Практическая значимость исследовательской работы в том, что собранный материал можно использовать на уроках в рамках недели специальности, при проведении классных часов, внеклассных мероприятий. Надеюсь, что данная работа расширит кругозор моих сверстников и будет интересна и полезна всем, кто интересуется и хочет связать своё будущее со сваркой.

1. Сварка как технологический процесс

Сварка – это процесс получения неразъемного соединения посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании, пластическом деформировании или совместным действием того и другого. Применение сварки позволяет:

• Экономить металл на 10-30%;

• Уменьшать трудоемкости;

• Удешевлять оборудования;

• Механизировать сварочные процессы;

• Выполнять наплавки;

• Уменьшать производственный шум.

В зависимости от характера активизации при выполнении соединений различают два основных вида сварки: плавлением и давлением. При сварке плавлением детали по соединяемым кромкам оплавляются под действием источника нагрева. Расплавленный металл, сливаясь в общий объем, образует жидкую сварочную ванну. При охлаждении сварочной ванны жидкий металл затвердевает и образует сварной шов.

Сущность сварки давлением состоит в совместном пластическом деформировании материала по кромкам свариваемых деталей. Благодаря пластической деформации облегчается установление межатомных связей соединяемых частей. Для ускорения процесса применяют сварку давлением с нагревом.

Различают более 150 видов сварочных процессов, которые классифицируют по основным физическим, техническим и технологическим признакам.

Основа классификации по физическим признакам – вид энергии, применяемой для получения сварного соединения. По физическим признакам все сварочные процессы относят к одному из трех классов: термическому, термомеханическому и механическому.

Термический класс – все виды сварки плавлением, осуществляемые с использованием тепловой энергии (газовая, дуговая, электрошлаковая, плазменная, электронно-лучевая и лазерная).

Термомеханический класс – все виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления (контактная, диффузионная, кузнечная, газо – и дугопрессовая).

Механический класс – все виды сварки давлением, проводимые с использованием механической энергии (холодная, трением, ультразвуковая и взрывом).

Из вышесказанного видно, насколько широк спектр сварочных процессов и насколько разнообразны виды сварки, разделенные по классам. Каждый вид имеет свою специфику в работе и определенную область применения.

В своей работе я решил выделить наиболее интересные для меня виды сварки - дуговая сварка покрытыми электродами, дуговая сварка под флюсом и лазерная сварка. О них я расскажу подробнее в следующих главах.

3.Виды сварки

3.1. Развитие дуговой сварки.  Дуговая сварка - один из видов сварки плавлением, при которой местное плавление свариваемых частей осуществляется электрической дугой (см. приложение 1).

Электрическая дуга и ее свойства впервые в мировой литературе описаны автором опытов с электрической батареей, профессором, а затем академиком Санкт-Петербургской Медико-хирургической академии Василием Владимировичем Петровым (1761 - 1834 г.) (см. приложение 2) в труде "Известие о гальванивольтовских опытах", С.-Петербург, 1803 года.

Долгое время дуга Петрова нигде не применялась из-за отсутствия практически пригодных источников электрического тока. Позднее, в 1849 году впервые в России (и в мире) дуга была применена на башне Адмиралтейства, осветив петербургские улицы. С этого же времени она стала использоваться и для плавильных работ. Важные исследования по изысканию и разработке источников сварочного тока и технологии дуговой сварки разнообразных металлов принадлежат нашим соотечественникам Н. Н. Бенардосу и Н. Г. Славянову (см. приложение 3), внесшим большой вклад в развитие мировой науки и техники по сварке.

Николай Николаевич Бенардос (1842 - 1905) автор многих изобретений в различных отраслях техники, в 1882 г. применил дугу для сварки, а в 1885 г. взял патент под названием "Способ соединения и разъединения металлов непосредственным действием электрического тока". Сохранившиеся в архиве Н. Н. Бенардоса описания, чертежи и рисунки указывают на то, что по существу все виды дуговой сварки, применяющиеся ныне, предложены им: сварка угольным и металлическим электродами, в том числе и с применением флюса, сварка косвенно действующей дугой, горящей между двумя электродами, сварка в защитном газе. Им предложены также магнитное управление дугой и автоматы для сварки угольным и металлическим электродами.

Инженер Николай Гаврилович Славянов (1854 - 1897) в 1891 г. получил два патента под названиями "Способ и аппараты для электрической отливки металлов" и "Способ электрического уплотнения металлических отливок". Впервые в мире Н. Г. Славянов спроектировал и изготовил сварочный генератор постоянного тока. На Пермском заводе он организовал крупный по тому времени электросварочный цех, в котором с 1891 по 1894 г. лично им и под его руководством было отремонтировано сваркой 1631 изделие общей массой 250 т; при этом было израсходовано 11 т стальных электродов. Н. Г. Славянов в своей практике применял дуговые автоматы (электроплавильники) собственной конструкции, Н. Г. Славяновым опубликовано несколько научных работ по сварке.

3.2. Лазерная сварка. Наиболее надежным и прогрессивным способом получения неразъемных соединений разных изделий является лазерная сварка (см. приложение 4). Благодаря этой технологии можно не только достичь большой точности и аккуратности, но и соединить материалы, имеющие большую температуру плавления или высокую тепловодность. Короткий, управляемый период плавления и малое количество расплава дают возможность производить сварку даже таких деталей, для которых обычные методы совсем не годятся.

Лазерная сварка отличается тем, что лазерный луч позволяет обеспечить высокую концентрацию энергии в точке, диаметр которой не превышает нескольких микрометров. Уровень мощности достигает 10^8 Вт/см 2, что намного больше, чем дает, к примеру, дуга. По концентрации энергии лазерная сварка может сравниться разве что с электронным лучом (его мощность составляет около 10^6 Вт/см 2). Но если последний можно использовать лишь в вакуумной камере, то лазерная сварка может производиться в среде с каким-либо защитным газом (СО2, Не, Ar) или просто на воздухе. Что касается управления, то оно осуществляется с помощью оптической системы. Лазерная сварка производится в довольно широком интервале режимов, и это обеспечивает высокопроизводительный процесс соединения всевозможных материалов, толщина которых начинается от нескольких микрометров и доходит до нескольких десятков миллиметров. Несмотря на то, что этот процесс весьма сложен и пока что нет универсальной теоретической модели, которая смогла бы его описать во всей полноте, его широко применяют на практике, и на то есть веские причины. Чем хороша лазерная сварка металлов

Лазерная сварка получила распространение в промышленности, чему способствовали ее положительные качества. Выделю основные :

• Для сварки не требуется механическая обработка металла;

• После проведения процесса не нужны дополнительные правки;

• Технология обладает высокой точностью, так что можно качественно соединять тонкие и детали со сложным фигурным швом;

• В сравнение с другими методами соединения этот обладает высокой экологической безопасностью;

• Метод обладает высокой производительностью;

• Скорость сварки намного выше, чем у других вариантов;

• Место соединения является достаточно тонким, поэтому, близлежащие к нему области основного металла минимально подвергаются тепловому воздействию.

Сварка лазером относится к узкоспециализированным процессам. Ее технология является очень сложной, так как нужно знать множество нюансов самой техники. Дороговизна аппаратов делает ее трудно доступной для многих сфер, кроме тех, где она действительно востребована.

4. Дуговая сварка под флюсом и ее вклад в победу

в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.

В своей работе хочется отметить значение вклада сварщиков в годы Великой Отечественной войны.

В этой кровопролитной войне с жестокими захватчиками техника должна была играть важную роль в победе над фашистами, а производство техники уже было немыслимо без сварки. Организации, занимающиеся сваркой, лаборатории вузов начали переключаться на решение проблем, по освоению и увеличению выпуска вооружений. Работы велись по двум направлениям: совершенствование известных технологий сварки и поиск новых.

Целью первого направления было ускорение производства и повышение качества вооружения, а второго - разработка новых способов сварки.
Главные усилия советских ученых в период Великой Отечественной войны были направлены на совершенствование боевой техники и технологии ее изготовления. Сварка широко использовалась при изготовлении танков, самолетов и другого вооружения и боеприпасов, а также при строительстве предприятий, эвакуированных в восточные районы страны. Самым большим достижением сварщиков в годы войны следует считать внедрение и всеобщее признание преимуществ автоматической сварки под флюсом, особенно в производстве танков. В этом большая заслуга принадлежит Евгению Оскаровичу Патону и руководимому им коллективу научных сотрудников Института электросварки , эвакуированному на Урал.

Сущность сварки под флюсом (см. приложение 4) заключается в защите места наложения шва и автоматической подачи проволоки. Война потребовала значительного расширения марок сталей, допускающих применение сварки. Поэтому следовало в первую очередь разработать технологию сварки всевозможных высокопрочных сталей, широко встречающихся в артиллерийских системах, минометах, танках и в другой оборонной технике. Благодаря настойчивости Е. О. Патона в Институте электросварки в первые месяцы пребывания на Урале широко развернулась работа по освоению технологии автоматической сварки под флюсом танковой брони.

Применение автоматической сварки под флюсом для изготовления танков сразу же показало исключительные преимущества этого способа. Производительность труда на сварке узлов танков в среднем повысилась более чем в 5 раз. Одновременно начали внедрять автоматическую сварку при изготовлении артиллерийского вооружения и боеприпасов. И, когда возникла угроза отказа от автомата и возврата к ручной сварке, т.к. запас флюса подходил к концу, Патон принимает решение по разработке собственного флюса. Флюс был получен всего из 4 минералов: песка, известняка, марганцевой руды и полевого шпата.

Характерно, что ни в одной стране, кроме Советского Союза, автоматическая сварка под флюсом в танковой промышленности в гг. войны не применялась. Лишь в последние месяцы войны по примеру СССР в США начали осваивать сварку под флюсом при постройке бронекорпусов танков и самоходных артиллерийских установок. В этот период в Германии автоматическая сварка бронекорпусов танков так и не была освоена.

В период 1941-1945 гг. большой вклад в освоение выпуска военной продукции внесли сотрудники лаборатории сварки Горьковского автомобильного завода. За короткое время был освоен выпуск самоходных артиллерийских установок, снарядов для «катюш» и другой продукции для фронта.
Особо следует отметить строительство подводного бензопровода в осажденный Ленинград через Ладожское озеро в мае-июне 1942 г. Бензопровод строил сварочно-монтажный трест Наркомстроя. Сварочными работами руководил А. С. Фалькевич. Бензопровод был изготовлен из труб диаметром 101 мм. Его протяженность – 30 км, в том числе по дну Ладожского озера 21,5 км и 8,5 км по суше. В качестве основного метода соединения труб была выбрана ручная дуговая сварка. Хотя строительство проводилось в сложных фронтовых условиях, качество сварочных работ было высоким: из 4500 стыков дефекты обнаружены только в одном.

Бензопровод успешно эксплуатировался вплоть до снятия блокады. 
Сварка под флюсом широко применялась на восстанавливаемых заводах в освобожденных районах страны. Сварка была одним из основных технологических процессов при восстановлении разрушенных железнодорожных и автодорожных мостов, энергетических и промышленных объектов, резервуаров для нефтепродуктов, трубопроводов, паровых котлов, различного машинного оборудования.

Итак, мы видим, что подготовка к войне и сама война дали толчок развитию сварки как новой, перспективной технологии во многих странах мира.

Из вышесказанного можно смело сделать вывод, что сварка внесла свой вклад в Победу и ускорила работы по восстановлению разрушенного войной производства.

5. Художественная сварка

Профессия сварщика в большинстве своем ассоциируется с большими неуклюжими листами железа, арматурными конструкциями, которые вряд ли смогут вызвать в человеке какие-либо положительные эмоции.

Но, мне хочется рассказать об одном из наиболее интересных направлений металлообработки . Им является художественная сварка – способ изготовления оригинальных стальных изделий, которые отличаются не только высокой прочностью, но и неповторимым внешним видом. Такие работы можно смело называть произведениями искусства, которые никого не оставляют равнодушными (см. приложение 5,6).

С помощью художественной сварки можно создать как декоративные предметы, так и вещи, выполняющие практическую функцию. Процесс производства осуществляется с помощью аргоновой горелки.

Наиболее популярными изделиями, которые создаются с помощью сварки, являются практичные бытовые конструкции, предметы мебели и декоративные элементы.

К бытовым изделиям относятся элементы заборов, калиток, а также мелкие изделия наподобие шкатулок, емкостей под продукты и иных вещей. Метод художественной сварки позволяет не только придать нужную форму изделию, но и создать оригинальный узор или текстуру на поверхности.

Специалисты по металлу могут изготовить декоративные и журнальные столики, стулья, вешалки, стойки для обуви и другие вещи, которые выполняют практическую функцию и используются в доме или на улице. Такая художественная мебель имеет оригинальный вид, при должной обработке не боится влаги, выдерживает большие механические нагрузки, отличается продолжительным сроком службы.

Стоимость художественной сварки нельзя назвать низкой из-за материала, который используется в работе. Это в основном титан и нержавейка. Для получения оттенков цветов используют цирконий.

Художественная сварка позволяет создавать разнообразные предметы, служащие для украшения. Это могут быть фигурки животных, детали орнамента для отделки стен, потолков, колонн или арок, детали в форме цветов, растений.

Количество вариантов выбора зависит исключительно от пожеланий клиента и его бюджета, а также стилевых особенностей интерьера. Чаще всего декоративные предметы, созданные сваркой, заказывают люди, живущие в роскошных коттеджах и желающие продемонстрировать чувство вкуса и оригинальность оформления. Но небольшую поделку из нержавейки может позволить себе каждый.

Основоположником художественной сварки является Григорий Дочкин, сварщик из Института электросварки им. Е. Патона. Прикладывая к процессу сварки вкус и фантазию, он смог превратить простое соединение кусочков металла в настоящее произведение искусства. С 1978 года Григорий Григорьевич работает в институте, и посвятил всю свою жизнь любимому делу.

Его увлечение началось с того времени, когда еще молодому специалисту пришлось варить отдельные детали из титана для космического «Лунохода». Подбирая разные режимы сварки, он заметил такое свойство материала как смена цвета в зависимости от температуры нагрева. Это открытие поразило Григория, и с того момента маленькие кусочки металла в руках Г. Дочкина начали превращаться в разнообразные скульптурные произведения в виде миниатюрных насекомых, животных, цветов. Придавая этим композициям различную окраску и утонченность форм, специалист с высоким уровнем мастерства смог превратить личное увлечение в профессиональное занятие, разработав собственную технологию сварки; и сегодня у него есть ученики, которым он передает свои навыки.

Коллекция мастера удивляет гостей, которые приезжают в институт. Некоторым он дарит свои произведения. Произведения Г. Дочкина известны и радуют глаз всего населения мира (см. приложение 5).

Заключение

Являясь студентом Бутурлинского сельскохозяйственного техникума по специальности « Механизация сельского хозяйства», я решил получить дополнительно профессию сварщика. Процесс сварки с детства мне был интересен и я считаю, что навыки сварочного дела пригодятся мне в дальнейшем.

В техникуме имеются учебные мастерские по дуговой сварке, газовой сварке, полуавтоматической сварке. 3- ий разряд я уже получил, но на этом я не хочу останавливаться и в дальнейшем планирую постоянно повышать квалификацию до максимального, 6 – го разряда.

Про сварку можно много и долго рассказывать. В своей исследовательской работе я постарался коротко раскрыть историю становления сварочного процесса, рассказать об инженерах, основоположников сварочного дела. Дал описание современного состояния этого процесса.

Очевидно то, что сварка – уникальный процесс, не имеющий аналогов. Начало ее развития происходило еще до нашей эры, и этот процесс не прекращается до сих пор. Эта уникальная технология всегда востребована. Можно смело утверждать, что процесс развития новых видов сварки не заставит себя ждать, так как технологии в наше время совершенствуются с невероятной скоростью.

В настоящий момент происходит компьютеризация сварочного процесса в целом, что означает внедрение возможностей компьютерных технологий в основные направления инженерной деятельности в области сварки: научные исследования, предварительное проектирование, управление и контроль технологических процессов.

Перспективами дальнейшего развития сварочного процесса, на мой взгляд, будут являться:

• создание автоматических сварочных аппаратов, что позволит увеличить КПД сварочного процесса и коэффициент мощности;

• дистанционное управление и регулирование процессами сварки крупногабаритных и сложных элементов единого сооружения (магистрали, объекты промышленности и пр.):

• поиск способа удешевления лазерной сварки, как когда-то это было сделано с дуговой электросваркой.

Я думаю, что наиболее перспективна лазерная сварка. Этот вид сварки позволяет получить очень высокое качество сварного шва в любых пространственных положениях. Причем число видов свариваемых металлов очень велико. Процесс сварки легко поддается автоматизации, участие человека непосредственно в процессе сведено к минимуму. Такой вид сварки позволяет создавать высокопроизводительные производственные линии. И, главное, у лазерной сварки большой простор для развития и совершенствования, что и делает ее самой перспективной.

Работать на таком виде сварки мне остается только мечтать. А если вам когда-нибудь приснится сон про сварку, то такой сон предвещают удачное разрешение всяческих конфликтов: семейных, дружеских, деловых.

Литература и интернет – ресурсы

1. Маслов Б.Г. Производство сварных конструкций: учебник для студ. учреждений сред . проф. образования.- М.: Издательский центр «Академия», 2012. – 288 с.

2. Чернышов Г.Г. Сварочное дело: Сварка и резка металлов: Учебник для нач. проф. Образования . – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 496 с.

3. http://svarak.ru/biblioteka/svarka-v-sssr-t-1/glava-4-svarka-metallov-sssr-period-velikoy-otechestvennoy-voynyi-1941-1945/

4. https://welder-history.livejournal.com/18471.html

5. http://svarka-24.info/iskusstvo-svarki-izyuminki-professii/

6. https://svaring.com/welding/teorija/hudozhestvennaja-svarka

7. http://weldingsite.in.ua/history.html

8. https://svarkaed.ru/svarka/poleznaya-informatsiya/istoriya-razvitiya-svarki-uchenye-i-ih-otkrytiya-v-oblasti-svarki.html

Приложение 1.

Схема ручной сварки покрытым электродом

Приложение 2

Василий Владимирович Петров (1761 – 1834 гг.).

Русский физик и электротехник, открыл явление электрической дуги

Приложение 3

Николай Николаевич Бенардос (1842-1905 гг.).

Русский изобретатель, создатель дуговой электросварки

Николай Гаврилович Славянов (1854 – 1897 гг.).

Русский конструктор, изготовил сварочный генератор постоянного тока

Приложение 4

Схема лазерной сварки

Схема дуговой сварки под флюсом

Приложение 5

Художественная сварка Григория Дочкина

Приложение 6

Авторские работы по сварке - предметы интерьера

Приложение 7

Декоративные предметы, выполненные сваркой