книги из ГПНТБ / Севбо П.И. Комплексная механизация и автоматизация сварочного производства

Эти работы являются естественной и обязательной компонентой операций любой механизированной или автоматической линии. Таким образом, пути механизации таких работ заключаются в созда­ нии комплексных сборочно-сварочных агрегатов и поточных линий, автоматически решающих эту задачу.

Остальные вспомогательные операции, ввиду их сравнительно малого объема, могут не включаться в общую систему комплексной механизации.

На общий баланс трудоемкости сварочного производства суще­ ственное влияние оказывают заготовительные операции, объем ко­ торых составляет 22% (см. табл. 1). Чтобы наметить пути и средства их механизации и автоматизации, приводим структурную характе­ ристику этих работ (табл. 4, для той же группы заводов).

Из табл. 4 следует, что основную долю трудоемкости заготови­ тельных работ составляют: газопламенная резка — 30% и механо­ обработка на металлорежущих станках и ножницах — 35%. Имен­ но эти две группы операций определяют выбор путей и средств механизации заготовительных работ. С точки зрения обычной ло­ кальной механизации и средств ее осуществления эта проблема ре­ шается достаточно просто — внедрением обычных газорезательных аппаратов (автоматических и полуавтоматических), металлорежу­ щих станков и ножниц. Однако, с точки зрения комплексной меха­ низации и автоматизации, дело обстоит гораздо сложнее, так как возникает проблема увязки этих заготовительных операций со сбо­ рочно-сварочными, их объединения в единый синхронизированный поток или механизированный агрегат сварочного производства.

Трудности такого объединения настолько велики, что для боль­ шинства сварочных цехов единичного и мелкосерийного' производ­ ства оно становится невозможным или невыгодным. Поэтому вопрос об объединении заготовительных операций со сборочно-сварочными приходится решать в каждом отдельном случае в зависимости от ха­ рактера производства (единичного, серийного, массового) и харак­ тера заготовительных операций. Однако, намечая пути и средства комплексной механизации сварочного производства, нельзя пре­ небрегать возможностью включения заготовительных операций в общий комплекс. Вообще не рекомендуется резко разграничивать вопросы механизации по отдельным категориям работ — заготови­ тельным, сборочным, сварочным и т. д., потому что при таком раз­ граничении трудно найти оптимальное решение задачи объединен­ ной комплексной механизации. Приведем пример.

При производстве кузовов шахтных вагонеток на заготовитель­ ных участках производилась операция штамповки (гибки) днища и боковых частей кузова. На следующем участке цеха выполнялась сборка этих частей с торцовыми донышками (на прихватках). Нако-

10

нец, на последующих позициях осуществлялась их сварка между собой. Каждая из этих операций в отдельности была соответствую­ щим образом механизирована: штамповка — на прессе или на валь­ цах, сборка — в механизированном кондукторе, сварка — на уста­ новке для автоматической сварки под флюсом. Таким образом была

объединить все три операции (гибку-вальцовку, сборку и сварку) в одну комплексную операцию, выполняемую на специальной маши­ не, получившей название вальцесварочного станка. Благодаря это­ му объединению резко повышается производительность труда и исключаются многие вспомогательные операции, чего нельзя было бы достигнуть, если бы задача комплексной механизации решалась простым стыковым сопряжением рассматриваемых операций и со­ ответствующих машин с помощью линейного поточного транспорта и других устройств, связывающих отдельные звенья механизиро­ ванной поточной линии.

Выше было установлено значительное отставание механизации сборочных и вспомогательных работ от механизации собственно сварки. Уменьшение этого разрыва заключается не только в повы­ шении уровня их механизации, но и в совмещении (объединении) этих операций со сварочными, а иногда и в их полном исключении, что возможно только при комплексном решении задачи. В связи с этим вопросы проектирования механизированных устройств (си­ стем, машин, станков) рассматриваются автором не столько по принципу механизации отдельных видов работ (заготовительных, сборочных, сварочных, вспомогательных) и, следовательно, спе­ циализации машин по видам работ, сколько по принципам построе­ ния комбайнов и линий, охватывающих механизацию всего комплек­ са этих работ. Поэтому и классификация оборудования, приведен­ ная в книге, произведена по степени комплексной механизации, а не локальной.

Таким образом, прежде чем приступить к составлению проекта комплексной механизации и автоматизации какого-либо сущест­ вующего или нового сварочного производства, необходимо произ­ вести количественный и качественный структурный анализ всего комплекса технологических и вспомогательных операций по изго­ товлению данных сварных конструкций. Удобной формой для такого анализа могут служить структурные таблицы, подобные табл. 1—4, по всем группам производственных операций. Лишь пос­ ле этого можно наметить конкретные объекты механизации и спо­ собы ее осуществления, в том числе метод совмещенных операций.

•II.

§ 2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ВЫБОР ВАРИАНТА МЕХАНИЗАЦИИ

Первичными исходными материалами для проектирования ком­ плексной механизации сварочного производства и определения в дальнейшем основных показателей ее экономической эффективности являются: рабочие чертежи сварных изделий, ТУ на изготовление, условия эксплуатации; годовой выпуск изделий по заданной но­ менклатуре; тип производства в зависимости от заданной произ­ водственной программы и номенклатуры изделий и, следователь­ но, от специализации и концентрации производства (единичное и мелкосерийное; серийное; крупносерийное и массовое); условия производства (в заводских закрытых цехах, на монтажно-строитель­ ных площадках, на стапелях, в полевых условиях, в космосе, под водой и в других особых условиях); существующий технологический процесс производства заданных сварных изделий и его технико­ экономические показатели; план и разрезы цеха; режим работы цеха и коэффициент сменности; справка о действующей (или ре­ комендуемой для новостройки) тарифной сетке с коэффициентами и ставками по разрядам; особые лимитирующие условия и требова­ ния (см. § 5).

Каждый из этих факторов (особенно первые четыре) оказывает специфическое влияние на выбор схемы механизации, который не­ обходимо сделать в начальной стадии проектирования. Остановим­ ся на характере этого влияния и этой специфической взаимосвязи.

Прежде всего необходимо тщательно изучить конструкцию свар­ ных изделий и сварных соединений и прокорректировать ее с точки зрения технологичности для предполагаемого способа механизиро­ ванной сборки и сварки (см. § 6—8). В дальнейшем при разработке разных вариантов механизации нужно учитывать, что между кон­ струкцией изделия и способом его изготовления всегда существует взаимосвязь — прямая и обратная — на всех стадиях производст­ ва. Эти конструктивные изменения могут производиться лишь в пределах, допустимых по условиям эксплуатации изделий, их проч­ ности и должны быть согласованы с потребителем и автором чер­ тежей.

Приведем несколько примеров, иллюстрирующих изменение кон­ струкций сварных изделий с целью повышения их технологичности и возможности применения механизированных способов сборки и сварки.

При строительстве крупногабаритных нефтерезервуаров в свя­ зи с переходом на индустриальный, механизированный метод их

12

производства вместо нахлесточных сварных соединений были вы­ полнены стыковые и, кроме того, горизонтальные кольцевые листы цилиндрической части были заменены вертикальными. Эти конст­ руктивные изменения были произведены без всякого ущерба для экс­ плуатационных качеств резервуара и в то же время позволили осу­ ществить весьма эффективную комплексную механизацию всего производственного процесса (см. § 21). Одновременно были коренным образом изменены методы сборки и строительства резервуаров в целом.

В качестве второго примера можно привести ряд конструктив­ ных изменений сварных узлов в паровых котлах, вызванных после­ довательными переходами от одного способа сварки к,другому: при замене ручной электродуговой сварки автоматической (широкая Ѵ-образная разделка шва была заменена узкой с гораздо меньшим сечением наплавленного металла); при последующей замене автома­ тической дуговой сварки электрошлаковой (фасонная разделка со строгаными (или фрезерованными) кромками была заменена про­ стым зазором между стыкуемыми кромками, причем, кромки не подвергались механообработке после газовой резки). При этом ко­ ренным образом был изменен способ сборки котла под сварку.

Итак, изменение конструкции изделия и его сварных соедине­ ний с целью повышения их технологичности для выбранного спо­ соба сварки является одной из первых стадий проектирования (пос­ ле выбора способов сварки).

Выбор способов сварки и связанную с ними корректировку чер­ тежей изделий нельзя производить без увязки с характером и ти­ пом производства.

Тип сварочного производства, характеризующий степень его специализации и концентрации, можно определить по характери­ стике заданной производственной программы, пользуясь табл. 5.

Приведенный в табл. 5 годовой объем производства может быть выражен не только в весовых единицах, но и в штучных. Для этого достаточно разделить вес годовой продукции завода на вес одного изделия.

Тип производства, его специализация и годовой выпуск продук­ ции оказывают наибольшее влияние на выбор способов сборки и сварки и на эффективность механизации и автоматизации свароч­ ного производства. Чем больше годовой выпуск и чем меньше но­ менклатура выпускаемых изделий, т. е. чем выше уровень специа­ лизации, тем эффективнее может быть решена задача комплексной механизации. Выработка на одного сварщика по группе машино­ строительных заводов с крупносерийным производством составляет 300 т/год, а на заводах с индивидуальным и мелкосерийным про­ изводством — около 120 т/год.

13

Таблица 5

Тип сварочного производства в зависимости от заданной производственной программы годового выпуска изделий, т (по материалам Гипростройдормаша)

ности труда по наплавленному металлу, несмотря на то, что значи­ тельная часть сварочных работ на заводах с высоким уровнем спе­

графика видно, что с ростом выпуска продукции, а следовательно, и концентрации производства, существенно улучшаются показатели производительности труда. При этом необходимо отметить, что крупные сварочные производст­ ва в большинстве случаев являются производствами с высоким уров­ нем специализации. Поэтому повышение производительности труда (рис. 1) следует рассматривать как результат роста концентрации и специализации производства.

Сварочные производства с высоким уровнем специализации и концентрации характеризуются и более высоким уровнем комплекс­

14

ной механизации, за счет которой повышается производитель­ ность труда. Приведенная в § 3 зависимость организационных форм и типа механизации сварочного производства от степени его специ­ ализации облегчает выбор типа механизации по характеристике за­ данной производственной программы.

На уровень механизации и ее экономическую эффективность весьма большое влияние оказывают условия производства работ. В заводских условиях (в закрытых цехах) можно достичь гораздо более высокого уровня механизации, чем в полевых условиях или на монтажно-строительной площадке. Поэтому в последнее время наблюдается отчетливо выраженная тенденция максимальной ин­ дустриализации монтажно-строительных сварочных работ с пере­ несением их с поля на завод.

Вкачестве примера можно привести сборочно-сварочные линии

иустановки для заводского изготовления крупногабаритных нефтерезервуаров методом рулонирования. Ранее они строились на

открытых площадках в полевых условиях, не позволяющих осуще­ ствить достаточно эффективную комплексную механизацию сбороч­ но-сварочных работ. Теперь основная масса этих работ (90%) пере­ несена в цехи на заводы, где сконцентрировано изготовление этих нефтерезервуаров в виде свернутых в рулон полотнищ.

В строительстве магистральных трубопроводов изготовление длинных секций — плетей—перенесено с трассы на полузаводские базы с хорошо организованной комплексной механизацией; в строи­ тельстве" железнодорожных путей сварные плети также изготавли­ ваются теперь централизованно на заводах или механизированных пристанционных базах; в судостроении основная масса работ пе­ ренесена со стапелей в закрытые цехи, в которых изготавливаются эти секции на хорошо механизированных поточных линиях и т. д.

В тех случаях, когда можно эффективно реализовать комплекс­ ную механизацию строительных работ непосредственно на монтаж­ ной площадке или на строительной трассе, выполнение сборочно­ сварочных работ в централизованном порядке (на специализирован­ ных заводах) может оказаться нецелесообразным, главным образом, из-за добавочных расходов на трудоемкие и сложные транспортные операции. Такая ситуация, в частности, создалась в последнее вре­ мя на строительстве железнодорожных путей и магистральных тру­ бопроводов, где благодаря изобретению рельсосварочных и трубо­ сварочных машин-комбайнов можно наращивать пути или трубо­ провод в непрерывную нитку непосредственно на трассе.

15

§ 3. ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ФОРМЫ,

СТУПЕНИ И ВИДЫ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Прежде чем рассматривать организационные формы и виды ме­ ханизированного сварочного производства, необходимо дать терми­ нологические определения основных ступеней механизации и авто­ матизации производства, а также общее определение видов обору­ дования, осуществляющего эту механизацию и автоматизацию [11].

Под механизацией производственного процесса понимается за­ мена ручного труда работой машины.

Высшей ступенью механизации является автоматизация — при­ менение машин, механизмов, приборов и других средств, позволяю­ щих осуществлять производственные процессы без непосредствен­ ного участия человека и имеющих устройства для автоматического управления.

Термин «автоматизация» следует понимать в широком смысле слова, имея в виду, что автоматизации могут подвергаться как от­ дельные элементы процесса управления и обслуживания машин, так

ивесь процесс в совокупности (комплексная автоматизация). Авто­ матизацию отдельных приемов или их определенную совокуп­ ность называют частичной. Именно такая трактовка понятия «ав­ томатизации» позволила в свое время ввести в сварочную технику

илитературу термин «автоматическая сварка» для механизирован­ ной электродуговой сварки, несмотря на то, что в ней автоматизи­ рованы, а точнее механизированы, лишь некоторые основные опе­ рации — подача электрода в зону дуги, поддержание дуги во время сварки, а также движение дуги по шву. В то же время не авто­ матизированы операции управления всем циклом сварки. Поэтому следует ]признать, что термин «автоматическая сварка», принятый для механизированной электродуговой сварки, «сварочный авто­ мат» — для самоходных сварочных головок (аппаратов), «свароч­ ный полуавтомат» — для аппаратов с механизированной подачей электрода и ручным движением по шву, не согласуются с термино­ логией, принятой в машиностроении и станкостроении, где автома­ том называют комплексную машину с автоматическим управлением, работающую без непосредственного участия человека. Тем не ме­ нее, несмотря на некоторую условность этих терминов, они на­ столько прочно укоренились в мировой литературе и практике, что их изменять нельзя и поэтому в дальнейшем они будут приме­ няться в своем прежнем, традиционном значении наряду с терми­ ном «ручная сварка», который также несколько условен, и акаде­ мически правильным термином «станок-автомат» и «машина-автомат».

16

Ниже рассмотрены ступени сварочного производства в зависи­ мости от степени и характера механизации и автоматизации.

Механизированное производство — способ выполнения произ­ водственного процесса (операций) при помощи машин и механизмов, получающих энергию от специального источника. При этом управ­ ление машинами и механизмами, а также выполнение вспомога­ тельных операций частично осуществляется вручную.

Комплексно-механизированное производство — способ выполне­ ния производственного процесса по всему его циклу машинами, ме­ ханизмами и другими видами оборудования. При этом основные и вспомогательные операции взаимосвязаны по производительности и обеспечивают заданный темп, производительность и осуществле­ ние в срок всего процесса, а управление механизмами, машинами и прочим оборудованием частично осуществляется вручную.

Автоматизированное производство — способ выполнения про­ изводственного процесса (операций), при котором отдельные основ­ ные и вспомогательные процессы или операции и процессы управ­ ления и регулирования осуществляются машинами, механизмами и другими видами оборудования автоматически, без непосредствен­ ного участия человека. При этом человек осуществляет лишь на­ ладку и наблюдает за ходом процесса.

основные и вспомогательные операции, а также операции управле­ ния и регулирования осуществляются машинами, механизмами и другими видами оборудования таким образом, что заданная про­ изводительность и качество продукции достигаются без непосред­ ственного участия человека. При этом человек только наблюдает за работой специальных устройств или систем управления.

При комплексной механизации или автоматизации ручной труд может быть допущен лишь на тех операциях, механизация и авто­ матизация которых на данном этапе по технико-экономическим со­ ображениям нецелесообразна.

Приведем общие терминологические определения отдельных ви­ дов оборудования и их объединений, с помощью которых осу­ ществляется комплексная механизация и автоматизация произ­ водства.

Станок-автомат или машина-автомат — такое оборудование, на котором без непосредственного участия человека, т. е. автомати­ чески, как минимум выполняются следующие операции: ввод пред­ метов труда в рабочую зону; установка предметов труда; рабочие операции по непосредственному воздействию на предметы труда на данном оборудовании, например, сборка или сборка — сварка; сня­ тие предметов труда; удаление отходов из зонъі--обрабоіки._

, -'ю/мотѳка СССР

При этом человек заполняет предметами труда и необходимыми материалами загрузочные устройства и питатели, производит на­ ладку автомата, контроль и подналадку, смену инструмента, кас­ сет и электродов, удаляет отходы за пределы автомата. На отдель­ ных типах автоматов контроль обработки (сборки, сварки, наплав­ ки), подналадка автомата, а также смена инструмента и удаление отходов (грата, флюсовой пыли и т. д.) выполняются автоматически.

Поточная линия — комплекс основного, вспомогательного, подъемно-транспортного и технологического оборудования, машин и механизмов (состоит, как минимум, из двух единиц основного обо­ рудования, выполняющих разные операции), в котором производ­ ственные операции, например, заготовительные, сборочные, свароч­ ные и др., выполняемые с участием человека, закреплены за опре­ деленным оборудованием или определенными рабочими местами. При этом последовательность расположения оборудования или рабочих мест соответствует, как правило, последовательности вы­ полнения операций.

Механизированная поточная линия — поточная линия, в кото­ рой большая часть операций производственного процесса (по тру­ доемкости) выполняется с помощью машин и механизмов и, кроме того, механизированы операции перемещения заготовок или изде­ лия от одного рабочего места к другому. При этом в отдельных слу­ чаях допускается перемещение заготовки или изделия вручную, ес­ ли его механизация на данном этапе нецелесообразна по технико­ экономическим соображениям.

Комплексная механизированная поточная линия — поточная ли­ ния, в которой все основные операции производственного процесса изготовления выполняются механизмами, машинами и другими видами оборудования с взаимноувязанной производительностью и, кроме того, механизированы операции перемещения заготовок или изделий от одного рабочего места к другому.

Автоматическая линия — комплекс основного, вспомогатель­ ного, подъемно-транспортного и технологического оборудования, машин и механизмов (состоит, как минимум, из двух единиц основ­ ного оборудования, выполняющих разные операции), который вы­ полняет без непосредственного участия человека в определенной последовательности и с определенным ритмом некоторую часть про­ изводственного процесса изготовления данных изделий. При этом имеется система общего управления и автоматические транспорт­ ные устройства для перемещения заготовок или изделий от одного вида оборудования к другому, а человек производит лишь наладку и наблюдение. В отдельных случаях человек выполняет начальные загрузочные и конечные разгрузочные операции вручную или с по­ мощью неавтоматических механизмов и устройств.

18

Комплексная автоматическая линия — автоматическая линия, в которой все операции производственного процесса изготовления выполняются без непосредственного участия человека, в определен­ ной технологической последовательности и с определенным ритмом.

В соответствии с приведенными выше определениями типы обо­ рудования можно увязать с типом производства по степени их ме­ ханизации и автоматизации следующим образом: отдельные маши­ ны-автоматы и станки-автоматы или их группы — автоматизиро­ ванное производство (частично или полностью); механизированные поточные линии — механизированное производство; комплексные механизированные линии — комплексно-механизированное произ­ водство; автоматические линии — автоматизированное производ­ ство; комплексные автоматические линии — комплексно-автомати­ зированное производство.

Основным этапом проектирования комплексно-механизирован­ ного или автоматизированного сварочного производства является выбор способов сварки (см. § 7, 8) и всего технологического процес­ са в целом, который оказывает решающее влияние на производи­ тельность и конструктивное оформление отдельных машин, агрега­ тов и устройств, осуществляющих этот технологический процесс.

Современные технологические процессы механизированного сва­ рочного производства, как правило, осуществляются рабочими ма­ шинами (заготовительными, сборочными, сварочными и др.), рас­ положенными в технологической последовательности — по поточ­ ной системе. При этом в каждой машине может быть выполнена лишь часть технологического процесса, например, сборка или свар­ ка какого-либо шва. Наиболее целесообразным решением (при про­ чих равных условиях) будет то, при котором весь технологический процесс осуществляется на меньшем числе машин или даже на од­ ной машине, так называемой, машине-комбайне, например, на сбо­ рочно-сварочном стане непрерывного действия (изготовление свар­ ных труб).

Существуют два различных принципа построения технологиче­ ского процесса сборки и сварки изделий: первый характеризуется расчленением процесса изготовления (сборки, сварки и т. п.) на отдельные операции, которые можно выполнять на узкоспециали­ зированных станках (машинах, установках); второй — сосредоточе­ нием многих операций на одном станке или агрегате, например, на вальцесварочном станке, где производится одновременно гибка, сборка и сварка деталей между собою.

При организации крупносерийного и массового производства до создания комбинированных сборочно-сварочных установок и мно­ гопозиционных машин-агрегатов чаще всего стремились к расчле­ нению операций.

19