Багров Н.М., Г.А. Трофимов, В.А. Андреев В.В. Основы отраслевых технологий

Подождите немного. Документ загружается.

231

Аргонодуговую сварку применяют при сварке нержавеющих и жаропрочных сталей, никеля,

титана, алюминия, магния и др. цветных металлов и сплавов.

7.1.3. Электрическая контактная сварка. Электрическая контактная сварка находит широкое

применение в машиностроении и в приборостроении. Она основана на том, что при прохождении то-

ка через соединяемые поверхности он встречает максимальное сопротивление в месте их соедине-

ния. Здесь происходит разогрев металла до пластического состояния и оплавление. Поверхности

металлов в точке разогрева сжимаются и происходит диффузия металлов. Основными способами

контактной сварки являются стыковая, шовная и точечная (рис. 7.3).

При стыковой сварке (рис. 7.3, а) свариваемые детали 1–2 (стержни, полосы, рельсы, тру-

бы) закрепляют в медных зажимах машины. Зажим 3 установлен на подвижной плите, перемещаю-

щейся по направляющим станины, а зажим 5 укреплен на неподвижной плите. Вторичная понижаю-

щая обмотка трансформатора 4 соединена с плитами медными гибкими шинами.

Рис. 7.3. Основные схемы контактной сварки:

а – стыковая; б – точечная; в – шовная

Стыковую сварку разделяют на сварку сопротивлением и сварку оплавлением.

а б в

232

При сварке сопротивлением заготовки соединяются и включается электрический ток. В зоне

контакта электрический ток встречает наибольшее сопротивление и выделяется наибольшее количе-

ство теплоты, торцы заготовок нагреваются, и в зоне нагрева металл переходит в пластическое со-

стояние. После этого ток отключают, заготовки сжимают, происходит диффузия металлов и в резуль-

тате получается сварное соединение. Сварку сопротивлением применяют для неответственных кон-

струкций небольшого сечения (диаметром до 20–25 мм), изготовляемых из низкоуглеродистых ста-

лей.

При сварке оплавлением заготовки сближают при включенном трансформаторе. По мере их

сближения обеспечивается контакт по всему поперечному сечению, и поверхности стыка, за счет выде-

ления теплоты при прохождении тока, равномерно оплавляются. После этого заготовки сжимаются и об-

разуется сварной шов по всей плоскости. Стыковую сварку оплавлением применяют при соединении же-

лезнодорожных рельсов, газо- и нефтепроводов.

Точечную сварку применяют для соединения заготовок, свариваемых внахлестку в отдельных

точках (рис. 7.3, б). Свариваемые заготовки 2 для обеспечения их контакта зажимаются силой между

двумя стержневыми медными электродами 1 и 3, к которым подводится электрический ток от вторичной

обмотки трансформатора 4. Между электродами, в месте контакта заготовок, имеющем наиболее высо-

кое сопротивление, поднимается температура, металл переходит в пластичное или расплавленное со-

стояние, и образуется сварная точка. Массивные медные электроды практически не нагреваются, так как

сопротивление меди невысокое.

В качестве источника электрической энергии обычно используется однофазный трансформа-

тор переменного тока. Синхронизация работы механизмов сжатия и источника электрического тока

обеспечивается электронными программными устройствами, задающими цикл работы машины. То-

чечную сварку применяют для соединения заготовок из углеродистых и легированных конструкцион-

ных сталей, алюминиевых, медных, титановых сплавов.

При шовной или роликовой сварке (рис. 7.3, в) свариваемые заготовки 2, соединяемые внахле-

стку, зажимают постоянной силой между двумя медными электродами 1, 3, выполненными в виде вра-

щающихся роликов. Роликовая сварка аналогична точечной, но она предназначена для получения не-

233

прерывного сварного шва. Шовную сварку применяют для получения герметичных соединений емкостей,

баков, сосудов высокого давления и т.д. Толщина свариваемых заготовок может быть от 0,001 до 3 мм.

7.1.4. Газовая сварка (рис. 7.4). При газовой сварке в качестве источника теплоты использу-

ют газовое пламя, образующееся при сгорании горючего газа в атмосфере кислорода.

Рис. 7.4. Оборудование газосварочного рабочего места:

а – схема питания от баллонов: 1 – шланг подачи ацетилена; 2 – регулятор давления газа; 3 –

шланг подачи кислорода; 4 – сварочная горелка;

б – схема инжекторной горелки: 1 – мундштук; 2 – ствол горелки; 3 – смесительная камера; 4 – ин-

жектор; 5 – вентиль

Применяют различные горючие газы – ацетилен, водород, природные газы, пропан, бутан,

пары бензина. Самую высокую температуру пламени (3200 °С) обеспечивает ацетилен, поэтому аце-

тилено-кислородное пламя нашло наибольшее применение.

234

Питание газовой горелки ацетиленом и кислородом осуществляется преимущественно от

баллонов – ацетиленового (белого цвета) и кислородного (голубого цвета), поставляемых на место

сварки.

Для получения пламени ацетилен и кислород подают из баллонов, снабженных газовыми регуля-

торами давления, в горелку. Применяют, главным образом, горелки инжекторного типа (рис. 7.4, б). Суть

его заключается в следующем.

Кислород, подаваемый под давлением 0,1–0,4 МПа, выходит из инжектора 4 с большой ско-

ростью и создает разрежение в смесительной камере 3. За счет этого в нее подсасывается ацетилен.

Здесь он смешивается с кислородом, и образующаяся горючая смесь поступает по трубке наконечника к

выходному отверстию мундштука. Сгорание смеси происходит в сварочном пламени на выходе из мунд-

штука. Тепловую мощность пламени регулируют сменными наконечниками горелки с разным расходом

газа.

7.1.5. Сварка лазерным лучом (рис. 7.5). При сварке лазерным лучом источником тепловой

энергии служит сконцентрированный световой луч, получаемый в специальных установках, называе-

мых лазерами. В настоящее время основное применение имеют рубиновые лазеры с искусственным

рубином.

Такой лазер состоит из цилиндрического рубинового стержня 1, ксеноновой лампы 2, охлаж-

дающей системы 3 и линзы 4. Торцы стержня отполированы и посеребрены. Торец, служащий для

выхода наружу светового луча, частично прозрачен. При вспышке ксеноновой лампы, питаемой раз-

рядным током конденсаторов, атомы хрома рубинового кристалла переходят из нормального состоя-

ния в возбужденное. Однако через несколько миллисекунд они снова возвращаются в исходное со-

стояние, излучая фотоны монохроматического красного света. Их поток вдоль оси стержня вызывает

излучение новых фотонов, которые попеременно отражаются от зеркальных торцовых граней, увели-

чивая этим интенсивность общего излучения. При накоплении определенного уровня фотонов они, в

виде потока красного света, прорываются через полупрозрачный торец стержня наружу. Пройдя че-

рез линзу 4, сфокусированный пучок 5 попадает на заготовку 6. Продолжительность импульса излу-

чения лазерного луча равна тысячным и миллионным долям секунды.

235

Рис. 7.5. Схема сварки

световым лазерным лучом:

1 – рубиновый стержень, 2 – ксеноновая

лампа, 3 – охлаждающая система, 4 –

линза, 5 – луч, 6 – заготовка

Точечной сваркой лазерного луча можно сваривать различные металлы толщиной до 0,5 мм.

Его применяют также для получения отверстий в твердых сплавах, тугоплавких металлах, алмазах,

рубинах и др. материалах.

7.1.6. Плазменно-дуговая сварка. Электронной плазмой называют ионизированный газ, со-

стоящий из нейтральных атомов и молекул, ионов и электронов. Для получения плазменного пламе-

ни через электрическую дугу (рис. 7.6), горящую между анодом (+) и катодом (-), пропускают поток

газа. Сжатый в сопле 3 газ, под воздействием электрической дуги, ионизируется и превращается в

плазму с температурой 20 000–30 000º С. Различают плазменную дугу прямого и косвенного дейст-

вия.

236

Рис. 7.6. Схемы горелок

для плазменной наплавки:

1 – электрод, 2 – мундштук для

подводки тока, 3 – сопло, 4а –

электрическая дуга, 4б – пламя

горелки, 5 – заготовка

Дуга прямого действия (рис. 7.6, а) горит между вольфрамовым электродом 1 (катод) и изде-

лием 5 (анод). Температура такой дуги достигает 20 000–30 000º С.

Дуга косвенного действия (рис. 7.6, б) горит между вольфрамовым электродом 1 и медным

соплом 3. Температура пламени горелки 4 достигает 15 000º С и выше. Ток к вольфрамовому элек-

троду подводят через мундштук 2, а к корпусу горелки – вблизи сопла. В качестве плазмообразующе-

го газа для сварки используют, главным образом, аргон.

Плазменной дугой сваривают углеродистые и легированные стали, тугоплавкие и цветные

металлы, а также неметаллические материалы толщиной от нескольких десятков микрометров и вы-

ше. Швы, полученные плазменной сваркой, отличаются малой зоной термического влияния.

7.1.7. Прочие виды сварки. Кроме рассмотренных, широко применяемых в различных от-

раслях промышленности и в строительстве видов сварки, используют различные специальные виды

сварки, например, сварку труб – токами высокой частоты, сварку рельсов – газопрессовую сварку,

237

сварку стержней – трением, для тонкой сварки вольфрама и молибдена – сварку электронным лучом

и т.д. В электронике широко применяется лазерная сварка. Всего насчитывается около 50 различных

видов сварки. В основе любого вида сварки заложен принцип смешивания металлов на молекуляр-

ном уровне. Поэтому сварочный шов отличается высокой прочностью.

7.2. Пайка

Пайка – процесс соединения заготовок в твердом состоянии благодаря металлической связи,

осуществляемой с помощью припоя – сплава, имеющего температуру плавления ниже температуры

плавления основного металла. Неразъемное соединение образуется в результате расплавления

припоя, смачивания им основного материала, взаимной диффузии с основным металлом и застыва-

ния. Пайка не вызывает коробления и окисления поверхностей соединяемых заготовок.

Для взаимной диффузии необходимо, чтобы спаиваемые поверхности были очищены от ок-

сидов и загрязнений, а жидкий припой и основной металл – защищены от окисления. С этой целью

при пайке используются различные флюсы, предохраняющие металлы и сплавы от их окисления при

повышении температуры в процессе пайки.

Процесс пайки заключается в нагреве паяемых заготовок и в расплавлении припоя. Для полу-

чения соединения высокого качества температура нагрева заготовок в зоне шва должна быть на 50–

100°С выше температуры плавления припоя. Нагрев заготовок и расплавление припоя, в зависимо-

сти от его вида, производят медными паяльниками, газовыми горелками, электрическим током в пе-

чах, индукционным током, а также в печах-ваннах с расплавами солей.

Все применяемые припои стандартизованы, имеют определенный химический состав, марку

и назначение. В зависимости от температуры плавления припои подразделяют (ГОСТ 19248–73) на

особо легкоплавкие (<145°С), легкоплавкие (145...450°С), среднеплавкие (450...1100°С), высокоплав-

кие (1100...1850°С), тугоплавкие (> 1850 °С).

238

Припои с температурой плавления ниже 450°С обеспечивают получение паяных соединений

с небольшими пределами прочности, например, при пайке медных проводов. К низкотемпературным

припоям относятся сплавы олова, свинца, висмута и кадмия.

Припои с температурой плавления выше 450°С позволяют получить соединения с более высо-

кой прочностью, не уступающие сварным. К таким припоям относятся медные, медно-цинковые, сереб-

ряные и др. Особое применение находят серебряные припои, обозначаемые маркой ПСр. и числом,

показывающим процентное содержание серебра в припое (например, ПСр.28 содержит 28% серебра).

Их используют при пайке медных труб, находящихся в вибрации, например, при пайке труб в холо-

дильниках.

Большое влияние на качество пайки оказывают флюсы. Их выбирают в зависимости от вида

припоя и материала заготовок. Например, при пайке медных проводов в качестве флюса использует-

ся канифоль.

После окончания пайки необходимо удалять остатки флюсов, особенно таких, которые

вызывают коррозию. Флюсы удаляют промывкой в горячей или холодной воде, в 5%-м растворе

кальцинированной соды, ультразвуковыми и другими методами.

Пайку применяют для сборки изделий и сборочных единиц; в радиотехнике, радиоэлектрони-

ке – для пайки проводов, изготовления печатных плат и т.д.

Паять можно заготовки из углеродистой и легированной стали всех марок, твердых сплавов,

чугунов, редких металлов и их сплавов. Преимуществами пайки являются: чистота соединения, от-

сутствие оплавления металла, сохранение формы и размеров изделия, дешивизна и небольшая тру-

доемкость; недостаток – недостаточная прочность при внешней нагрузке.

239

ГЛАВА 8. ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

8.1. Общие тенденции развития

Топливно-энергетический комплекс является системообразующим производственным блоком

в механизме формирования макроэкономических показателей и оказывает прямое влияние на его

социально-экономическое развитие, на экологическую, экономическую и национальную безопасность.

Суровые климатические условия России, огромная территория и необходимость содержания соот-

ветствующей транспортной системы, сложившаяся в последние годы зависимость внутреннего

рынка от импорта при удельном весе в составе экспорта более 70% топливно-энергетических и

энергозависимых сырьевых товаров, высокая энергоемкость промышленности делают этот ком-

плекс определяющим в экономике сегодняшней России. Его состояние, роль в воспроизводстве мак-

роэкономических показателей и пути развития определяют будущий характер и национальной техно-

логической системы, и экономики в целом. Этот фактор усиливается промышленной политикой, при-

нятой в постсоветский период и ориентированной на преимущественное развитие сырьевых отрас-

лей.

Нормальная, без снижения темпов производства, работа топливно-энергетических отраслей

может быть обеспечена только при условии опережения подготовки промышленных запасов над их

добычей, однако по данным Госкомстата, глубокое разведочное бурение по нефти и газу, достигнув

пика 5286 тыс. м

в 1990 г., упало в 1998 г. до 1250 тыс. м, восстановилось к 2001 г. до 1847 тыс. м и в

2007 г. составило 1488 м. К 2007 г. доля ТЭК в объёме инвестиций в основной капитал составила

13,8%, но их общий объём составил 51% от уровня 1990 г.

Нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая отрасль. Нефть и нефтепродукты

обеспечивают около трети топливно-энергетических потребностей страны и являются одними из

Общая сумма пробуренных за год скважин.

240

главных источников валютных поступлений. Поэтому состояние нефтедобывающей и нефтеперера-

батывающей отраслей в значительной мере определяет и состояние экономики России в целом.

Нефтедобывающая отрасль оказалась одной из наиболее дезинтегрированных отраслей

народного хозяйства, распавшейся в период приватизации госсобственности на ряд самостоятель-

ных компаний. Количество действующих организаций с 1990 г. по 2004 г. выросло в 10 раз, числен-

ность работающих – в 3 раза, добыча нефти в 2007 г. составила 95% от 1990 г. (рис. 8.1)

. Достиг-

нув в 1987–1988 гг. максимума (569,5–568,4 млн т), уровень добычи нефти с конденсатом стал сни-

жаться, достиг минимума 303 млн т в 1998 г., затем стал подниматься и в 2007 г. достиг 702 млн т.

Распад СССР привел к острой нехватке оборудования для нефтяной промышленности, так

как 70% оборудования производилось в Азербайджане, в то же время износ фондов составляет бо-

лее 50%. Кроме того, на состояние нефтяной промышленности влияют тяжелые условия разработки

месторождений, отдаленность источников и уровень транспортных тарифов на перекачку и перевозку

нефти, падение объемов геологоразведочных работ и разведанных запасов и др. факторы.

Технологическая отсталость нефтеперерабатывающей промышленности обусловливает экс-

порт преимущественно сырой нефти, так как внутренняя цена отечественных нефтепродуктов оказы-

вается выше мировых цен. Средняя глубина переработки нефти на наших нефтеперерабатывающих

заводах выросла от 64% в 1985 г. до 72% в 2009 г., выход светлых нефтепродуктов из тонны нефти

колеблется на уровне 50–60%, тогда как мировой уровень равен соответственно 85–90% и 92%.

В 2007 г. экспорт сырой нефти составил 258 млн т, нефтепродуктов – 112 млн т. Падение

объемов переработки нефти выше падения добычи, так как большая часть нефти на экспорт идет не

переработанной.

В связи с переходом к ОКВЭД основные показатели работы нефтедобывающей промышленности с 2005 г. Росстатом не пуб-

ликуются.