X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Рассмотрим сварочную технологию перемешиванием применительно к изготовлению сварных конструкций в мировом вагоностроении и роботизирование данного технологического процесса.Сваркой называют технологическийпроцесс получения механически неразъемных соединений, характеризующихсянепрерывностью структур – непрерывной структурной связью. Это технологическийпроцесс, с помощью которого изготавливаются все основные конструкциисооружений, электростанций, железнодорожные и автодорожные мосты, вагоны, суда,строительные металлоконструкции, и многие другиеизделия. Отрасль проектирования и изготовления железнодорожных вагонов сталкивается с требованиями по модернизации производства. На данном этапе проектирование и выбор материалов основаны на чрезвычайно традиционных концепциях, и для того, чтобы осуществить необходимую модернизацию, следует учесть новые подходы к использованию материалов и новые технологии сварки. Тщательные исследования показали, что эти новые концепции в сочетании с увеличением объема автоматизации позволят значительно улучшить такие параметры, как вес конструкции, обеспечение качества и безопасности вагонов..Сварка, вне всяких сомнений, является самым важным процессом соединения деталей при производстве железнодорожных вагонов. Другие виды соединения, например, клеевые, клепаные и резьбовые, иногда используются дополнительно, но только для кузова вагона. При сборке вагонов сварка выполняет две основные задачи: соединение тонких и толстых листов. В целом, органы, регулирующие железнодорожные перевозки, не налагают особых ограничений на применяемые процессы соединения деталей и сварки. Технологические сложности и низкая экономическая эффективность традиционных видов сварки при производстве деталей и изделий из алюминия привели к необходимости разработки принципиально нового метода. Так в 1991 году была запатентована перемешивающая сварка трением (ПСТ или сварка перемешиванием), получившая сегодня широкое применение во всем мире. При сварке перемешиванием происходит локальное размягчение заготовок посредством тепла, выделяемого за счет трения вращающегося инструмента (без плавящегося элемента), благодаря чему происходит пластификация свариваемых материалов, позволяющая перемешивать их в зоне стыка. Первое промышленное применение сварки перемешиванием было осуществлено в 1995 году при производстве полых алюминиевых панелей морозильных агрегатов глубокой заморозки для рыболовных судов. В настоящее время сварка перемешиванием применяется за рубежом во всех отраслях машиностроения, где используют алюминий и его сплавы. В настоящее время для решения подобных задач используются роботы.

В Японии целые железнодорожные составы собираются из полых экструдированных профилей, соединенных с помощью этой технологии. При осмотре специалистами Ржд завода HITACHI в Японии( а HITACHI – полный железнодорожный системный поставщик подвижного состава), явный интерес представляют новые технологии по высокоскоростной резке и сварке алюминия методом трения. Данная технология дает следующие преимущества против обычной аргонно-дуговой сваркой:

- высокая прочность и минимальные искривления;

-гладкие поверхности;

- наилучшая подгонка для модульного дизайна.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что изменение сварочных процессов вызывает изменение конструкции.Конструкция железнодорожного вагона меняется до сварной с двойной обшивкой, полученной из прессованных алюминевых прутков.Выполнение многомерных швов в сварке трением с перемешиванием задача трудная, и требует прогрессивной системы управления. Это объясняется тем, что роботы обычно не разрабатываются для контактных операций и крайне редко рассчитаны на контактные усилия, испытываемые во время РСТ-сварки.

Выполнение многомерных швов в сварке трением с перемешиванием (FSW) пока еще остается трудной задачей. Это объясняется тем, что проектирование машин преимущественно осуществляется с целью достижения требований процесса, а не гибкости движенийуспешно запустить новейшую разработку в сварке трением с перемешиванием - установку FSW - Rosio. Это роботизированный сварочный комплекс для выполнения трехмерных швов посредством сварки трением с перемешиванием.Сварка трением с перемешиванием научно исследована и применяется зарубежом и широко внедряется в нашей стране.

Данный метод сварки, защищенный патентомTWI (Института Сварки Великобритании) завоевывает все новые позиции и используется в том числе в роботизированном производстве. При сварке трением с перемешиванием энергия выделяется за счет трения вращающегося инструмента, на который надавливает робот, и переносится на зону стыка свариваемых деталей.

Описание процесса:

Робот с силой вжимает вращающийся инструмент в зону стыка.

Инструмент на несколько секунд задерживается в месте внедрения и за счет его трения о деталь последняя нагревается почти до температуры плавления.

Благодаря подающему движению вращающийся инструмент перемещается вдоль шва под высоким давлением.

В конце шва робот убирает инструмент.

Существенные преимущества данной технологии:

1. Не нужен присадочный материал и защитный газ;

2. Высокая прочность шва;

3. Возможность соединения различных материалов;

4. Относительно низкие температуры - меньше деформаций.

Следует отметить, что при этой технологии используется большая сила прижима, и из-за этого ограничены пространственные возможности, так что она подходит только для сварки деталей с очень большой площади в положении «в лодочку». Отличные результаты были достигнуты при сварке алюминиевых сплавов.

В производстве железнодорожных подвижных составов все чаще использует технологию перемешивающей сварки благодаря сочетанию экономической эффективности процесса с хорошими эксплуатационным характеристикам получаемых швов. Конструкции, изготовленные сваркой перемешиванием, произвели настоящую революцию в строительстве поездов и трамваев. В докладе об аварии в Великобритании было рекомендовано рассмотреть вопрос «об использовании альтернативы сварке плавлением» и «об использовании улучшенных марок алюминия, которые были бы менее подвержены ослаблению на швах, полученных сваркой плавлением». В Европе поставщики производителей железнодорожного подвижного состава используют этот процесс для изготовления крупных панелей, полученных сваркой алюминиевых экструдированных профилей. Компания Alstom LHB (Германия) с 1997 года применяет панели, сваренные методом перемешивания одностенногоэструдированного алюминиевого профиля, для изготовления крыш железнодорожных вагонов пригородных поездов Копенгагена.Последние исследования ударопрочности алюминиевых вагонов наглядно продемонстрировали преимущества использования соединений сваркой перемешиванием, а также перспективность дальнейшего совершенствования и оптимизации этой инновационной технологии. Так пять железнодорожных компаний – Alstom, CAF, AngelTrains, HSBC Rail и «RSSB» объединились в проект EuroStir с целью развить применение сварки перемешиванием в железнодорожной отрасли, выведя эту прогрессивную технологию из лабораторий и внедрив ее в промышленные производственные цеха.

В настоящее время в России остро ощущается нехватка современных центров компетенций по обработке материалов для вагоностроительной отрасли, авиации, транспортного машиностроения, автомобилестроения, судостроения и других отраслей промышленности, в том числе в части сварки алюминиевых полуфабрикатов. Создана Алюминиевая Ассоциация. Внедряется План мероприятий по стимулированию спроса на продукцию высоких переделов из алюминия на 2016-2017гг., утвержденного Председателем Правительства Российской Федерации Д.А. Медведевым от 28 ноября 2016 года №ДМ-П9-7475.ЗАО «Чебоксарское предприятие.

«Сеспель» - единственное предприятие в России, выпускающее все виды подобной продукции для перевозки различных грузов. Для сваривания конструкций используют следующие виды сварки: Ручная аргонодуговая сварка аппаратами Fronius,автоматическая сварка роботом Fanuc,сварка трением с перемешиванием (СТП:,установка СТП 14, установка СТП-4ПЛ,Совместно с Институтом физики прочности и материаловедения

Сибирского Отделения РАН (ИФПМ СО РАН) заключен договор о технологическом партнерстве в области сварки трением с перемешиванием, направленный на развитие научно-технического и промышленного потенциала сторон и достижение конкурентного

преимущества сторон в области сварки трением с перемешиванием.

Сегодня конструкции поездов из алюминия характеризуются значительно более высокой сопротивляемостью ударным воздействиям. Современные железнодорожные вагоны все чаще изготавливают из алюминиевых продольно экструдированныходностенных или двустенных полых профилей. Повышается конструкционная прочность и безопасность железнодорожных вагонов. Благодаря отсутствию пересекающихся сварных швов и высокой стойкости панелей из них к продольным изгибам обеспечивается лучшая сопротивляемость вагона фронтальным ударам. Эти перспективные технологии стали широко внедрятся как инновационные в настоящее время при использовании роботизированной сварки смешиванием в современном вагоностроении. Изготовление железнодорожных вагонов — хорошо регламентированный и стандартизованный отраслевой сегмент. Несмотря на это, конструкторы и производители железнодорожных вагонов всегда ищут новые методы снижения веса, повышения коррозионной стойкости, высокой эффективности и надёжности. Более важными задачами в сфере автоматизации сварочных процессов являются поиск и отслеживание сварных швов. Чем выше точность работы систем, поиска и отслеживания сварных швов, тем выше может быть степень автоматизации и роботизации.. На практике используются механические системы с датчиками нагрузки, системы с лазерным наведением или система распознавания прикосновений .Автоматизация и роботизация является самой непростой задачей в сборке железнодорожных вагонов: чем выше доля автоматизированных процессов при производстве, тем сложнее технологические задачи, но тем выше качество и уровень экономической эффективности.Сварка перемешиванием является сегодня для российской промышленности инновационным методом, который технологически и экономически целесообразно широко использоват

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Трехмерная ротационная сварка трением на железнодорожном транспорте -Режим доступа :http://promsvarka.by/stati/texnologii/esab-3d-ustanovka-dlya-svarki-treniem 2. Мнение РЖД о скоростных дорогах Японии - Режим доступа: http://www.1520mm.ru/superTrain/rzd-v-japan.phtml 3. Инновационный метод – сварка перемешиванием - Режим доступа: http://www.umpro.ru/index.php?page_id=17&art_id_1=204&group_id_4=58 4. Сварка железнодорожных вагонов : задачи в области материалов , процессов и автоматизации.- Режим доступа http://tctena.ru/stati/svarka-zheleznodorozhnyix-vagonov

Код для цитирования: Скопировать