CC BY
10
К ВОПРОСУ О ПОВЫШЕНИИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СВАРКИ В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ Накарякова Вера Ильинична, старший преподаватель Российский государственный профессионально-педагогический университет, г.Екатеринбург
Статья посвящена вопросу повышения производительности труда сварщиков, используя покрытие, защищающая изделия от налипания сварочных брызг. Приводится состав покрытия и преимущества от его применения.
В последние годы в Свердловской области так и в Российской Федерации отмечаются, несомненно, объективно положительные макроэкономические тенденции. Россия восстанавливает статус мощной экономической финансовой державы, подтверждая свое право находиться в числе крупнейших стран - мировых лидеров, как по динамике развития, так и по масштабам экономики.
Однако сегодняшние качественные характеристики российской экономики не позволяют ей использовать преимущества глобальной конкуренции, оставаясь слабо диверсифицированной и, в силу этого, уязвимой к колебаниям конъюнктуры мировых рынков углеводородов и сырья, характеризуются низким уровнем инноваций. Россия ставит перед собой амбициозные, но достижимые цели долгосрочного развития, заключающиеся в обеспечении высокого уровня благосостояния населения и закреплении геополитической роли страны как одного из лидеров, определяющих мировую политическую повестку дня. Единственным возможным способом достижения этих целей является переход экономики на инновационную социально ориентированную модель развития, о чем и говорится в принятой Распоряжением Правительства РФ от 8 декабря 2011 г. № 2227-р «О Стратегии инновационного развития РФ на период до 2020 г.» [1].
Мировой экономический кризис 2008 - 2009 годов осложнил реализацию поставленных целей, привел к сокращению расходов частного бизнеса на инновации и замедлил развитие российской инновационной системы.
Тем не менее сложная экономическая ситуация в краткосрочной перспективе не означает необходимости пересмотра целей долгосрочного развития, а обусловливает повышение требований к темпу и качеству экономического развития в период до 2020 года.
Задачи посткризисного восстановления и ускорения перехода на инновационный путь развития придется решать в условиях увеличения масштабов внешних и внутренних вызовов, с которыми сталкивается Россия и которые требуют еще большей интенсификации усилий по решению накопленных в российской экономике и инновационной системе проблем.
Ключевыми из внешних вызовов в части инновационного развития являются: ускорение технологического развития экономики. Реальными конкурентами России становятся не только страны - лидеры в сфере иннова-
ций, но и многие развивающиеся страны, государства -участники СНГ. Технологическая революция в ресурсосбережении и альтернативной энергетике резко повышает неопределенность в развитии России, основу специализации которой на мировых рынках составляет экспорт традиционных энергоносителей. Развитие альтернативной энергетики, появление экономически эффективных технологий добычи углеводородов из нетрадиционных источников, включая сланцы и нефтеносные пески, может привести к снижению спроса и цен на ключевые товары российского сырьевого экспорта, сокращению поступления в экономику России финансовых ресурсов, необходимых для модернизации, и, следовательно, к снижению значимости Российской Федерации в мировой политике.
Кризис 2009 года усилил важность этого вызова для России. Связано это в первую очередь с тем, что инвестиции в технологическое развитие рассматриваются США, Японией, государствами - членами ЕС, а также Китаем, Индией и Бразилией в качестве ключевой антикризисной меры. энергетики, атомной отрасли и информационных технологий.
Дополнительные сложности для России возникают и в связи с тем, что в условиях низкой эффективности инновационной системы в России это означает увеличение оттока из страны конкурентоспособных кадров, технологий, идей и капитала; изменение климата, старение населения, проблемы систем здравоохранения, а также проблемы в области обеспечения продовольственной безопасности в мировом масштабе - вызовы, с которыми сталкивается не только наша страна, но и человечество в целом.
К числу отрицательной составляющей конкурентоспособности относится умеренный уровень производительности труда в промышленности, являющейся одним из базисов, на котором держится экономика России. От ее технической и технологической составляющих зависит не только развитие отрасли в целом, но и конкурентоспособность бизнеса.
Согласно исследованию М.П. Шалимова и В.И. Панова [2], более половины валового национального продукта промышленно развитых стран создается с помощью сварки. Различные способы и технологии сварки применяется для неразъемного соединения металлических и неметаллических, а также композиционных конструкционных материалов, однако, основным конструкционным материалом все же является сталь. Кроме того, до 2/3 мирового потребления стального проката идет на производство сварных конструкции. Сварка является наиболее эффективным и, часто, единственно возможным способом получения неразъемных соединений для создания ресурсосберегающих заготовок, максимально соответствующих геометрии готовой детали или конструкции. Повышение качество продукции, ее эффективности и конкурентоспособности способствует непрерывный рост наукоемкости сварочного производства. Разработаны и применяются в некоторых отраслях промышленности новые методы сварки: сварка давлением, трением, ультразвуком, токами высокой частоты, плазменной дугой, сварка электронным лучом в вакууме, диффузионная сварка в вакууме, взрывом, сварка под водой лучом лазера. В ближайшие годы можно дос-
тичь серьезных дальнейших успехов в развитие и в промышленном применении новых видов сварки. Произошли достижения в области механизации и автоматизации сварочных процессов, которые позволили поднять на высокий технический уровень изготовление котлов, труб и трубопроводов, морских и речных судов, нефтеаппаратуры, прокатных станков, мощных прессов и насосов, военной техники и других машин и механизмов. Однако наиболее распространенным видом сварки остается сварка в среде углекислого газа. К преимуществам применения сварки в среде углекислого газа относятся следующие: экономия металла на 20-25%, трудоемкости изготовления изделий и рабочей силы, возможность производить сварку в любом пространственном положении, обеспечивая глубокий провар [3].
К одному из главных недостатков сварки в среде углекислого газа относится высокий коэффициент разбрызгивания и чрезмерно высокий коэффициент налипшего на изделие расплавленного металла. В качестве примера, трудоемкость сварки изделия сравни трудоемкости удаления налипших капель металла - это действительно большие цифры..
В связи с вышесказанным, представляется способ сварки, который позволяет повысить производительность труда при сварке в среде углекислого газа, а также упразднить трудозатраты, необходимые для удаления налипших брызг, а также другие дополнительные положительные эффекты, например, улучшение условий труда сварщиков.
Представленная инновационная разработка отличается от аналогов тем, что на кромки свариваемых деталей изделий наносится кистью или краскораспылителем тонкий слой водного раствора нескольких доступных и недорогих компонентов. Далее производится сварка при этом сушка покрытия необязательна.
Состав покрытия - водный раствор талька или маршаллита (искусственного кварца), тринатрийфосфата, бихромат калия, а также жидкого стекла при следующих соотношениях компонентов, масс. %: тальк или маршал-лит (искусственный кварц) - 15; тринатрийфосфат - 1-3; бихромат калия -0,3 жидкое стекло - 10; вода - остальное.
Покрытие получают путем смешивания порошкообразных компонентов и жидкого стекла с водой.
Введение в состав защитного покрытия талька и тринатрийфосфата (Ка3Р04) совместно с жидким стеклом обеспечивают необходимое сцепление покрытия с металлической поверхностью, повышает коррозионную стойкость покрытия.
Кроме того, введение в состав тринатрийфосфата и бихромата калия (К2Сг207) оказывает следующее воздействие: при взаимодействии железа Бе с Ка3Р04 образуется кисло-щелочная реакция с преобладанием щелочных продуктов Ка0И. В кислой среде устанавливается равновесие:
Сг 207 + 14 И+6е = 2Сг + 7И20.
Растворяясь в феррите металла шва, хром повышает его прочность за счет более высокого химического сродства к сере, чем железо. Хром связывает ее в тугоплавкий сульфит хрома, уменьшая вредное влияние серы и
повышая стойкость сварного соединения против образования кристаллизационных холодных трещин (рисунок), как показали авторские исследования.
Время.час
Рисунок.1. Стойкость сварного соединения против образования кристаллизационных холодных трещин: 1 - без защитного покрытия; 2 - с защитным
покрытием
Кроме того, диоксид кремния БЮ2, входящий в состав талька и мар-шаллита, окись хрома Сг 203, полученная в результате диссоциации би-хромата калия, обладающие высокой температурой разложения, соответственно, 1883 и 2613 градусов по Кельвину, повышают жаропрочность покрытия, т.е. повышают защитную способность покрытия приваривания брызг расплавленного металла к поверхности изделия. Бихромат калия (К2Сг207) , обладая относительно низкой температурой плавления (671 град. К), под воздействием температуры сварочной дуги, мгновенно выделяет щелочной металл - калий, по следующим реакциям:
-ш>
Т=3000 град. К
2К2Сг20 7--► 2 К2СЮ4 +3 02
Т=3000 град. К
2К2Сг04 -> 2 К20 + Сг 203 4- 3/2 02
Т=3000 град. К
К20 -* 2К + + 1/2 02
Таким образом, в результате диссоциации бихромата калия выделяется щелочной металл калий с низким потенциалом ионизации - 4,3 эВ [4], что приводит к стабилизации процесса горения сварочной дуги. При этом наблюдается струйный перенос расплавленного металла и мелкочешуйчатое равномерное формирование металла шва без пористости, зашлаковок и других дефектов. Коэффициент разбрызгивания практически равен нулю.
Кроме стабилизирующего воздействия на сварочную дугу бихромат калия образует на поверхности капель расплавленного металла (в случае появления небольшого их количества) окисную пленку. Окисленная капля металла теряет возможность сцепления с металлом изделия и скатывается с его поверхности.
Введение талька или маршаллита в качестве наполнителя дает возможность получить еще один эффект. Основной компонент данных веществ -диоксид кремния БЮ2, имеющий температуру плавления 2770 град.К, является флюсующей добавкой. Кремнийвосстановительный процесс происходит на стадии капли, когда металл и шлак имеют высокую температуру (до 3000 град. К), что позволяет дополнительно повысить жаростойкость покрытия и его защитные свойства. Процесс выражается следующими формулами: БЮ2 + 2Бе = + 2 БеО; БеО + С = Бе + СО
Механические испытания показали, что прочностные характеристики сварных соединений не уменьшаются при использовании защитного покрытия (таблица). Итак, преимущества использования данного инновационного проекта заключаются в следующем: повышается производительность труда сварщика, так как весь объем сварочной проволоки попадает в сварной шов (коэффициент разбрызгивания практически равен нулю); отсутствует трудоемкость зачистки от налипших брызг на поверхность изделия; повышается качество сварного соединения: повышаются стойкость против образования холодных трещин, предел прочности, ударная вязкость, как при положительных, так и при отрицательных температурах; улучшается условия туда сварщика даже при сварке в закрытых емкостях, так как при попадании брызг на поверхность покрытия мгновенно выделяется свободный кислород, а содержание вредных веществ снижается (окислов марганца в 2-3 раза, сварочного аэрозоля в 2 раза); состав защитного покрытия технологичен: обладает высокой жаростойкостью, достаточной смачиваемостью с маслянистой поверхностью.
Таблица 1. Влияние защитного покрытия на прочностные свойства _сварных соединений изучали на высокопрочных сталях_
Марка высокопрочной стали Марка проволоки Состояние стыкуемых кромок соединения Предел прочности сварного соединения, МПа
«7» Св-10ГСМТ Без покрытия 416-679 (585)*
«7» Св-10ГСМТ С покрытием 639-685 (658)*
«1» Св-10ГСМТ Без покрытия 724-774 (745)*
«1» Св-10ГСМТ С покрытием 766-799 (793)*
*(Средние значения предела прочности из 5 образцов)
Таким образом, использование хозяйствующими субъектами данного инновационного способа сварки позволит им получить ощутимый экономический эффект при минимальных финансовых затратах.
Список литературы
1. http://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/70006124/ (30.03.2015)
2. http://www.enginclub.ru/upload/Svarka.pdf (10.03.2015).
3.Виноградов В. С. Оборудование и технология дуговой автоматической и механизированной сварки.: Учебник для проф. учеб. Заведений. М.: Высш. шк.: Изд.центр «Академия», 1997.- 320 с.
4.http://www.taginvest.ru/svarka/17.pl (30.03.2015)
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО КАРБОНАТ-ГИДРОКСИАПАТИТА Насанова Алина Альвековна, студентка 5 курса Муктаров Орынгали Джулдгалиевич, к.т.н., ассистент Буров Андрей Михайлович, к.х.н., ведущий инженер ИБФРМРАН Пичхидзе Сергей Яковлевич, д.т.н., профессор Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А., г. Саратов
В тезисах проведен синтез биологического карбонат-гидроксиапатита методом термоудара из костного материала крупного рогатого скота.
Биологический апатит костных и зубных тканей - всегда дефицитный по кальцию и содержит значительное количество карбонат-групп. В зависимости от возраста человека, содержание групп СО3 " в карбонат -гидроксиапатите (КГА) достигает от 2,3 до 8,0 масс. %. Есть оценки того, что минеральная составляющая эмали, дентина и костной ткани содержит, соответственно, 3,5, 5,6 и 7,4 масс.% групп СО3 " [1]. Карбонатные группы создают решеточные искажения, микронапряжения и дефекты кристаллической решетки, влияя на биологическое поведение, повышая, в частности, способность к остеоинтеграции.
Карбонат-группы могут занимать два положения в структуре ГА, замещая соответственно ОН-группы (А-тип замещения), либо РО4 -группы (Б-тип). Замещение РО4 - карбонат-группами приводит к уменьшению размеров кристаллов и степени кристалличности ГА. Замещение ОН-групп приводит к расширению элементарной ячейки вдоль оси а и небольшому сжатию вдоль оси с, что сопровождается изменением пространственной группы с Р63/т на Р21/Ь. В случае КГА Б-типа наоборот наблюдается уменьшение параметра а и увеличение с [1]. Параметры решетки КГА: а= 9,48 А, с = 6,89 А. Вопросы о положении СО3-иона в структуре апатита, об образовании и преобразовании биогенных апатитов, связанные со сложным взаимодействием живого и косного вещества, остаются дискуссионными. Актуальность изучения биоапатитов связана с разработкой методов выявления и профилактики болезней зубов и костей, а также созданием биосовместимых материалов для протезирования.
