Институтом электросварки

Великая Октябрьская социалистическая революция и последовавшие за ней восстановление и подъем промышленного производства выдвинули на первый план задачи всемерного расширения и совершенствования научно-технических исследований, в том числе и в области прочности материалов. В лабораториях Центрального аэрогидродинамического института, основанного в Москве в 1918 г., было положено начало изучению свойств материалов при действии больших нагрузок. В том же году в лабораториях Научно-технического комитета НКПС (затем реорганизованных в Экспериментальный институт путей сообщения) началось проведение исследований по динамике и прочности конструкций искусственных сооружений и подвижного состава железных дорог. Годом позднее во вновь организованном Институте технической механики Украинской академии наук и в Киевском политехническом институте были предприняты исследования усталостных явлений и динамической прочности металлоконструкций. Наконец, с 20-х годов в Ленинграде—в Институте металлов и Физико-техническом институте велась разработка усовершенствованных методов испытаний материалов и прочностных нормативов, осуществлялись исследования явлений хрупкого разрушения материалов, остаточных деформаций и другие работы, имевшие существенное значение для формирования рациональных основ прочностных расчетов. Исследования этих институтов способствовали освоению производства и применению качественных материалов в зарождающихся новых отраслях молодого советского машиностроения, обоснованию стандартов на них, а также успешному завершению восстановительных работ в промышленности и на транспорте.

Научные исследования в области создания теории автоматизированного проектирования в машиностроении с помощью современной вычислительной и кибернетической техники и опытно-промышленная проверка их на заводах и в проектных организациях проводятся в течение ряда лет в Институте технической кибернетики Академии наук Белорусской ССР.

Рассматриваемый ниже внутренний язык автоматизированной системы машиностроительного проектирования [28] базируется на входном языке, разработанном в Институте технической кибернетики АН БССР [25], и связан с ним соответствующим транслятором. Однако на первых этапах перехода к автоматизации проектирования допускается запись человеком всей конструкторской информации непосредственно на внутреннем языке.

Рассматриваемый ниже внутренний язык разработан в Институте технической кибернетики АН БССР применительно к широкому классу задач машиностроения и используется в течение ряда лет при создании алгоритмов и программ машиностроительного проектирования. Накопленный положительный опыт позволяет рекомендовать этот язык для широкого использования при автоматизации процессов проектирования технической подготовки производства в машиностроении с помощью вычислительной техники.

ли место при разработке математических описаний процессов проектирования в Институте технической кибернетики АН БССР. Программы оказались громоздкими, неэффективными и не нашли практического применения.

Параллельно происходит процесс формирования ТКС вала. При необходимости производится проверочный расчет вала для учета влияния концентраторов напряжений, корректируются отдельные свойства элементов и вносятся изменения в ТКС. При последующем проектировании технологического процесса обработки вала его ТКС является частью исходной информации. При необходимости получить чертеж вала с помощью специального математического обеспечения вырабатывается программа работы чертежного автомата. По аналогичной схеме производится алгоритмическое проектирование большинства машиностроительных деталей. Соответствующие программы разработаны в Институте технической кибернетики АН БССР.

В Институте технической кибернетики АН БССР создан чертежно-графический автомат «Итекан-2» [95] с цифровым программным управлением. Он предназначен для построения чертежей, графиков, схем и другой графической документации, в том числе сопровождаемой цифро-знакшой индексацией. Программа для работы автомата подготавливается на электронной вычислительной машине на основании результатов проектирования объекта. Носителем программы является стандартная перфолента шириной 17,5 мм. Возможно непосредственное подключение автомата к ЭЦВМ.

дительность труда при проектировании конструкции выросла в 30 раз. Более чем в 20 раз сократились затраты на проектирование шпиндельных коробок агрегатных станков с созданием в Институте технической кибернетики АН БССР САПР технологического оборудования. Значительный эффект в повышении производительности труда при проектировании строительных конструкций ожидается от внедрения «Автоматизированной системы проектирования объектов строительства» (АСПОС). Применительно к задаче проектирования морских транспортных судов разработана САПР «ПРОЕКТ-1». Как показывает опыт практического выполнения проектных работ с помощью первой очереди данной системы, повышение эксплуатационно-экономических показателей проектируемых судов достигает 3—5 % при уменьшении трудоемкости проектирования на 40—50%. Аналогичные работы по созданию систем САПР ведутся и в других отраслях промышленности.

Первое поколение программ создавалось для построения графиков, а позднее и для механизации графических работ. Типичными представителями этого поколения являются программный комплекс ГРАФОР, разработанный в Институте прикладной математики АН СССР, и программный комплекс ПАД, разработанный в Институте технической кибернетики АН БССР. Сегодня оба этих комплекса нашли широкое применение для машин ЕС ЭВМ и АРМов, причем если ГРАФОР очень удобен для работ с двухмерными и трехмерными объектами, которым присуще дискретное представление геометрии (например, в конечно-элементных моделях), то ПАД по праву можно назвать «королем» плоской машинной графики.

Как правило, эти программные средства называются системами машинной графики. Обычно они включают программы позиционного расчета с описанием взаимодействия и сопряжения элементарных геометрических объектов. К этому направлению следует отнести системы машинной графики ФАП-КФ и СМОГ-85, разработанные соответственно в Институте технической кибернетики АН БССР и ВЦ СО АН СССР.

Известно несколько программ типа стандартных для вычисления характеристик временных рядов. Программа, разработанная в институте технической кибернетики АН ЭССР [52], оформлена в виде библиотеки подпрограмм для анализа временных рядов и предназначена для вычислений на ЭВМ «Минск-2». Библиотека состоит из ряда управляющих (вспомогательных) и рабочих (стандартных) подпрограмм. Ее построение позволяет использовать лишь необходимые подпрограммы, которые можно считывать с магнитной ленты в оперативную память машины. Подготовка исходных данных заключается в составлении таблицы информации, содержащей: количество начальных данных, число точек вычисляемой функции и номер вспомогательной программы для данной задачи. Библиотека позволяет: 1) контролировать вводную информацию путем сопоставления введенной и вычисленной суммы элементов случайной последовательности; при несоответствии сумм необходимо дополнительно проверить отперфорированный массив; в этом случае неверный массив выводят на печать; 2) исключить периодическую составляющую или тренд; реальные процессы обработки характеризуются разбросом исследуемых значений, поэтому для их аппроксимации используют метод наименьших квадратов; для этого реализацию разделяют на участки, которые приближаются по очереди и к кривым второго порядка; полученные ординаты_ выражаются как оценки уточек математического ожидания X(t); разности ординат Xi—X(ti) (i=l, 2, ... N) исключают тренд; 3) вычис-

Замена ручной сварки механизированной и автоматизированной позволяет резко сократить основное время сварки. Например, при сварке стали толщиной 10—12 мм в нижнем положении вручную покрытым электродом можно сварить около 1 погонного метра в час, а при автоматической сварке под флюсом труб такой же толщины достигнута скорость сварки 320 м/ч. На сварку неповоротного стыка трубы диаметром 1420 мм, толщиной стенки 15—17 мм при ручной дуговой сварке затрачивается 8—10 человеко-часов. Сбороч-но-сварочный комплекс «Север», разработанный институтом электросварки им. Е. О. Патона, производит сборку и сварку (контактная стыковая сварка) за 2,5 мин.

При изготовлении крупных негабаритных оболочковых конструкций, окончательное оформление которых происходит на монтажной площадке, возможно больший объем сборочно-сварочных работ стремятся выполнить на заводе-изготовителе. При этом для различных резервуаров, изготавливаемых из листовых полотнищ, институтом электросварки имени Е.О.Патона разработан и широко применяется на практике метод рулонирования. Его сущность заключается в том, что крупные узлы оболочек в виде полотнищ собирают, сваривают и сворачивают в рулоны на специальных установках (рис. 1.4), имеющих два яруса / и 2, барабан 3 для поворота полотнища на 180° и передачи его с первого яруса на второй. На данных ярусах осуществляется сборка и сварка полотнища с двух сторон, контроль и исправление дефектов. Далее оно наворачивается на каркас 4 и закрепляется в плотный рулон. На двухъярусных стендах обеспечивается высокий уровень механизации сборочно-сварочных работ, особенно при изготовление полотнищ больших размеров.

При изготовлении крупных негабаритных оболочковых конструкций, окончательное оформление которых происходит на монтажной площадке, возможно больший объем сборочно-сварочных работ стремятся выполнить на заводе-изготовителе. При этом для различных резервуаров, изготавливаемых из листовых полотнищ, институтом электросварки имени Е.О.Патона разработан и широко применяется на практике метод рулонирования. Его сущность заключается в том, что крупные узлы оболочек в виде полотнищ собирают, сваривают и сворачивают в рулоны на специальных установках (рис. 1.4), имеющих два яруса / и 2, барабан 3 дня поворота полотнища на 180° и передачи его с первого яруса на второй. На данных ярусах осуществляется сборка и сварка полотнища с двух сторон, контроль и исправление дефектов. Далее оно наворачивается на каркас 4 и закрепляется в плотный рулон. На двухъярусных стендах обеспечивается высокий уровень механизации сборочно-сварочных работ, особенно при изготовление полотнищ больших размеров.

практики технологии электросварки в сочетании с разработкой конструкций сварочных автоматов были проделаны Институтом электросварки Академии наук СССР под руководством Е. О. Патона в содружестве с ЦНИИТМАШем и заводом «Электрик». Применение сварочных автоматов повысило в 5—10 раз производительность труда по сравнению с ранее применяющимся полуавтоматическим способом.

Экспериментальное исследование изменчивости остаточных напряжений под воздействием внешних нагрузок до недавнего времени осложнялось тем, что не было надежного неразрушающего метода их измерения. С помощью датчиков сопротивления (т. е. разрезки изделия или образца) их можно измерить только один раз. Положение существенно изменилось после разработки Институтом электросварки имени Е. О. Патона АН УССР совместно с Институтом механики АН УССР неразрушающего ультразвукового метода измерения остаточных напряжений и создания соответствующего прибора [1]. Этот метод позволяет определить осредненную по толщине изделия или образца остаточную напряженность в любой точке с такой же точностью, как и в случае разрезки. При многократном измерении остаточных напряжений представляется возможным описать кинетику их изменения под влиянием тех или иных внешних воздействий [2, 3], а также определить уровни установившихся остаточных па-пряжений в зонах концентраторов.

Нержавеющая сталь Fe—13Сг—19Мп (по ГОСТ ОЗХ13АГ79) была предоставлена для исследования Институтом электросварки им. Е. О. Патона в виде плит толщиной 19 мм. Основной материал подвергали нормализации; сварные соединения были выполнены из плит в указанном состоянии дуговой сваркой под слоем флюса. Сварку проводили в нижнем положении за два прохода с присадкой проволоки стали 01Х19Н18Г10АМ4 при величине погонной энергии 3,5—4,8 кДж/мм под слоем флюса марки АН-26С.

Разработки общетеоретических статических и динамических проблем теории упругости, пластичности и строительной механики сосредоточиваются в институтах механики Академии наук СССР и республиканских академий наук и на факультетах механики Московского и Ленинградского университетов. Теоретические и экспериментальные исследования по динамической нагруженности, экспериментальным вопросам упругости и критериям статического и циклического разрушения ведутся Институтом машиноведения в Москве; критерии несущей способности деталей и прочности материалов разрабатываются Институтом механики, Институтом проблем материаловедения и Институтом электросварки Академии наук УССР, Институтом металлургии им. Байкова и другими организациями.

Наряду с Институтом электросварки АН УССР, который заслуженно признан центром научно-исследовательской работы в области автоматической электросварки под флюсом, большую работу по созданию и совершенствованию этого способа проделали коллективы ЦНИИТМАШа, завода «Электрик», ГАЗа, МВТУ им. Баумана и других предприятий и научно-исследовательских организаций.

Большой вклад в дело создания и совершенствования отечественного электросварочного оборудования для автоматической сварки под флюсом внесен в послевоенный период Институтом электросварки им. Е. О. Патона, ЦНИИТМАШем, заводом «Электрик» совместно с ВНИИЭСО. Наибольшее распространение в нашей стране получили универсальные и специализированные сварочные тракторы типа ТС-17 (рис. 18), разработанные Институтом электросварки им. Е. О. Патона, типов УТ-1250 и УТ-2000М, разработанные ЦНИИТМАШем, типа АДС-2000, разработанные заводом «Электрик». Эти тракторы имеют небольшие размеры и вес, простую и надежную конструкцию. Сварные швы, выполненные с их помощью, отличаются высоким качеством.

в СССР проводились Институтом электросварки им. Е. О. Патона совместно с заводами, в первую очередь тяжелого машиностроения — НКМЗ, Таганрогским, Барнаульским, Ждановским, Уралмашзаводом и др. За создание и внедрение этого способа сварки в тяжелое машиностроение группе работт ников Института электросварки и ряда заводов была присуждена в 1957 г. Ленинская премия (Б. Е. Патон, Г. 3. Волошкевич, И. Д. Давыденко и др.).

Институтом электросварки им. Е. О. Патона (Г. В. Раевский и др.) в начале 50-х годов был предложен ныне широко применяющийся индустриальный способ строительства резервуаров большой емкости, при котором большие полотнища, образующие днища и стенки, свариваются автоматами в заводских условиях и перевозятся свернутыми в рулоны к месту строительства. При этом отпадает необходимость чрезвычайно трудоемкого и длительного монтажа резервуаров из отдельных листов непосредственно на стройплощадках.