Разработка технологии лазерной сварки судовых микропанелей

где: F- площадь поперечного сечения, F= 314 см2;

h- расстояние  до источника, h = 0,5 м;

L = 5 м3/ч

 

Определение скорости движения воздуха в воздуховоде:

 

V = L/3600*F =160 м/ч

 

Определение потери давления в воздуховоде:

 

Р = S[lх*l /d+ x]/ r*g*V2,  

Где:

– условный коэффициент трения l /d = 0,101;

– динамическое давление g/ r*g*V2 = 6,12 кг/м2;

– длины участков воздуховода l1=0,5 м, l2=1 м, 13=3 м;

– потери давления на местных сопротивлениях i-го участка x=5;

 

Р = [(0.5*0.101+5)+(1*0.101+5)+(3*0.101+5)]*6.12 = 30 кг/м2.

 

Выбор типа вентилятора.

 

Тип вентилятора выбирается по ведомостям и сводным графикам с учётом количества перемещаемого воздуха (L) и потерь давления (P), согласно которым необходим центробежный вентилятор среднего давления Ц4 - 70ХЗ

(КПД = 0,65; n = 1300 об/мин)

 

Выбор типа двигателя.

 

Требуемая мощность по виду вентилятора:

 

N = [k*L*Н*(273+t)]/(1000*КПД*293), [кВт],

где k - коэффициент подсоса воздуха;

k*L - производительность  вентилятора;

Н - полное давление, развиваемое вентилятором;

t - температура  воздуха.

k = 1,1...1,2  Н = 0,9 кг/м2.

Тогда, N = 0,8 кВт

Коэффициент запаса К = 1,2.

Значит N = 1,2*0,8 = 0,98

Выберем двигатель А31-2 - мощностью 1 кВт.

 

Установка фильтра.

Для очистки отсасываемого воздуха от пыли рекомендуется установить перед вентилятором тканевый фильтр, обеспечивающий задержку частиц с размерами > 5 мкм с эффективностью до 99%. Фильтр подлежит очистке путём встряхивания по окончании каждой рабочей смены.

 

 
7. Технико-экономическое обоснование.

7.1. Введение

На сегодняшний день промышленная революция обусловлена широким внедрением энергии когерентного светового излучения - лазерного луча. Возможности высокой концентрации лазерного излучения в пространстве, во времени, в частотном спектре открыли абсолютно новые перспективы для размерной и локальной поверхностной обработки материалов. Уже сегодня степень насыщения лазерным оборудованием для всех передовых промышленных стран стала одним из важнейших критериев индустриального развития. Лазерный луч как технологический инструмент не имеет себе равных по степени "гибкости", быстродействия и износоустойчивости.

Значительную долю в производстве лазерной техники составляют лазерные технологические установки для обработки различных материалов (резка, сварка, сверление, маркировка, локальное модифицирование поверхностного слоя и т.д.). Ежегодно в мире продаются многие тысячи единиц такой аппаратуры и практически каждый судостроительный завод в Европе использует лазерные технологии и методики.

В основе использования лазерных технологий в первую очередь лежит экономическая выгода, которая проявляется или напрямую, через снижение стоимости технологического процесса, или косвенно, через более высокие потребительские качества продукции. Большой экономический эффект возникает за счет экономии материалов и энергоресурсов (при сварке, резке), повышения производительности труда (сварка, размерная обработка, маркировка). Немаловажное значение приобретают вторичные эффекты, которые реализуются при использовании конструкций, изначально ориентированных на лазерные технологии (например, достижение большей прочности конструкции при одновременном снижении их металлоемкости).  

Лазерная сварка обеспечивает высокую плотность потока излучения в зоне воздействия сфокусированного луча лазера, малое тепловыделение в свариваемых материалах, незначительное тепловое влияние на металл околошовной зоны, малое деформирование свариваемых элементов, высокие скорости сварки, возможность сварки разных металлов, трудно свариваемых другими способами, легкость автоматизации процесса сварки.

Смена существующих уже технологий изготовления микропанелей на более современные и экономически более выгодные технологии (лазерная сварка) заинтересовала и российский рынок судостроения. В связи с этим ОАО «ЦТСС» произвели расчет экономической эффективности лазерных методов изготовления микропанелей, по сравнению с более ранними методами. За основу была выбрана микропанель из стали D40S толщиной 12 мм, шириной 3,2м и длиной 1 м с набором одного направления.

7.2. Расчет затрат при изготовлении микропанелей традиционным способом

 

1. Расчет длины сварочных швов и времени выполнения сварки

Приварку набора к полотнищам производят с применением автоматической дуговой сварки в защитном (углекислом) газе. Приварка ребер жесткости к полотнищу ведется поочередно. Сварку производят с двух сторон одновременно в один проход. Параметры режима сварки были выбраны по РД5Р.9083-92 для толщины ребра 12мм.

Скорость сварки – 38 м/ч.

Время приварки 1м продольных ребер жесткости – Т=1м/38м/ч=0,026ч

Подготовительные и заключительные работы (включая время на обслуживание личного места и потребностей) занимают – 0,017 ч.

К стоимости сварочных работ относятся следующие прямые расходы:

– зарплата сварщиков и связанный с ней единый социальный налог (ЕСН=34% от зарплаты);

– стоимость сварочных материалов (сварочная проволока, защитный газ);

– стоимость электроэнергии, расходуемой на сварочные работы.

Кроме того, к стоимости сварочных работ следует отнести амортизацию сварочного оборудования, которая входит в состав накладных расходов, но имеет прямое отношение к стоимости сварочных работ.

Расчет заработной платы сварщиков

Оплата выполнения сварки 1м таврового соединений – 0,026ч/168ч*35 000руб = 5,42 руб.

Оплата подготовительных и заключительных работ (включая время на обслуживание личного места и личных потребностей) – 0,017ч/168ч*35 000руб = 3,54 руб.

Единый социальный налог на 2011г. составляет 34%.

ЕСН – 8,96руб*0,34=3,05руб

Итого расходы на заработную плату одного сварщика для выполнения 1м шва – 12 руб.

Учитывая двоих рабочих, получаем 24 руб.

Расчет стоимости сварочных материалов

Для приварки ребер жесткости к полотнищам необходимо использовать сварочную проволоку диаметром 1,2 мм Св-08Г2С.

Общая длина тавровых с каждой стороны швов – 1 м.

Расход сварочной проволоки –0,141 кг/м.

Стоимость сварочной проволоки – 61,8 руб./кг.

Затраты на сварочную проволоку 0,141 кг/м*2м*61,8 руб./кг = 17,43руб.

Расчет затрат на защитный газ при сварке таврового соединения

Расход углекислоты – 1320 л/ч

Стоимость заправки баллона углекислотой – 300руб

Общие затраты на газ – 2*1320л/ч*300руб/5500л*0,026ч=3,74 руб

Стоимость электроэнергии

Удельный расход электроэнергии на сварку 1 м таврового соединений –2*200А*24В*0,026ч/(0,65*1000) = 0,39 кВт*ч/м

Затраты на электроэнергию –1м*0,39 кВт*ч/м*2,81руб/кВт*ч=1,1руб

Стоимость дугового оборудования для сварки в защитном газе (ESAB MIG 500C Origo Feed 40-4M13) – 234,5 тыс. руб.*2шт = 469 тыс.руб.

Срок службы оборудования – 6,5лет (в год 15,4%)

Амортизация за год составит – 469тыс.руб*15,4/100 =72,23 тыс. руб.

(72,23тыс. руб/12мес= 6018 руб. в месяц)

Амортизация на 1 м таврового соединений – 6018руб*0,026ч/(8ч*21раб. день)=0,94руб

Таблица 20 – Общая стоимость затрат на сварку 1м таврового соединений

Наименование статей расхода	Сварка под флюсом стыков и приварка ребер жесткости сваркой в защитном газе, руб
Зарплата сварщиков за сварку с ЕСН	24
Сварочная проволока	17,43
Защитный газ	3,74
Электроэнергия	1,1
Амортизационные отчисления	0,94
Итого:	50,49

 

7.3. Расчет затрат при изготовлении микропанелей на линиях с применением лазерных технологий.

2.1 Расчет длины сварочных швов  и времени выполнения сварки

На данном комплексе сварку производят с применением двухлучевой сварки. Мощность источников лазерного излучения –8кВт и 3кВт.

Скорость сварки – 120 м/ч.

Приварка 1м продольных ребер жесткости – Т=1м/120м/ч=0,0083ч.

Подготовительные и заключительные работы (включая время на обслуживание личного места и потребностей) занимают – 0,025 ч.

2.2 Расчет стоимости сварочных  работ в цехе

К стоимости сварочных работ относятся следующие прямые расходы:

– зарплата сварщиков и связанный с ней единый социальный налог (ЕСН=34% от зарплаты),

– стоимость сварочных материалов (сварочная проволока, защитный газ),

– стоимость электроэнергии, расходуемой на сварочные работы.

Кроме того, к стоимости сварочных работ следует отнести амортизацию сварочного оборудования, которая входит в состав накладных расходов, но имеет прямое отношение к стоимости сварочных работ. Остальные накладные расходы (цеховые и общезаводские) на каждом заводе свои и в настоящем расчете учитываться не будут, так как они определяются в процентном  отношении к зарплате основного персонала (в данном случае сварщиков) и впрямую на стоимость сварочных работ не влияют.

Расчет заработной платы оператора

Оплата выполнения сварки 1м таврового соединений – 0,0083ч/168ч*35 000руб=1,72руб

Оплата подготовительных и заключительных работ (включая время на обслуживание личного места и личных потребностей) – 0,025ч/168ч*35 000руб = 5,2 руб.

ЕСН – 6,92руб*0,34=2,35руб

Итого расходы на заработную плату оператора для выполнения 1м шва – 9,27 руб.

 

Расчет стоимости сварочных материалов

Общая длина сварных швов – 1 м

Расход сварочной проволоки – 0,055кг/м

Затраты на сварочную проволоку – 0,055кг/м*1м*35,5руб/кг=1,95руб

В качестве защитного газа используется газ Ar.

Расчет затрат на защитный газ:

Расход газа – 25 л/мин

Стоимость баллона газовой смеси – 600руб

Затраты на защитный газа – 1500л/час*600руб/5500л*0,0083ч=1,36руб

Удельный расход электроэнергии на 1 м сварки - 11кВт*0,0083ч/0,3=0,3кВт*ч/м

Стоимость электроэнергии –1м*0,3кВт*ч/м*2,81руб/кВт*ч=0,85руб

Амортизационные отчисления

Стоимость лазерных источников – 5750 тыс. руб + 11000 тыс. руб = 16750 тыс. руб

Стоимость лазерных головок – 600 тыс. руб*2шт=1200 тыс.руб

Стоимость робота – 2500 тыс. руб

Стоимость установки – 32000 тыс. руб

Общая стоимость оборудования для автоматизированной двухлучевой сварки микропанелей: 52450 тыс. руб.

Срок службы оборудования – 6,5лет (в год 15,4%)

Амортизация за год составит – 52450*15,4/100 = 8077,3 тыс. руб.

( 8077,3тыс. руб/12мес= 673,10 тыс. руб. в месяц)

Амортизация на 1 м шва – 673100руб*0,0083ч/(8ч*21раб. день)=33,3руб

Таблица 21 – Общие затраты на сварку 1м стыкового и 1м таврового соединений

Наименование статей расхода	Сварка лазерно-дуговая, руб
Зарплата оператора за сварку с ЕСН	9,27
Сварочная проволока	1,95
Вспомогательный газ	1,36
Электроэнергия	0,85
Амортизационные отчисления	33,3
Итого:	46,73

 

Таблица 22 – Сравнение затрат.

Наименование статей	Сварка дуговая в защитном газе, руб	Сварка лазерная двухлучевая, руб
Зарплата оператора (сварщиков) за сварку с ЕСН	24	9,27
Сварочная проволока	17,43	1,95
Вспомогательный газ	3,74	1,36
Электроэнергия	1,1	0,85
Амортизационные отчисления	0,94	33,3
Итого:	47,21	46,73

 

Таким образом, затраты при изготовлении микропанелей на лазерном технологическом комплексе сопоставимы с затратами при использовании традиционных методов изготовления, но скорость и качество изготовления заметно возрастает.

 

 

8. Заключение

В заключении хотелось бы отметить следующее: