Проектирование вакуумных сварочных установок

В.М. Неровный, А.А. Дерябин

Проектирование вакуумных 
сварочных установок

Учебное пособие

УДК 621.52(035.5)
ББК 30.61:34.52
 
Н54

ISBN 978-5-7038-4694-0 

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
© Оформление. Издательство 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017

УДК 621.52(035.5)
ББК 30.61:34.52

 
Неровный, В. М. 

Н54  
Проектирование вакуумных сварочных установок : учеб
ное пособие / В. М. Неровный, А. А. Дерябин. — Москва : 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. — 67, [5] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4694-0 

Изложены принципы построения вакуумных систем сварочных 

установок, в которых используется разрежение до 1 ⋅ 10 -3 Па, с учетом специфики технологических процессов (электронно-лучевая и 
диффузионная сварка, пайка и т. п.).
Даны характеристики вакуума как защитной среды, практические рекомендации по рациональному выбору вакуумной схемы, 
методики проектного и поверочного расчетов, приведены необходимые для расчета характеристики наиболее часто используемых 
насосов и вакуумных агрегатов, данные по газосодержанию обрабатываемых материалов и натеканию газа в рабочую камеру.
Для магистрантов 1-го курса, обучающихся по специальности 
15.04.01 «Машиностроение», и студентов, обучающихся по специальности 15.05.01 «Проектирование технологических машин и комплексов».

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/47/book1666.html

Факультет «Машиностроительные технологии»  
Кафедра «Технологии сварки и диагностики»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

Рецензенты:
канд. техн. наук профессор С.С. Волков, 
д-р техн. наук профессор В.М. Ямпольский

Предисловие

Подготовка в техническом университете инженеров-сварщиков 
без изучения физики и техники получения разреженных газов 
(вакуума) является неполной. Настоящее издание позволит устранить существующий пробел. Это тем более целесообразно, что уже 
на протяжении многих лет студенты выполняют многочисленные 
курсовые и дипломные проекты, в которых проектируют вакуумные сварочные установки. 
Пособие состоит из четырех глав. В первой описаны свойства 
вакуума как эффективной защитной среды, во второй — параметры рабочей среды в вакуумной установке. В третьей главе рассмотрено проектирование вакуумных систем, используемых 
в сварочном оборудовании. Пример расчета вакуумной установки приведен в четвертой главе. Необходимые для этого технические характеристики различных насосов и агрегатов представлены в приложении. 
Цель преподавания дисциплины «Оборудование для сварки 

и родственных процессов — курсовой проект» состоит в применении полученных знаний и овладении основами анализа, обобщения и логического изложения материала при решении конкретной 
научно-технической задачи проектирования элементов сварочного оборудования.
В результате студенты смогут самостоятельно проектировать и 
рассчитывать основные элементы оборудования для сварки, наплавки или пайки.
Полученные знания студенты смогут применить при выполнении выпускной квалификационной работы.
Процесс изучения направлен на формирование элементов следующих компетенций (в соответствии с Самостоятельно устанавливаемым образовательным стандартом МГТУ им. Н.Э. Баумана 
по данному направлению):

• владеть основами расчета и проектирования элементов 

и устройств различных физических принципов действия;

• уметь анализировать профессиональную информацию, выделять в ней главное, структурировать, оформлять и представлять 
в виде аналитических обзоров с обоснованными выводами и рекомендациями.
Поскольку работа по курсу является полностью самостоятельной, для ее выполнения студентам целесообразно придерживаться 
следующего порядка.
1. Постановка проблемы (изделие с указанием необходимых 
размеров и допусков, требований к качеству соединений, характеристик наблюдающихся отклонений в качестве и их причин при 
использовании традиционной (штатной) оснастки и оборудования; 
технология сварки и допуски на значения параметров режима; 
циклограмма процесса и другая необходимая для проектирования 
оборудования информация).
2. Обоснование выбора принципа и схемы построения оборудования. Результаты патентного анализа.
3. Проработка принципиальной схемы или блок-схемы установки. Циклограмма работы оборудования. Обоснование принципа и схемы, предложенных (или выбранных) для подробной конструкторской проработки функционального узла. Расчет основных 
параметров элементов схемы.
4. Исследование на эргономичность. 
5. Оформление расчетно-пояснительной записки и графической части.
6. Подготовка доклада к защите проекта. 
7. Защита курсового проекта.
Студент приходит на защиту с полностью готовыми расчетнопояснительной запиской и графической частью, выполненными 
по ГОСТу. Защита проекта проходит перед комиссией, назначенной заведующим кафедрой. На защиту каждому студенту отводится не менее 15 мин (6…7 мин — доклад; 7…8 мин — ответы 
на вопросы).
При определении оценки курсовой работы учитываются степень разработки темы, полнота охвата научной литературы, стиль 
изложения, творческий подход к написанию курсовой работы, 
научная обоснованность выводов, аккуратное оформление.
Оценки выставляются в соответствии со следующими критериями:

• «отлично» — глубокие знания, примененные при самостоятельном исследовании избранной темы, обобщение и анализ практического материала с последующими выводами;

• «хорошо» — полное знание материала, всестороннее освещение вопросов темы, но проявление самостоятельности при исследовании не в полной мере;

• «удовлетворительно» — раскрытие в работе основных вопросов избранной темы, отсутствие самостоятельности в анализе или 
отдельные неточности в содержании работы;

• «неудовлетворительно» — нераскрытие основных положений 
избранной темы и грубые ошибки в содержании работы, плагиат.

Введение

Для современного этапа развития машиностроения и приборостроения характерна тенденция расширения номенклатуры используемых конструкционных материалов. Все большее применение находят высоколегированные, тугоплавкие сплавы, керамики, 
композиционные (слоистые, спеченные) и другие материалы. 
В этой связи при проведении сварочных операций и модификации 
рабочих поверхностей усложняется организация процессов термомеханического воздействия на материал, особенно в высокотемпературной области.
При выполнении сварочных операций необходима защита обрабатываемого материала от воздействия атмосферного воздуха. 
Эта задача усложняется при работе с химически активными металлами и сплавами. Во многих случаях традиционные способы 
защиты (инертные и восстановительные газы, разнообразные 
флюсы) не удовлетворяют условиям производства по таким причинам, как недостаточная химическая чистота среды (наличие 
окислителей), трудности с воспроизводством условий обработки 
ввиду практической сложности постоянного контроля состава 
среды в зоне обработки, высокая стоимость защитных газов, значительные затраты на доставку баллонов и т. д.

Во многих случаях оптимальным, а иногда и единственным 
альтернативным решением может оказаться использование вакуума, который обеспечивает более высокую степень защиты материала в процессе обработки, легко поддается оперативному инструментальному контролю с возможностью автоматизации,  
способствует активному рафинированию обрабатываемых поверхностей, причем в первую очередь в нагретой зоне. Все это положительно сказывается на качестве получаемых соединений и, что 
особенно важно, на стабильности результатов.
К числу сварочных процессов, проводить которые целесо- 
образно, а в определенных случаях только и возможно в условиях 
вакуума, относятся диффузионная и электронно-лучевая сварка 
(ЭЛС), наплавка, дуговая сварка с полым катодом, пайка, напы

ление и др. При сборочно-сварочных операциях находят применение вакуумные приспособления.
В экологическом аспекте и с позиции требований охраны труда использование вакуума также может дать значительные положительные результаты. Однако для технологической реализации 
этого способа защиты требуется оборудование, в конструкции 
которого должны быть учтены как особенности обрабатываемого 
материала и самого изделия, так и специфика конкретного сварочного процесса. Последнее обстоятельство ставит инженеровсварщиков перед необходимостью создавать специализированное 
оборудование или грамотно формулировать требования для конструкторов, проектирующих вакуумные системы и оборудование.