Выбор и обоснование способа сварки

Сварка в защитном газе является одним из способов дуговой сварки. При этом в зону дуги подаётся газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования. В практике наибольшее применение получили аргонодуговая сварка и сварка в углекислом газе. Сварка в углекислом газе проводится плавящемся электродом. Плавящиеся электроды применяют в виде сварочной проволоки изготовленной по ГОСТ 2246 – 70 или из металла, по химическому составу сходного со свариваемым металлом. Преимущества сварки в защитном газе: хорошая защита зоны сварки от воздействия кислорода и азота воздуха; хорошие механические качества сварного шва; высокая производительность, достигающая при ручной сварке 50 – 60 м/ч, а при автоматической – 200 м/ч; отсутствие необходимости применения флюсов и последующей очистки шва от шлаков; возможность наблюдения за процессом формирования сварного шва; малая зона термического влияния; возможность полной автоматизации сварки.

 

Характеристика основного материала

Сталь 09Г2С

Заменитель — стали: 09Г2, 09Г2ДТ, 09Г2Т, 10Г2С.

Вид поставки — сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19281—73, ГОСТ 2590—71, ГОСТ 2591—71, ГОСТ 8239—72, ГОСТ 8240—72. Лист толстый ГОСТ 19282—73, ГОСТ 5520—79, ГОСТ 5521—76, ГОСТ 19903—74. Лист тонкий ГОСТ 17066—80, ГОСТ 19903—74, ГОСТ 19904—74. Полоса ГОСТ 103—76, ГОСТ 82—70. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133—71. Назначение — различные детали и элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре от —70 до +425 °С под давлением.

 

Температура критических точек, ^ºС

 

Ас1	Ас3 (Асm)	Аr3 (Аrm)	Аr1

Химический состав, % (ГОСТ 19282—73)

 

 

 

С	Si	Мn	Сг	Ni	Сu	P	S	As	N
не более	не более
0,12	0,5—0,8	1,3—1,7	0,30	0,30	0,30	0,035	0,040	0,08	0,008

 

Механические свойства

 

 

 

 

 

 

ГОСТ	Состояние поставки	Сечение, мм	σ0,2	σВ	δ5, %
МПа
не менее
19281—73	Сортовой и фасон­ный прокат	До 10 От 10 до 20 вкл. Св. 20 до 32 вкл. Св, 32 до 60 вкл, Св. 60 до 80 вкл. Св. 80 до 160 вкл.	325 305 285 275 265	470 460 450 440 430
19282—73	Листы и полосы (Об­разцы поперечные)
19282—73	Листы после закал­ки, отпуска (Образцы поперечные)	От 10 до 32 вкл. От 32 до 60 вкл.	365 315	490 450	19 21
17066—80	Листы горячеката­ные	2—3,9	—		(17)

 

 

Технологические свойства

 

Температура ковки, °С: начала 1250, конца 850.

Свариваемость — сваривается без ограничений.

Обрабатываемость резанием — в нормализованном, отпущенном состоянии σ_В=520 МПа; К_{v тв.спл.}= 1,6; К_{v б.ст.} = 1,0.

Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.

Флокеночувствительность — не чувствительна.

Выбор сварочных материалов

Сварочные материалы, должны соответствовать требованиям стандартов и технических условий, что должно подтверждаться документом организации-изготовителя.

Марки, сортамент, условия хранения и подготовка к использованию сварочных материалов должны соответствовать требованиям НД на сварку.

Для механизированной сварки в среде защитных газов выбираем сварочный материал: сварочная проволока сплошного сечения Св 08Г2С диаметром 1,2мм по ГОСТ 2246-70, двуокись углерода СО_2. Химический состав проволоки приведен в таблице.

 

Химический состав сварочной проволоки Св – 08Г2С

 

Марка проволоки	Содержание элементов, %	Примерное назначение
Углерод	Марганец	Кремний	Хром	Никель	Молибден	Сера	Фосфор
не более
Легированная Св-08Г2С	не более 0,11	1,8 – 2,1	0,70 – 0,95	не более 0,20	не более 0,25	-	0,03	0,03	Для сварки ответственных конструкций из малоуглеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа

Механические свойства металла шва

 

Сталь	Сварочная проволока	σТ	σВ	δ, %	аН, кгс∙м/см^2
кгс/мм^2
Сталь 10ХСНД	Св – 08Г2С	43 – 45	56 – 58	20 – 25	12 – 14

 

Расчет режимов сварки

При механизированной сварке в углекислом газе основными режимами сварки являются: сила тока, напряжение, скорость сварки. Конструктивные элементы подготовки кромок и виды сварных соединений (стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные) для механизированной сварки регламентированы ГОСТ 14771-76.

Основными параметрами режимов механизированной сварки, оказывающим влияние на размеры и форму шва, являются:

1. Диаметр электродной (сварочной) проволоки, d_эл, мм.

2. Сила сварочного тока, I_св, А.

3. Напряжение на дуге, U_д, В.

4. Скорость подачи электродной проволоки,V_п.п., м/ч.

5. Скорость сварки, V_св, м/ч.

Дополнительными параметрами режима являются:

6. Род тока.

7. Полярность (при постоянном токе).

 

Расчет режима сварки тавровых и нахлесточных швов

Сварных соединений

Режимы сварки рассчитываем как для угловых швов.

1) Рассчитаем режимы сварки на шов №1, который выполняется по ГОСТ 14771-76, катет 12, толщина свариваемого металла 14 мм. Применяется механизированная сварка в среде СО₂.

 

Определим площадь шва F_Н :

 

Площадь шва каждого прохода принимаем примерно F_n = 30 мм². Отсюда определим число проходов:

 

 

Определим значение сварочного тока I, А:

 

где Н – глубина проплавления, примерно равная 3 мм (при полном проплавлении), к_Н – коэффициент, равный 2,1 при сварке в СО₂ на токе обратной полярности и диаметре проволоки 1,2 мм.

Определим фактический диаметр сварочной проволоки, мм:

 

 

где j – коэффициент, при примерном диаметре проволоки равный 90÷400.

 

Определим напряжение на дуге, В:

 

 

 

Определим коэффициент потерь ψ_n, по формуле:

 

 

Определим коэффициент расплавления α_р по формуле:

 

 

где l – вылет электродной проволоки, мм l = (8…12)d_св.пр=10∙1,2=12 мм.

 

Определим коэффициент наплавки α_Н:

 

Определим значение скорости сварки V_св, см/с:

 

 

Определим значение скорости подачи сварочной проволоки V_под, см/с:

2)Рассчитаем режимы сварки на шов №2, который выполняется по ГОСТ 14771-76, толщина свариваемого металла 14 мм. Применяется механизированная сварка в среде СО₂.

 

Определим площадь шва F_Н :

 

Площадь шва каждого прохода принимаем примерно F_n = 30 мм². Отсюда определим число проходов:

 

Определим значение сварочного тока I, А:

 

 

где Н – глубина проплавления, примерно равная 3 мм (при полном проплавлении), к_Н – коэффициент, равный 2,1 при сварке в СО₂ на токе обратной полярности и диаметре проволоки 1,2 мм.

 

Определим фактический диаметр сварочной проволоки, мм:

 

 

где j – коэффициент, при примерном диаметре проволоки равный 90÷400.

 

Определим напряжение на дуге, В:

 

 

 

Определим коэффициент потерь ψ_n, по формуле:

 

 

 

Определим коэффициент расплавления α_р по формуле:

 

 

где l – вылет электродной проволоки, мм l = (8…12)d_св.пр=10∙1,2=12 мм.

 

Определим коэффициент наплавки α_Н:

 

Определим значение скорости сварки V_св, см/с:

 

 

Определим значение скорости подачи сварочной проволоки V_под, см/с: