Выбор и расчет режимов сварки

При описании раздела «Расчет режимов сварки» следует:

- дать определение режима, принятого для изготовления сварной конструкции вида сварки;

- перечислить основные и дополнительные параметры режима выбранного вида

сварки;

- для примера привести расчет режима сварки стыкового или углового шва сварной конструкции, для чего сделать эскиз этого соединения в соответствии с типом соединения по ГОСТу на выбранный вид сварки.

Основные типы соединений, выполняемых под флюсом, регламентированы ГОСТ 8713-79 – «Сварка под флюсом, соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры».

Основные типы соединений, выполняемых в среде защитных газов также регламентированы ГОСТ 14771-76 – «Швы сварных соединений. Электродуговая сварка в защитных газах. Основные типы и конструктивные элементы».

Основные типы соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой регламентированы ГОСТ 15164-78 – «Электрошлаковая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры».

Основные типы соединений, выполняемых ручной дуговой сваркой регламентированы ГОСТ 5264-80 – «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы и конструктивные элементы».

Результаты расчетов режимов сварки следует занести в таблицу.

Режимом сваркиназывают совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, формы и качества. При всех дуговых способах сварки такими характеристиками являются следующие параметры: диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение на дуге, скорость перемещения электрода вдоль шва, род тока и полярность. При механизированных способах сварки добавляют еще один параметр-скорость подачи сварочной проволоки, а при сварке в защитных газах - удельный расход газа.

Параметры режима сварки влияют на форму шва, а, значит, и на его размеры: на ширину шва - е; усиление шва - q; глубину шва – h.

На форму и размеры влияют не только основные параметры сварки, но и такие технологические факторы, как род и полярность тока, наклон электрода и изделия, вылет электрода, конструктивная форма соединения и величина зазора.

2.4.1 Методика расчета режима дуговой сварки.

Исходным параметром для выбора режима сварки плавлением является либо толщина свариваемых деталей δ – для стыковых швов или катет углового шва K – для нахлесточных, тавровых и угловых соединений.

В общем случае выбрать диаметр электрода можно по следующей таблице 1.

 

 

Таблица 1. Зависимость диаметр электрода от толщины металла и катета шва

δ при сварке встык, мм	1.5-2.0	3	4-8	8-12	12-16	16 и >
К угловых швов (К ≈ 0.8δ), мм		3	4-5		6-8	≤ 8 за один проход
dэ, мм	1.6-2.0	3	4	4-5	5	5-6

 

Величина тока при РДС для принятого диаметра электрода определяется по паспортным данным выбранной марки электрода. При отсутствии таких данных величину тока можно определить по одной из следующих формул:

 

                                                             I =10•d_Э²                                                                                        (1)

                                                          I =(20 • 6d _Э)• d_Э                                                                           (2)

                                                             I = 5d_Э(d_Э • 3)                                                    (3)

 

где d_э – в мм.

Затем нужно проверить, обеспечивает ли данный ток требуемую глубину проплавления «а»:

                                                                 a = b•I                                                              (4)                                                                                        

где b= (1/80 • 1/100), мм/А;

при наплавке валика и b= (1/60 1/75) мм/А

при сварке в стык с обязательным зазором между свариваемыми деталями,

равным (1/5  1/6) δ

 Величина напряжения дуги при РДС не является нормативным параметром режима сварки, но она необходима при тепловых расчетах. При РДС сварка осуществляется на режимах, соответствующих жесткому участку статической вольтамперной характеристики дуги (см.рис.1). В этих случаях напряжение дуги определяется уравнением:

                                                            U= a+b+l                                                         (5)

                                                                                    

где a= U_k + U_a - сумма катодного и анодного падения напряжений;  

b – градиент падения напряжения на единицу длины дуги, В/мм;

 l – длина дуги, мм.

Следовательно, при определенном способе сварки (или для данной марки электрода) напряжение дуги зависит лишь от её длины. Для РДС зависимость напряжения дуги от тока:

                                             U =20+0,04I                                                        (6)

 

Смысл этой зависимости виден из рисунка 1. При РДС сварщик выдерживает длину дуги равную диаметру электрода. Рассчитаем по уравнению (3) величину тока для электродов диаметром 3, 4, 5 и 6 мм. Для этих токов по уравнению (6) рассчитаем напряжение дуги. Результаты сведем в таблицу 2.

 

 

Таблица 2. Зависимость величины сварочного тока и напряжения дуги

               от диаметра электрода

dэ, мм	3	4	5	6
Iд, A	90	140	200	270
Uд, В	23.6	25.6	28	30.8

 

 

 

Рисунок 1. Геометрический смысл зависимости U =20+0,04I

 

Эти режимы соответствуют пересечению вольтамперных (В-А) характеристик дуги с внешними характеристиками (ВХ) источника питания (рис.1). Тогда зависимость

U_д =20+0,04I_д   будет представлять совокупность режимов РДС для разных диаметров электродов при длине дуги равной диаметру электрода.

При РДС скорость сварки лежит в пределах от 4 до 18 м/ч, но чаще V_св = (6  12) м/ч. Лишь при сварке ниточным швом сверху вниз электродами с целлюлозным покрытием скорость сварки V_св = 36 м/ч. Если в задании скорость сварки не указана, то её можно определить следующим образом. Установлено, что площадь наплавки первого прохода составляет 

                                                       F_н1 =(6  8)d_э, (мм²)                                (7)

где d_э в мм.

Площадь наплавки последующих проходов составляет 

                                                                              

                                                 F_н2 = (8 12) d_э, (мм²)                                                (8)

Зная площадь наплавки по уравнению (7) или (8), можно определить требуемую скорость сварки из уравнения (9)

 

                                                   V = α _н I_св / 3600  • F_н, (см/с)                           (9)

где α _н – коэффициент наплавки, определяемый из паспортных данных на выбранную марку электрода, г/А•ч;

  γ – плотность (удельный вес) металла, г/см³;

        F_н – площадь наплавленного металла за один проход, см².

Можно вычислить необходимое число проходов:

                                            

                                            n = (F_н + F_н1) / F_н2 +1                                     (10)

где F_н – требуемая по чертежу площадь наплавки, см²;

F_н1 – площадь наплавки при первом проходе, см²;

F_н2 – площадь наплавки при последующих проходах, см².

Расчет сварочного тока, А, при сварке в защитных газах проволокой сплошного сечения производится по формуле

                                                  I_св=πd²_эа/4,                                                         (11)

где, а – плотность тока в электродной проволоке, А/мм² (при сварке в СО₂, а=110 ÷ 130 А/мм²)

d_Э – диаметр электродной проволоки, мм.

Скорость подачи электродной проволоки, м/ч, рассчитывается по формуле   

 

                                                V_ПР = 4α_рI_св / πd²_эρ,                                             (12)

где α _Р – коэффициент расплавления проволоки, г/А·ч;

значение α _Р рассчитывается по формуле

                                                 

                                                α_р=3_,0+0,08х(I_св/d²_э)                                           (13)

ρ– плотность металла электродной проволоки, г/см³ (для стали ρ=7,8 г/см³).

Скорость сварки (наплавки), м/ч, рассчитывается по формуле

 

                                              V_св= α _н I_св/100F_в ρ,                                               (14)

где α _Н - коэффициент наплавки, г/А ч;

 

                                                     α _н = α _р·(1-Ψ),                                                      (15)          

где Ψ - коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание, при сварке в СО₂

Ψ = 0,1- 0,15.

Расчет сварочного тока автоматической сварки под флюсом, А, производится по формуле

                                                                                                    (16)

где, I_св – сила сварочного тока, А;

  π= 3,14;

d_пр – диаметр сварочной проволоки;

a – плотность тока, принимается равной a ≥40-50А/мм², при сварке для более глубокого проплавления.

Скорость подачи сварочной проволоки автоматической сварки под флюсом рассчитывается по формуле

                                     V_пр= (4 α_р I_св) /π d²_пр ρ, м/ч;                                       (17)

где, α_р – коэффициент расплавления сварочной проволоки, г/Ач для сварочного тока определяется по формуле:

                                                       α_р = 2+ I_св/d_пр                                                                  (18)

I_св – сила сварочного тока, А;

π – 3,14;

d_пр – диаметр сварочной проволоки, мм;

ρ – плотность металла г/см³, (для стали С235 =7,8г/см³);

Скорость автоматической сварки под флюсом рассчитывается по формуле

 

                                             V_св= (α_н • I_св) /100 • F_β • ρ; м/ч                                (19)

где, α_н – коэффициент наплавки, г/Ач;

α_н = α_р;

F_β – площадь поперечного сечения одного валика, см²,

ρ – плотность металла г/см³, (для стали С235=7,8г/см³);