Исходя из того, что в конструкции рама линейная достаточно много сварных швов, выполненных в среде защитного газа, расчет параметров режима сварки производится для шва № 4, дляприхваток и остальных швов расчёты сведены в таблицы 3.2.1, 3.2.2.
Шов № 4 выполняется полуавтоматической сваркой и соответствует ГОСТ 14771-Т3-?10, конструктивные элементы которого представлены на рисунке 3.2.1.
Расчет режимов сварки и прихватки, выполненных в среде защитных газов сводится к определению следующих параметров:
1. Марка проволоки Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70;
2. Диаметр проволоки 1,6 мм;
3. Род тока - постоянный;
4. Полярность тока - обратная;
5. Сила сварочного тока:
Рисунок 3.2.1. - Конструктивные элементы сварного шва № 4, Т3-?10
I св.min = 100·d, (3.84)
I св.min = 100·1.6 = 160 A;
I св.max = 200·d, (3.85)
I св.max = 200·1.6 = 320 A;
UДMIN=15+4 dЭ, (3.87)
UДMIN=15+4 1,6=21,4, (В)
UДMAX=15+10 dЭ, (В) (3.89)
UД. MAX=15+10 1,6=31, (В)
7. Вылет электродной проволоки:
LЭMIN=5+5 dЭ, (3.91)
LЭMIN=5+5 1,6=13, (мм)
LЭMAX=10+10 dЭ, (3.92)
LЭMAX=10+10 1,6=26, (мм)
8. Расстояние от среза сопла до изделия:
lMIN=4+17 dЭ/3, (3.94)
lMIN=4+17 1,6/3=13,07, (мм)
lMAX=6+26 dЭ/3, (3.95)
lMAX=6+26 1,6/3=19,87, (мм)
9. Расход защитного газа:
RСО2=1,125, (л/мин) (3.97)
RСО2=1,125=17,43, (л/мин)
10. Скорость подачи электродной проволоки:
гдебн - коэффициент наплавки, зависящий от силы сварочного тока,
бн = 11,6 г/А·ч;
г - плотность металла, г = 7,85
11. Общая площадь поперечного сечения наплавленного металла:
FН=, (мм2) (3.100)
гдеК - катет шва, К=10мм
КY - коэффициент увеличения, учитывающий наличие зазора и выпуклости шва, КY=1,25
В связи с тем, что шов №4Т3-?10 является двусторонним формула примет вид:
Fп=, (мм2) (3.101)
Fп==125, (мм2)
12. Количество проходов:
где - максимальная площадь за 1 проход, = 40 мм2;
Принимается сварка в 4 прохода.
13. Скорость сварки:
Таблица 3.2.1
Режимы прихваток при сварке в защитных газах
Таблица 3.2.2
Режимы полуавтоматической сварки в среде защитных газов
|
Параметры режима |
Катет 10 мм |
Катет 12 мм |
Катет 16 мм |
Нестанд. №12 |
Нестанд. №13 |
Нестанд. №14 |
Нестанд. №16 |
|
|
Марка проволоки |
||||||||
|
Диаметр проволоки, мм |
||||||||
|
постоянный |
||||||||
|
Полярность тока |
обратная |
|||||||
|
RСО2, л/мин |
||||||||
|
Площадь шва, мм2 |
||||||||
|
Количество проходов |
||||||||
При сварке применяются как переменный, так и постоянный ток. Постоянный ток имеет то преимущество, что дуга горит устойчивее. Но переменный ток дешевле, поэтому его применение при сварке предпочтительнее. Но есть способы сварки, при которых применяют только постоянный ток. Сварка в защитных газах и под флюсом выполняется на постоянном токе обратной полярности. Электроды с основным покрытием тоже требуют постоянного тока обратной полярности, как и сварочные флюсы для сварки высоколегированных сталей, основу которых составляет плавиковый шпат. В этих случаях происходит насыщение дуги кислородом или фтором, имеющим большое сродство к электрону. Поэтому необходимо раскрыть сущность процессов, происходящих в дуге при насыщении ее кислородом или фтором и обосновать применение рода тока и полярности. Полярность тока влияет на глубину проплавления, химический состав шва и качество сварного соединения .
Режимом сварки называют совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, формы и качества. При всех дуговых способов 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 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.
2.6.1 Методика расчета режима ручной дуговой сварки . Определяется площадь наплавки, как сумма площадей элементарных геометрических фигур, составляющих сечение шва.
Рисунок 3
Площадь наплавки одностороннего сварного шва, выполненного с зазором, определяется по формуле, мм
F н = 2F 1 + F 2 , (13)
F н = S b + 0,75 eq, (14)
где S-толщина деталей, мм;
b - зазор, мм;
e - ширина, мм;
q - высота усиления, мм.
Рисунок 4
 |
Площадь наплавки стыкового шва с разделкой двух кромок и подваркой корня шва определяется по формуле, мм
F = S b + (S - с) 2 tg a / 2 + 0,75eq+0,75е 1 q 1 , (15)
где c - величина притупления, мм;
е 1 – ширина подварки, мм;
q 1 – высота подварки, мм;
a - угол разделки, мм.
При сварке многопроходных швов необходимо определить число проходов по формуле, шт
где F н – площадь всей наплавки, мм 2 ;
F н1 – площадь первого прохода, мм 2 ;
F нс – площадь каждого последующего прохода, мм 2 .
При ручной сварке многопроходных швов первый проход выполняется электродами диаметром 3 – 4мм, так как применение электродов большого диаметра затрудняют провар корня шва. При определении числа проходов следует учитывать, что сечение первого прохода не должно превышать 30-35мм 2 и может быть определено по формуле, мм 2
F н1 = (6 - 8) d э, (17)
где dэ – диаметр электрода для сварки корневого шва, мм.
Площадь наплавки последующих проходов определяется по формуле, мм 2
F нс = (8 - 12) d эс, (18)
где F нс – площадь последующего прохода, мм;
d эс – диаметр электрода для сварки следующих швов, мм
При сварке многопроходных швов стремятся сварку проходов выполнять на одних и тех же режимах за исключением первого прохода.
Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого изделия. Примерное соотношение между диаметром электрода и толщиной листов свариваемого изделия приведено ниже.
Таблица 8
Расчет силы сварочного тока Iсв производится по диаметру электрода и допускаемой плотности тока, А
где i – допускаемая плотность тока, А/мм.
Допускаемая плотность тока зависит от диаметра и вида покрытия электрода.
Таблица 9 Величина допускаемой плотности тока в электроде при ручной дуговой сварке
Напряжение на дуге не регламентируется и принимается в пределах 20…36В, то есть Uд = 20 – 36, B
Скорость сварки определяется из соотношения, м/час
где a н – коэффициент наплавки, г/А ч;
g - плотность наплавленного металла, г/см;
Fн – площадь сечения наплавленного металла, мм 2
Длина дуги при ручной дуговой сварке должна составлять, мм
Lд = (0,5 – 1,2) d э, (21)
2.6.2 Методика расчета режима автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом стыковых соединений односторонних без скоса кромок . Основными параметрами режима автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом является: сварочный ток, диаметр и скорость подачи сварочной проволоки, напряжение и скорость сварки.
Расчет режимов сварки производится всегда для конкретного случая, когда известен тип соединения и толщина свариваемого металла, марка проволоки, флюса и способа защиты сварочной ванны от воздуха и другие данные по шву. Поэтому до начала расчетов следует установить по ГОСТ8713-79 или по чертежу конструктивные элементы заданного сварного соединения и по известной методике определить площадь многопроходного шва.
При этом необходимо учитывать, что максимальное сечение однопроходного шва, выполнено автоматом, не должно превышать 100мм 2 . Сечение первого прохода многопроходного шва не должно превышать 40-50мм 2 .
При двухсторонней сварке под флюсом стыкового бесскосного соединения (рисунок 4) сила сварочного тока определяется по глубине проплавления – h основного металла; h - за один проход составляет 8 – 10мм, на форсированных режимах - 12мм, А
Iсв = h 1,2 / k , (22)
где h 1,2 – глубина проплавления основного металла при двухсторонней сварке, без скоса кромок свариваемых деталей, мм;
k – коэффициент пропорциональности, мм/100А, зависящий от рода тока и полярности, диаметра электрода, марки флюса, колеблется от 1-2.
Рисунок 5 Рисунок 6
Таблица 10 Значение К в зависимости от условий проведения сварки
| К, мм/100 А | Марка флюса или защитный газ | Диаметр электродной проволоки, мм | К, мм/100 А | ||||||
| Переменный ток | Постоянный ток | Переменный ток | Постоянный ток | ||||||
| Прямая полярность | Обратная полярность | Прямая полярность | Обратная полярность | ||||||
| ОЦС-45 | 1,30 | 1,15 | 1,45 | АН-348 | 0,95 | 0,85 | 1,05 | ||
| 1,15 | 0,95 | 1,30 | 0,90 | ||||||
| 1,05 | 0,85 | 1,15 | |||||||
| 0,95 | 0,75 | 1,10 | |||||||
| 0,90 | |||||||||
| АН-348А | 1,25 | 1,15 | 1,40 | Углекислый газ | 1,2 | 2,10 | |||
| 1,10 | 0,95 | 1,25 | 1,6 | 1,75 | |||||
| 1,00 | 0,90 | 1,10 | 2,0 | 1,55 | |||||
| 3,0 | 1,45 | ||||||||
| 4,0 | 1,35 | ||||||||
| 5,0 | 1,20 |
Металл толщиной свыше 20мм сваривают за несколько проходов. Чтобы избежать непровара при сварке под флюсом и добиться нормального формирования шва прибегают к скосу кромок. Для однопроходного стыкового шва толщиной не более 10-12мм глубина проплавления равна толщине свариваемых деталей (рисунок 5), при двухсторонней сварке толщиной не более 20мм (рисунок 6) глубина проплавления составляет, мм
h 1,2 = S/2 + (2 - 3), (23)
Диаметр сварочной проволоки dэ принимается в зависимости от толщины свариваемого металла в пределах 2-6мм, а затем уточняется расчетом по формуле, мм
d э = 2 , (24)
где i - плотность тока, А/мм².
Полученное значение d э принимается из ближайшего стандартного.
Плотность тока в зависимости от диаметра проволоки указана в таблице 11
Таблица 11
Напряжение на дуге принимается в пределах 32-40В.
Скорость сварки определяется по формуле, м/ч
Vсв = А / Iсв, (25)
где А следует принимать в пределах, приведенных ниже
Таблица 12
| dэ, мм | А, м/ч |
| 1,2 | (2 – 5) 10 3 |
| 1,6 | (5 – 8) 10 3 |
| 2,0 | (8 – 12) 10 3 |
| 3,0 | (12 – 16) 10 3 |
| 4,0 | (16 – 20) 10 3 |
| 5,0 | (20 – 25) 10 3 |
| 6,0 | (25 –30) 10 3 |
где α нд - коэффициент наплавки при сварке под флюсом, г/Ач.
Коэффициент наплавки при сварке под флюсом определяется по формуле, г/Ач
α нд = α н + Δα н, (27)
где α н - коэффициент наплавки, не учитывающий увеличение скорости плавления электродной проволоки за счет предварительного подогрева вылета электрода сварочным током, г/Ач;
Δα н - увеличение коэффициента наплавки за счет предварительного подогрева вылета электрода, г/Ач, определяется по рисунку 7.
Рисунок 7
При сварке на постоянном токе обратной полярности коэффициент наплавки определяется по формуле, г/Ач
α н = 11,6 ± 0,4 (28)
При сварке на постоянном токе прямой полярности или переменном токе определяется по формуле, г/А*ч
α н = А + В (Iсв / dэ), (29)
где А и В – коэффициенты, значения которых для флюса приведены ниже.
Таблица 12
Скорость подачи проволоки Vп.п определяется по формуле, м/ч
где Fэ – площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм².
Или скорость подачи проволоки может определяться по формуле, м/ч
Режим сварки последующих проходов выбирают из условий заполнения разделки и получения поверхности шва, имеющей плавное сопряжение с основным металлом.
2.6.3 При двухсторонней сварке стыковых швов под флюсом со скосом кромок определяют режим сварки первого прохода с одной и другой стороны шва и последующих проходов отдельно.
Рисунок 8
Рисунок 9
h 1 = h 2 = , (32)
где h 1 , 2 – глубина проплавления первого прохода с одной и другой стороны шва, мм;
с - величина притупления, мм.
Сила сварочного тока определяется по глубине проплавления, А
Iсв = h 1,2 / k, (33)
где k – коэффициент пропорциональности (мм/100А), зависящий от рода тока, полярности, диаметра электрода, марки флюса, колеблется 1-2А (см. таблицу 10).
Расчёт остальных параметров режима сварки производится в том же порядке, что и при сварке под флюсом двухстороннего стыкового бесскосного соединения по формулам (16), (24) - (31).
Примечание: Расчёт параметров режима сварки под флюсом угловых и тавровых соединений с разделкой кромок производить по методике расчёта режимов сварки стыковых соединений с разделкой кромок (см. п.2.7.3).
2.6.4 Методика расчёта режима автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом угловых швов без разделки кромок:
Зная катет шва, определяем площадь наплавки, мм²
Fн = k² / 2 + 1,05 kq , (34)
где k – катет шва, мм.
Рисунок 10
Устанавливаем количество проходов на основании того, что за первый проход при сварке в “лодочку” максимальный катет шва можно заварить 14мм, а при сварке в нижнем положении наклонным электродом – 8мм по формуле (16), где Fнс - принимаем в пределах 60-80мм².
Выбираем диаметр электрода, имея в виду, что угловые швы катетом 3-4мм можно получить лишь при использовании электродной проволоки диаметром 2мм, при сварке электродной проволокой диаметром 4-5мм минимальный катет составляет 5-6мм. Сварочную проволоку диаметром больше 5мм применять не следует, так как она не обеспечит провар корня шва.
Для принятого диаметра проволоки подбираем плотность тока по данным, приведенным ниже и определяем силу сварочного тока Iсв, А
Определяем коэффициент наплавки из ранее приведенных формул (27), (28), (29), в зависимости от рода тока и полярности.
Зная площадь наплавки за один проход, сварочный ток и коэффициент наплавки, определяем скорость сварки, м/час
Скорость подачи электродной проволоки определяется по формуле, м/ч
где F э – площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм².
Скорость подачи электродной проволоки можно определить по формуле, м/ч
Определяем напряжение на дуге – Uд, оно изменяется от 28 до 36В.
Определяем погонную энергию сварки – q п по формуле, Дж/см
q п1,н = 650 F н1, с, (39)
где F н1,с – площадь поперечного сечения первого или последующего прохода, мм².
Определяем коэффициент формы провара.
Коэффициент формы провара должен быть не больше 2мм, иначе появляются подрезы, но в тоже время он не должен быть чрезмерно мал, так как швы получаются слишком глубокие и узкие, склонные к образованию кристаллизационных трещин, то есть горячих трещин .
Определяем глубину провара – h по формуле, мм
. (40)
2.6.5 Расчет режимов сварки в углекислом газе, в аргоне . Известно, что основные параметры режимов механизированных процессов дуговой сварки следующие: диаметр электродной проволоки – d э, вылет ее - l э, скорость подачи электродной проволоки - Vп.п, сила тока – Iсв, напряжение дуги – Uд и скорость сварки – Vсв, а также удельный расход СО 2 .
Полуавтоматическую сварку в углекислом газе выполняют короткой дугой на постоянном токе обратной полярности.
Расстояние от сопла горелки до изделия не должно превышать 22мм. Стыковые швы в нижнем положении сваривают с наклоном электрода от поверхностной оси на 5-20º. Угловые соединения сваривают с таким же наклоном в направлении сварки и наклоном поперек шва под углом 40-50º к горизонтали, смещая электрод на 1 - 1,15мм от угла на горизонтальную полку.
Тонкий металл сваривают без колебательных движений, за исключением мест с повышенным зазором. Швы катетом 4-8мм накладывают за один проход, перемещая электрод по вытянутой спирали. Корень стыкового шва заваривают возвратно – поступательно, следующей вытянутой спиралью, а последующие - серповидными движениями.
Проволокой толщиной 0,8-1,2мм сваривают металл во всех положениях, причем при вертикальных, горизонтальных и потолочных напряжение уменьшают до 17-18,5В, а силу тока на 10-20%.
Стыковые швы металла толщиной до 2мм, а угловые катетом – 5мм и корень стыковых швов большого сечения лучше сваривать сверху вниз. При сварке необходимо обеспечить защиту от сдувания газа и подсоса воздуха через зазор. Для уменьшения разбрызгивания в сварочную цепь можно последовательно включить дроссель.
Расчет параметров режимов производят в следующем порядке:
Определяют толщину свариваемого металла по чертежам;
В зависимости от толщины свариваемого металла выбирают диаметр электродной проволоки.
Таблица 13 Зависимость диаметра электродной проволоки от толщины свариваемого металла
Диаметр электродной проволоки для автоматической сварки может быть в интервале 0,7-3,0мм и выше, а для полуавтоматической – в интервале от 0,8-2,0мм.
Вылет электрода определяется по формуле, мм
l э = 10d э, (41)
Рассчитывают силу сварочного тока по формуле, А
Iсв = I F э, (42)
где i – плотность тока, А/мм² (диапазон плотностей сварочного тока от 100 до 200А/мм²), оптимальное значение 100-140А/мм²;
F э – площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм².
Большое значение плотности тока соответствует меньшим диаметрам электродной проволоки.
Устойчивое горение дуги при сварке плавящимся электродам в углекислом газе достигается при плотности тока свыше 100А/мм². Так как определение основного параметра режима сварки основываются на интерполировании широкого диапазона рекомендованных плотностей тока, то Iсв необходимо уточнять по таблице 14 .
Таблица 14 Диапазоны сварочных токов основных процессов сварки в СО 2 проволокой Св-08Г2С
| Процесс сварки | Диаметр электродной проволоки, мм | ||||||||||
| 0,5 | 0,8 | 1,0 | 1,2 | ||||||||
| ИДС к.з. | 30-120 | 50-120 | 71-240 | 85-260 | |||||||
| КР без к.з. | 100-250 | 150-300 | 160-450 | 190-550 | |||||||
| КР с к.з. | 30-150 | 50-180 | 75-260 | 65-290 | |||||||
| Процесс сварки | Диаметр электродной проволоки, мм | ||||||||||
| 1,4 | 1,6 | 2,0 | |||||||||
| ИДС к.з. | 90-280 | 110-290 | 120-300 | ||||||||
| Продолжение таблицы 14 | |||||||||||
| Процесс сварки | Диаметр электродной проволоки, мм | ||||||||||
| 1,4 | 1,6 | 2,0 | |||||||||
| КР без к.з. | 90-320 | 110-380 | 150-400 | 220-500 | 250-600 | ||||||
| КР с к.з. | 200-650 | 210-800 | 220-1200 | 250-2000 | 270-2500 | ||||||
Примечание: ИДС к.з. – импульсный с частыми принудительными короткими замыканиями; КР без к.з. – крупнокапельный без коротких замыканий; КР с к.з. - крупнокапельный с короткими замыканиями.
При сварке в СО 2 проволокой Св-08Г2С в основном используют процесс с частыми принудительным коротким замыканиями и процесс с крупнокапельным переносом (таблица 12). При сварке порошковыми проволоками используют процесс с непрерывным горением дуги, а при сварке актированной проволокой – струйный процесс. Процесс с частыми короткими принудительными замыканиями получают при сварке в СО 2 проволоками диаметрами 0,5-1,4мм путем программирования сварочного тока, обеспечивающего изменение скорости плавления электрода и давления дуги.
Процесс с крупнокапельными переносом наблюдается при сварке проволоками диаметрами 0,5-1,5мм на повышенных напряжениях, а диаметрами более 1,6 – во всем диапазоне режимов сварки кремне-марганцевыми проволоками (см. таблицу 13). При низких напряжениях процесс протекает с короткими замыканиями, а при высоких без них.
При проверке расчетных режимов и внедрении их в производство необходимо помнить, что стабильный процесс сварки с хорошими техническими характеристиками можно получить только в определенном диапазоне сил тока, который зависит от диаметра и состава электрода и рода защитного газа (см. таблицу 13).
Регулирует силу тока изменением скорости подачи электродной проволоки. Сила тока определяет глубину провара и производительность процесса. Поэтому весь расчет режимов является ориентировочным и на практике требует уточнения.
Определяют скорость подачи электродной проволоки по формуле, м/ч
где Vп.п – скорость подачи проволоки, м/ч;
α р – коэффициент расплавления электродной проволоки, г/Ач;
Iсв – сварочный ток, А;
dэ – диаметр электродной проволоки, мм;
γ – плотность металла электродной проволоки г/см³ (γ=0,0078г/мм³).
Коэффициент расплавления определяется по формуле, г/Ач
α р = 3,6·10 -1 , (44)
Определяется скорость сварки по формуле, м/ч
, (46)
где Vсв – скорость сварки, м/ч;
α н – коэффициент наплавки, г/Ач;
Iсв – сварочный ток, А;
Fн – площадь поперечного сечения, мм²;
γ – плотность наплавленного металла, г/см³;
0,9 – коэффициент, учитывающий потери на угар и разбрызгивание.
Коэффициент наплавки, г/Ач определяется по формуле, г/Ач
α н = α р (1 – ψ / 100), (47)
где ψ – потеря электродного металла вследствие окисления, испарения и разбрызгивания, % (ψ = 7-15%, принимают обычно ψ = 10%). Потери электродного металла возрастают с увеличением напряжения на дуге.
Напряжение на дуге принимают в интервале 16-34В. Большие значения соответствуют большей величине тока. Напряжение можно определить по графику (см. рисунок 11).
Рисунок 11
Напряжение на дуге предварительно подбирается и может быть установлено при настройке, например, по напряжению холостого хода источника тока. К параметрам режима сварки в среде углекислого газа относится удельный расход газа – q г, который зависит от положения шва в пространстве, скорости сварки, типа соединения и толщины свариваемого металла . Параметры режима сварки свести в таблицу 15
Таблица 15
Похожая информация.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Р Ф
ГОУ ВПО «Волжский государственный инженерно-педагогический университет»
Ф.П. Сироткин
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМОВ СВАРКИ
Методические указания по проведению практических занятий по дисциплине «Технология электрической сварки плавлением»
Н. Новгород
Сироткин Ф.П. Расчет параметров режимов сварки: Методические указания по проведению практических занятий по дисциплине «Технология электрической сварки плавлением» - Н.Новгород: ВГИПУ, 2007. - 55 с.
Рецензенты:
Е.Н. Батков – преподаватель спец. дисциплин, Нижегородского строительного техникума.
А.Г. Китов – заведующий кафедрой «Автомобильный транспорт», ГОУ ВПО «Волжского государственного инженерно-педагогического университета»
Аннотация
В методических указаниях приведены расчеты режимов сварки:
В среде углекислого газа;
Механизированной и автоматической под слоем флюса;
Электрошлаковой пластинчатыми и проволочными электродами.
Методические указания содержат подробную последовательность определения параметров режимов сварки, сопровождающихся указанием необходимых формул, таблиц, графиков и номограмм, что позволит студентам самостоятельно рассчитать режимы сварки для различных толщин свариваемых металлов.
Ф.П. Сироткин,2010
© ВГИПУ, 2010
| Введение |
|
| 1. Общие положения |
|
| 2.1. Расчет режима сварки швов стыковых соединений |
|
| 2.2. Расчет режима сварки угловых швов |
|
| 3. Расчет режимов сварки в среде углекислого газа |
|
| 3.1. Расчет режима сварки в среде углекислого газа швов стыковых соединений |
|
| 3.2. Расчет режима сварки в среде углекислого газа угловых швов сварных соединений |
|
| 4. Расчет режимов механизированной (полуавтоматической) и автоматической сварки под слоем флюса |
|
| 4.1. Расчет режима сварки швов стыковых соединений |
|
| 4.2. Расчет режима сварки угловых швов сварных соединений |
|
| 5. Расчет режимов электрошлаковой сварки |
|
| 5.1. Расчет режима электрошлаковой сварки проволочными электродами |
|
| 5.2. Расчет режима электрошлаковой сварки пластинчатыми электродами |
|
| Заключение |
|
| Приложение А. Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки |
|
| Приложение Б. Ориентировочные режимы полуавтоматической (механизированной) и автоматической сварки в среде углекислого газа |
|
| Приложение В. Ориентировочные режимы сварки под флюсом |
|
| Приложение Г. Ориентировочные режимы электрошлаковой сварки |
|
| 6. Список используемой литературы |
Введение
Методические указания по проведению практических занятий адресовано студентам очной и заочной формы обучения специальности 050501.65 Профессиональное обучение (машиностроение и технологическое оборудование), специализация Технологии и технологический менеджмент в сварочном производстве и предназначено для выполнения практических занятий и раздела «Расчет режимов сварки» курсовой работы (проекта).
В данном пособии приводятся расчеты режимов:
Ручной дуговой покрытыми электродами;
Механизированной и автоматической в среде углекислого газа;
Автоматической и полуавтоматической под флюсом;
Электрошлаковой сварки стыковых и угловых швов сварных соединений.
1. Общие положения
1. При описании раздела «Расчет режимов сварки» следует:
а) дать определение режима, принятого для изготовления сварной конструкции вида сварки;
б) перечислить основные и дополнительные параметры режима выбранного вида сварки;
в) 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.
2. Основные типы соединений, выполняемых под флюсом, регламентированы ГОСТ 8713-79 – «Сварка под флюсом, соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры».
3. 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».
4. Основные типы соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой регламентированы ГОСТ 15164-78 – «Электрошлаковая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры».
5. Основные типы соединений, выполняемых ручной дуговой сваркой регламентированы ГОСТ 5264-80 – «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы и конструктивные элементы».
6. Результаты расчетов режимов сварки следует занести в таблицу.
2. Расчет режимов ручной дуговой сварки
Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающую получение сварных швов заданных размеров, формы и качества.
При ручной дуговой сварке основными параметрами режима являются
1. Диаметр электрода, d эл, мм.
5. Род тока.
6. Полярность тока (при постоянном токе).
2.1. Расчет режима сварки швов стыковых соединений
Швы стыковых соединений могут выполнятся с разделкой и без разделки кромок по ГОСТ 5264-80.
Диаметр электрода при сварке швов стыковых соединений выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей.
При выборе диаметра электрода при сварке стыковых швов в нижнем положении следует руководствоваться данными таблицы 1.
При сварке многослойных швов на металле толщиной 10 – 12 мм и более первый слой должен свариваться электродами на 1 мм меньше, чем указано в таблице 1, но не более 5 мм (чаще всего 4 мм), так как применение электродов больших диаметров не позволяет проникнуть в глубину разделки для провара корня шва.
При определении числа проходов следует учитывать, что сечение первого прохода не должно превышать 30-35 мм 2 и может быть определено по формуле:
F 1 = (6 – 8) · d эл, мм 2 , (1)
а последующих проходов – по формуле:
F с = (8 – 12) · d эл, мм 2 , (2)
где F 1 – площадь поперечного сечения первого прохода, мм 2 ;
F с – площадь поперечного сечения последующих проходов, мм 2 ;
Для определения числа проходов и массы наплавленного металла требуется знать площадь сечения швов.
Площадь сечения швов представляет собой сумму площадей элементарных геометрических фигур, их составляющих. Тогда площадь сечения одностороннего стыкового шва выполненного без зазора можно определить по формуле:
F 1 = 0,75 е · g , мм 2 , (3)
а при наличии зазора в соединении – по формуле:
(F 1 + F 2) = 0,75 е · g + S · в, мм 2 , (4)
где е – ширина шва, мм; g – высота усиления шва, мм; S – толщина свариваемого металла, мм; в – величина зазора в стыке, мм.
Площадь сечения стыкового шва с V–образной разделкой и с подваркой корня шва (см. рис. 1) определяется как сумма геометрических фигур:
F = F 1 + F 2 + F 3 + 2F 4 , (5)
Рисунок.1. Геометрические элементы площади сечения стыкового шва:
где S – толщина металла, мм; h – глубина проплавления, мм; c – величина притупления, мм; e – ширина шва, мм; e 1 – ширина подварки корня шва, мм; в – величина зазора, мм; g – высота усиления шва, мм; g 1 – высота усиления подварки корня шва, мм; α – угол разделки кромок.
Глубина проплавления определяется по формуле:
h = (S - c), мм. (6)
Площадь сечения геометрических фигур (F 1 + F 2) определяют по формуле 4, F 3 – по формуле 3, а площадь прямоугольных треугольников F 4 определяют по формуле:
F 4 = h · x/2, мм 2 , (7)
где x = h · tg α/2;
F 4 = (h 2 ·tg α/2) /2, мм 2 , (8)
Но рассматриваемая нами площадь V–образного шва состоит из двух прямоугольных треугольников, поэтому:
2F 4 = h 2 · tg α/2, мм 2 . (9)
Подставляя значения элементарных площадей в формулу (5), получим:
F н = 0,75 · е · g +в · S + 0,75 e 1 · g 1 + h 2 · tg α/2, мм 2 . (10)
При X–образной разделке площадь наплавленного металла подсчитывают отдельно для каждой стороны разделки.
Зная общую площадь поперечного сечения наплавленного металла (F н), а также площадь поперечного сечения первого (F 1) и каждого из последующих проходов шва (F с), находят общее число проходов «n» по формуле:
n = (F n -F 1 /F с) + 1. (11)
Полученное число округляют до ближайшего целого.
Расчет сварочного тока при ручной дуговой сварке производится по диаметру электрода и допускаемой плотности тока по формуле:
I св = F эл · j = (π · d эл 2 / 4) · j , А, (12)
где π – 3,14;
j – допустимая плотность тока, А/мм 2 ;
F эл – площадь поперечного сечения электрода, мм 2 ;
d эл – диаметр электрода, мм.
Сварочный ток определяется для сварки первого прохода и последующих проходов только при сварке многопроходных швов.
Допустимая плотность тока зависит от диаметра электрода и вида покрытия: чем больше диаметр электрода, тем меньше допустимая плотность тока, так как ухудшаются условия охлаждения (см. табл. 2).
Таблица 2 - Допустимая плотность тока в электроде при ручной дуговой сварке
Напряжение на дуге при ручной дуговой сварке изменяется в пределах 20-36 В и при проектировании технологических процессов ручной дуговой сварки не регламентируется.
Поэтому напряжение на дуге следует принять какое – то конкретное.
Скорость перемещения дуги (скорость сварки) следует определять по формуле:
V св = L н · I св / γ · F н · 100, м/ч, (13)
где L н – коэффициент наплавки, г/А час; (см. табл. 3)
γ – плотность наплавленного металла за данный проход, г/см 3 (7,8 г/см 3 – для стали);
F н – площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм 2 .
Скорость перемещения дуги (скорость сварки) определяют для первого прохода и последующих проходов только при сварке многопроходных швов. Результаты расчета режима сварки стыкового шва следует занести в табл. 3.
Таблица 3 - Режимы сварки стыкового шва и его размеры
Расчет режима сварки угловых швов
При сварке угловых швов диаметр электрода выбирается в зависимости от катета шва.
Примерное соотношение между диаметром электрода и катетом шва при сварке угловых швов приведено в табл. 4.
При ручной дуговой сварке за один проход могут свариваться швы катетом не более 8 мм.
При больших катетах швов сварка производится за два и более проходов Максимальное сечение металла, наплавленного за один проход, не должно превышать 30 – 40 мм 2 (Fmax = 30÷40 мм 2).
Площадь поперечного сечения углового шва, которую необходимо знать при определении числа проходов, рассчитывают по формуле:
F н = K у ·К 2 / 2 мм 2 , (14)
где F н – площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм 2 ;
К – катет шва, мм;
К у – коэффициент увеличения, который учитывает выпуклость шва и зазоры.
Для наиболее часто встречающихся угловых швов с катетом 2 – 20 мм, коэффициент К у выбирают по табл. 5.
Определив примерную площадь сечения углового шва и зная максимально возможную площадь сечения, получаемую за один проход, находят число проходов «n» по формуле:
n = F n / (30-40). (15)
Полученное дробное число округляют до ближайшего целого.
Силу сварочного тока определяют по формуле:
I св = (π · d 2 эл /4) · j, (16)
где π – 3,14;
d эл – диаметр электрода, мм;
j – допустимая плотность тока, А/мм 2 .
Напряжение на дуге при ручной дуговой сварке изменяется в пределах 20 – 38 В. Следует принять какое - то конкретное.
Скорость сварки определяют по формуле:
V св = L н · I св / γ · F н ·100, м/ч, (17)
где L н – коэффициент наплавки, г/А час;
γ – плотность наплавленного металла, г/см 3 (7,8 г/см 3 – для стали);
F н – площадь поперечного сечения наплавленного металла углового шва, см 2 ;
Значения коэффициентов наплавки для различных марок электродов приведены в табл. 6.
Таблица 6 - Коэффициенты наплавки для различных марок электродов
Результаты расчетов режима сварки угловых швов следует занести в табл. 7.
Таблица 7 - Режимы сварки угловых швов
Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки приведены в приложении А.
3. Расчет режимов сварки в среде углекислого газа
Сварка в среде углекислого газа широко применяется при изготовлении конструкций из углеродистых, низколегированных, теплоустойчивых сталей, среднелегированных, хромоникелевых и аустенитных сталей.
Основные типы соединений, выполняемые в среде углекислого газа, регламентированы ГОСТ 14771-76.
Основными параметрами режима сварки в среде углекислого газа являются:
1. Диаметр электродной проволоки, d эл, мм.
2. Сила сварочного тока, I св, А.
4. Скорость сварки, V св, м/ч.
5. Расход защитного газа, q r .
Дополнительными параметрами режима являются:
6. Род тока.
7. Полярность при постоянном токе.
3.1. Расчет режима сварки в среде углекислого газа швов стыковых соединений
Швы стыковых соединений могут выполняться как с разделкой, так и без разделки кромок.
Диаметр электродной проволоки (d эл) выбирается в зависимости от толщины свариваемых деталей. При выборе диаметра электродной проволоки при сварке швов в нижнем положении следует руководствоваться данными таблицы 8
Таблица 8 - Выбор диаметра электродной проволоки для сварки швов стыковых соединений
| Толщина металла, мм |
Форма подготовки кромок |
Зазор в стыке, мм |
Диаметр электродной проволоки, мм |
Число проходов |
| Встык, без разделки кромок |
||||
| V – образная односторонняя |
||||
| V – образная двусторонняя |
Сила сварочного тока, (I св) выбирается в зависимости от глубины провара (h) и определяется по табл. 9.
Таблица 9 - Определение сварочного тока в зависимости от глубины провара
Глубина провара ( h ) при сварке с первой стороны определяется по формуле:
h = S / 2 ± 1 мм, (18)
где S – толщина свариваемых деталей, мм.
Напряжение на дуге ( U д ) выбирается по табл. 10.
Таблица 10 - Напряжение на дуге в зависимости от силы сварочного тока
Скорость сварки (V св) определяют по табл. 11.
Таблица 11 - Определение скорости сварки в зависимости от диаметра электродной проволоки
Расход углекислого газа (q r) выбирают по данным табл.12 в зависимости от марки свариваемого металла и толщины металла.
Таблица 12 - Расход углекислого газа в зависимости от толщины свариваемого металла стыкового соединения
Результаты расчета режима сварки стыкового шва следует занести в табл. 13.
Таблица 13 - Режимы сварки стыкового шва в среде углекислого газа
3.2. Расчет режима сварки в среде углекислого газа угловых швов сварных соединений
При сварке угловых швов диаметр электродной проволоки выбирается в зависимости от толщины металла по табл. 14.
Таблица 14 - Выбор диаметра электродной проволоки для сварки угловых швов
Напряжение на дуге (U д), силу тока (I св), скорость сварки (V св) определяют по номограмме (рис. 2).
Рисунок. 2. Номограмма для определения режимов полуавтоматической сварки в среде углекислого газа угловых швов диаметром электродной проволоки 1,6 мм
Чтобы определить режим сварки, обеспечивающий необходимый катет шва, выбирают точку, лежащую на линии заданного катета (Кр), в области, ограниченной штриховыми линиями, в зависимости от того, какой шов требуется получить: вогнутый, плоский или выпуклый.
Из этой точки провести линии на ось ординат, где получим значение сварочного тока, и ось абсцисс, где получим значение скорости сварки.
Напряжении на дуге берется в ближайшем прямоугольнике.
Расход углекислого газа выбирается по табл. 15.
Таблица 15 - Расход углекислого газа в зависимости от толщины свариваемого углового соединения
Результаты определения режимов сварки угловых швов следует занести в табл. 16.
Таблица 16 - Режимы сварки углового шва в среде углекислого газа
Ориентировочные режимы механизированной (полуавтоматической) и автоматической сварки приведены в приложении Б
4. Расчет режимов механизированной (полуавтоматической) и автоматической сварки под слоем флюса
Конструктивные элементы подготовки кромок и виды сварных соединений (стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные) для автоматической и механизированной сварки под слоем флюса регламентированы ГОСТ 8713-79.
Основными параметрами режима автоматической и механизированной сварки под слоем флюса, оказывающим влияние на размеры и форму шва, являются:
1. Диаметр электродной (сварочной) проволоки, d эл, мм.
2. Сила сварочного тока, I св, А.
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).
8. Марка флюса.
Расчет режима сварки швов стыковых соединений
Расчет режима сварки начинают с того, что задают требуемую глубину провара при сварке с первой стороны, которая устанавливается равной:
h = S/2 ± (1-3), мм, (19)
где S – толщина металла, мм.
Силу сварочного тока , необходимую для получения заданной глубины проплавления основного металла, рассчитывают по формуле:
I св = (80-100)·h, А. (20)
Диаметр сварочной проволоки рассчитывают по формуле:
d эл = 2I св / j·π , мм, (21)
π – 3,14;
j – плотность тока, приближенные значения которой приведены в табл. 17.
Таблица 17 - Допускаемая плотность тока в электродной проволоке при автоматической сварке стыковых швов
Напряжение на дуге принимают для стыковых соединений в пределах 32-40 В. Большему току и диаметру электрода соответствует большее напряжение на дуге. Выбрать конкретное напряжение.
Определяют коэффициент наплавки (L Н), который при сварке постоянным током обратной полярности L Н = 11,6±0,4 г/А ч, а при сварке на постоянном токе прямой полярности и переменном токе по формуле:
L = A + B · I св /d эл, г/А·ч, (22)
где I св – сила сварочного тока, А;
d эл - диаметр электродной проволоки, мм;
А, В – коэффициенты, значения которых приведены в табл. 18.
Таблица 18 - Значения коэффициентов А и В
Скорость сварки электродной проволокой диаметром 4-6 мм определяют по формуле:
V = (20-30) · 10 3 / I св, м/ч; (23)
а электродной проволокой диаметром 2 мм по формуле
V = (8-12) · 10 3 / I св, м/ч. (24)
Скорость подачи сварочной проволоки (V n . n .) определяют по формуле:
V п.п. = 4· L Н · I св / π · d эл 2 , м/ч, (25)
где L Н – коэффициент наплавки, г/А·ч; π – 3,14;
γ – удельный вес наплавленного металла, г/см 3 (7,8 г/см 3 – для стали);
I св – сила сварочного тока, А.
Результаты, расчетов режима сварки стыковых соединений следует занести в табл. 19.
Таблица 19 - Режимы сварки стыкового шва
4.2. Расчет режима сварки угловых швов сварных соединений
Расчет режима сварки ведется в следующей последовательности:
Зная катет шва (К), определяют площадь поперечного сечения наплавленного металла, которая для шва без выпуклости высоты усиления определяется по формуле:
Мм 2 , (26)
где К – катет шва, мм;
а для шва с выпуклостью (с высотой усиления) – по формуле:
, мм 2
, (27)
где g – выпуклость углового шва величины усиления, мм.
Выбирают диаметр электродной проволоки . Следует иметь в виду, что угловые швы с малым катетом (К=3-4мм) можно получить при использовании проволоки диаметром 2 мм; швы с катетом (К=5-6мм), получают при сварке проволокой диаметром 4-5 мм. Сварка диаметром более 5 мм не обеспечивает необходимого провара вершины углового шва и поэтому практического применения не находит, максимальный катет углового шва, который можно получить за один проход, независимо от диаметра электродной проволоки, равен 10 мм.
Для принятого диаметра электрода подбирают плотность тока по таблице 21, а затем определяют силу сварочного тока по формуле:
I св = π · d эл 2 / 4 · j, А, (28)
где j – допускаемая плотность тока в электродной проволоке при сварке угловых швов (табл. 20); π – 3,14;
d эл – диаметр электродной проволоки, мм.
Таблица 20 - Допускаемая плотность тока в электродной проволоке при сварке угловых швов
Затем по рис. 3, зная величину сварочного тока и диаметр электродной проволоки, устанавливают оптимальное напряжение на дуге (U Д).
При этом следует выбирать значения напряжения на дуге ближе к нижнему пределу диапазона оптимальных напряжений.
Рисунок. 3. Зависимость Ψ пр ст величины сварочного тока и напряжения на дуге. Ток переменный. Флюс марки ОСЦ-45:а – d эл = 2мм; б – d эл =4 мм; в – d эл = 5 мм; г – d эл = 6 мм.
Зная площадь сечения наплавленного металла за один проход определяют скорость сварки по формуле:
V = L H · I св / F H · γ, м/ч, (29)
где L H - коэффициент наплавки электродной проволоки, г/А·час;
I св – сила сварочного тока, А;
F Н – площадь наплавленного металла, см 2 ;
Y – удельный вес наплавленного металла, г/см 3 (7,8 г/см 3 – для стали).
Скорость подачи электродной проволоки (V n . n .) определяется по формуле:
V п.п. = 4 · L H · I св / F H · γ , м/ч, (30)
где L H -коэффициент наплавки, г/А час;
I св - сила сварочного тока, А;
d эл – диаметр электродной проволоки, мм;
γ – удельный вес наплавленного металла, г/см 3
(7,8 г/см 3 – для стали).
Результаты расчета режима сварки и размеров угловых швов следует свести в табл. 21.
Таблица 21 - Режимы сварки углового шва
Расчет режимов электрошлаковой сварки
При электрошлаковой сварке электродом может служить не только проволока, но и электроды в виде пластин, стержней.
Пластинчатые электроды применяются главным образом при большой толщине свариваемых деталей и небольшой высоте швов жидкого металла и перегретого шлака. Электрошлаковая сварка может быть осуществлена одним проволочным электродом диаметром 2 или 3 мм без поперечных колебаний и с постоянной скоростью подачи проволоки в шлаковую ванну при сварке металла толщиной до 50 мм. При сварке больших толщин применяют двух-, трех- и многоэлектродную сварку проволочными электродами без поперечных или с поперечными колебаниями.
Электрошлаковой сваркой можно выполнить любой тип соединений, регламентированных ГОСТ 15164-79.
Основными параметрами режима электрошлаковой сварки являются:
1. Диаметр электродной проволоки, d эл.
2. Сила сварочного тока, I св, А.
4. Скорость сварки, V св, м/ч.
5. Скорость подачи электрода, V п.э. , м/ч.
6. Скорость поперечных перемещений электрода, V п.п. , м/ч.
Дополнительными параметрами режима являются:
7. Сухой вылет электрода, l с, сек.
8. Время выдержки у ползуна при сварке с поперечными колебаниями,
9. Число сварочных проволок-электродов, n эл.
10. Величина зазора в стыке, B, мм.
11. Глубина шлаковой ванны, h шл, мм.
12. Недоход электрода до ползуна.
13. Марка флюса.
14. Расстояние между электродами, l э, мм.
Электрошлаковую сварку можно выполнить проволочными и пластинчатыми электродами в зависимости от толщины свариваемых деталей.
5.1. Расчет режима электрошлаковой сварки проволочными электродами
По толщине металла устанавливаются зазор в стыке , пользуясь рекомендациями таблицы 1, а затем выбирают диаметр проволочного электрода . Наиболее рациональное применение проволоки диаметрами 2 и 3 мм, так как увеличение диаметра проволоки приводит к росту ширины провара и уменьшению глубины шлаковой ванны.
Число проволочных электродов (n эл) выбирают по таблице 22.
Расстояние между электродами l э при сварке без поперечных колебаний принимают равным 30-50 мм, при сварке с поперечными колебаниями – 50-180 мм. Выбрать конкретную величину. При числе электродов более трех, количество электродов n эл определяют по формуле:
n эл = S / l э, (31)
l э – расстояние между электродами, мм.
Сухой вылет электрода – расстояние от нижней точки мундштука до поверхности шлаковой ванны (l с), находится в пределах 60-70 мм. Выбрать конкретную величину.
Силу сварочного тока (I св) на одну сварочную проволоку выбирают в зависимости от отношения толщины свариваемого металла к числу электродных проволок по формуле:
I св = A+B · S/n эл, (32)
где S – толщина металла, мм;
n эл – число проволочных электродов;
A – коэффициент, равный 220-280;
B – коэффициент, равный 3,2-4,0.
Сварочный ток с учетом количества проволок определяется по формуле:
I св п = I св · n эл . (33)
Напряжение шлаковой ванны (U ш. в.) определяется по формуле:
U ш.в. = 12 + 125+S/(0,075·n эл.) (34)
где S – толщина свариваемого металла, мм;
Скорость подачи проволочных электродов (V п.э.) определяют по формуле:
V н.э. = I св / (1,6-2,2), (м/ч) (35)
где I св – сила сварочного тока, А.
Скорость сварки (V св) определяют по формуле:
V св = n эл ·L H ·I св n / γ·B·S·K у, (36)
где n эл – количество проволочных электродов;
L н – коэффициент наплавки, г/А ч (L н = 30 ÷ 35 г/А ч);
I св – сила сварочного тока, А;
γ – плотность наплавленного металла, г/см (7,8 см 3 – для стали);
в – величина зазора в стыке, мм;
S – толщина свариваемого металла, мм;
К у – коэффициент увеличения, учитывающий выпуклость шва;
(К у = 1,05 – 1,10)
Глубина шлаковой ванны ( h шл ), от которой зависит устойчивость процесса и ширина провара, определяется по формуле:
h шл = I n св ·(0,0000375·I св – 0,0025)+ 30 (мм), (37)
где I св – сила сварочного тока, А;
I n св – сила сварочного тока с учетом количества проволок, А.
Скорость поперечных перемещений электрода, U п.п. определяют по формуле:
U n . n . = 66-0,22 ·S/n эл, (м/ч) (38)
где S – толщина свариваемого металла, мм;
n эл – количество проволочных электродов.
Время выдержки у ползуна ( t в ) определяют по формуле:
t в = 0,0375 · S/n эл. +0,75 (сек) (39)
Недоход электрода до ползунов принимают равным 5-7 мм.
Результаты расчетов режима электрошлаковой сварки проволочным электродом следует занести в табл. 23.
Таблица 23 - Режимы электрошлаковой сварки проволочным электродом
5.2. Расчет режимов электрошлаковой сварки пластинчатыми электродами.
Электрошлаковая сварка пластинчатыми электродами применяется для соединения массивных изделий с длиной швов до 1 – 1,5 м. При сварке пластинчатыми электродами сечение деталей в месте стыка должно иметь прямоугольную форму.
Число пластинчатых электродов ( n эл ) определяют по формуле:
n эл = S/(70-100), (40)
где S – толщина свариваемого металла, мм.
При толщине деталей до 150 мм допускается сварка одним пластинчатым электродом.
Ширину каждого из электродов ( В ) определяют по формуле:
(41)
где S – толщина свариваемого металла, мм.
n эл – число пластинчатых электродов.
Число фаз ( n ф ) выбирают исходя из расчета более равномерной загрузки фаз. При трех и более электродах число фаз, n ф = 3.
Допустимый удельный ток ( i доп ) определяют по формуле:
i доп = (I ф ·n эл)/(S·n ф), (А/мм) (42)
где I ф – допустимый сварочный ток на каждую фазу, А;
n эл - количество пластинчатых электродов;
S – толщина свариваемого сечения, мм;
n ф – число фаз.
Допустимый сварочный ток на каждую фазу I ф принимается равным номинальному току сварочного трансформатора. При сварке аппаратом А-480 с трансформатором ТШС – 3000-3, I ф = 3000А.
Минимальную толщину ( S min ) пластинчатого электрода находят исходя из условий заполнения разделки. Минимальную толщину электрода в зависимости от отношения H/L определяют по графику, приведенному на рис. 4.
Рисунок. 4. Зависимость между H / L и минимальной толщиной электрода:
где H – рабочий ход суппорта сварочного аппарата, мм (для аппарата А-480 H = 2300мм);
L – высота свариваемого сечения (длина шва), включая высоту кармана и выводных планок, которые находятся в пределах 150-200мм.
Найдя по графику минимальную толщину электрода, округляют до ближайшего целого и принимают толщину электрода, δ.
Зазор между кромками свариваемых деталей ( в) определяют по формуле:
(мм), (43)
где δ – толщина пластинчатого электрода, мм.
Величину сварочного тока I св на каждой фазе определяют по формуле:
I св = n ф ·В·i доп (А), (44)
где n ф – число фаз;
B – ширина электрода, мм;
i доп – удельный допустимый ток, (А/мм).
Глубину шлаковой ванны ( h шл ) в соответствии с удельным допустимым сварочным током, (i доп) находят по рис. 5.
Рисунок. 5. График для выбора S . ( V эл , h шв , U шв )
В процессе сварки допустимы отклонения от найденного значения не более ±3мм.
Напряжение на шлаковой ванне ( U ш.в . ) определяют по графику рисунка 5 по толщине пластинчатого электрода и скорости подачи электрода.
Для аппарата А-480 скорость подачи электрода, V п.э. = 1,03м/ч. В процессе сварки допустимы отклонения от найденного значения не более ± 1В.
Напряжение холостого хода ( U х.х. ) сварочного трансформатора зависит от степени жесткости характеристики источника питания.
При применении трансформатора ТШС – 3000- 3 следует принимать:
U х.х. = (U шв +2) · (В) при I св ≤ 1500А (45)
U х.х. = (U шв +4) · (В) при I св > 1500А
Полную длину электрода ( Z ) определяют по формуле:
Z= 1,2 · L (1+B+2-δ/δ)+T (мм) (46)
где L – высота свариваемого сечения (длина шва), включая высоту кармана и выводных планок, мм;
В – зазор между свариваемыми кромками, мм;
δ – толщина пластинчатого электрода, мм;
Т – технологический припуск для крепления электродов и токоподвода (Т = 300 мм).
Результаты расчетов режима электрошлаковой сварки пластинчатым электродом следует внести в табл. 24.
Таблица 24 - Режимы электрошлаковой сварки пластинчатым электродом
Ориентировочные режимы электрошлаковой сварки низкоуглеродистых, углеродистых, низколегированных, теплоупрочненных сталей и поковок из титана приведены в приложении Г.
Заключение
Методические указания содержат подробную последовательность определения режимов различных видов сварки стыковых и угловых швов, с приведением необходимых формул, рисунков, графиков, номограмм.
В приложениях к указаниям приведены ориентировочные режимы сварки.
Полагаем, что данные указания будут успешно использованы при самостоятельной подготовке студентов к практическим работам или при выполнении раздела расчета режимов сварки, курсового (дипломного) проекта или работы.
Приложение А
Режимы ручной дуговой сварки стыковых швов без скоса кромок при односторонней и двусторонней сварке
Режимы ручной дуговой сварки V -образных стыковых швов
Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки стыковых швов стали марки 30ХГС
Режимы ручной дуговой сварки стыковых и угловых соединений электродами ОММ-5
Приложение Б
Режимы полуавтоматической (механизированной) и автоматической сварки в углекислом газе низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Оптимальные режимы сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей порошковыми проволоками
(нижнее положение)
Механические свойства швов при сварке низкоуглеродистых сталей порошковыми проволоками
Примерные режимы аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом высоколегированных сталей
Примечание: Диаметр присадочной проволоки 1,6…2мм; ток постоянный прямой полярности.
Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки встык плавящимся электродом высоколегированных сталей в нижнем положении
Ориентировочные режимы дуговой сварки высоколегированных сталей без разделки кромок плавящимся электродом в углекислом газе
Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки алюминия трехфазной дугой
| Толщина металла, мм |
Способ сварки |
Диаметр, мм |
(V св ·10 3 , м/с) |
Примечание |
||
| Вольфрамового электрода |
Присадочной проволоки |
|||||
| Сварка на весу |
||||||
| Механизированная |
Сварка без разделки кромок на подкладке |
|||||
| Механизированная |
||||||
| Механизированная |
||||||
Примечание. Расход аргона 15…20 л/мин
Ориентировочные режимы аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом магниевых сплавов
| Объединение |
Толщина листов, мм |
Сварочный ток I св, А |
Скорость сварки, м/ч |
Присадочная проволока |
Расход аргона, л/мин |
|
| Механизированная сварка |
||||||
| В стык, без разделки, один проход |
||||||
| Ручная сварка |
||||||
| Встык без разделки, один проход |
||||||
| Встык, с разделкой, три прохода |
||||||
Режимы аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом, рекомендуемые для листов титана
Режимы сварки титана и его сплавов плавящимся электродом в защитных газах
Приложение В
Режимы сварки под флюсом низкоуглеродистых и низколегированных сталей
| Толщина металла или шва, мм |
Подготовка кромок |
Тип шва и способ сварки |
Диаметр электропроводной проволоки, мм |
Сила тока, А |
Напряжение дуги, В |
Скорость сварки, м/ч |
| А. Автоматическая сварка стыковых швов |
||||||
| Без разделки, зазор V- образные |
Односторонний Двусторонний Односторонний |
1й проход 750…800 2й проход |
||||
| Б. Автоматическая сварка угловых швов |
||||||
| Без разделки |
Наклонным электродом В лодочку |
|||||
Примечание. Ток постоянный обратной полярности
Режимы сварки титана плавящимся электродом под флюсом
АНТ-1(скорость сварки 50м/ч)
Режимы однопроходной сварки по слою флюса одиночным электродом на формирующей подкладке алюминия и его сплава
Приложение Г
Режимы ЭШС углеродистых, низколегированных, теплоупрочненных сталей для прямолинейных стыков
| V п.п. , м/ч |
Сварочная проволока |
Подогрев, 0 С |
||
| 20, М16С, Ст3, 22К, 25Л, 09Г2, 25С, 25ГСЛ, 10ХСНД, 10ХГСНД |
Св-08ХГ2СМ |
АН-8М, АН-8 |
||
| 35, 35Л, Ст5, 20Х2МА |
Св-08ХГ2СМ Св-08Х3Г2СМ |
АН-8М, АН-8, АН-22 |
||
| Св-10ХГН2МЮ |
АН-8, АН-8М, АН-22 |
Ориентировочные режимы электрошлаковой сварки низкоуглеродистых сталей
| Толщина металла, мм |
Сила тока на один электрод, А |
Напряжение сварки, В |
Число электродов |
Диаметр (сечение) электро-дов, мм |
Расстояние между электродами |
Скорость, м/ч |
||
| подачи электродов |
||||||||
| Проволочный электрод |
||||||||
Технология сварки углеродистых сталей
Режимы электрошлаковой сварки поковок из титана пластинчатым электродом
5. Список используемой литературы:
Основная:
1. Думов С.И. Технология электрической сварки плавлением. - М.: Машиностроение, 1987. - 347 с.
2. Думов С.И., «Технология электрошлаковой сварки плавлением». – М.: Машиностроение, - 1987г.
3. Маслов В.И. Сварочные работы. Изд-во М., 1999. - 246 с.
4. Окерблом Н.О., Демянцевич В.П., Байкова И.П., Проектирование технологии изготовления сварных конструкций. – Ленинград: 1983г.
5. Потапьевский А.Г., «Сварка в защитных газах плавящимся электродом». – М.: Машиностроение. – 1974.- 237 с.
6. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т. 1. Свариваемость материалов / Под. ред. Э.Л. Макарова. – М.: Металлургия, 1991. – 528с.
Т.2 Технология и оборудование / Под. ред. В.М. Ямпольского. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. – 574с.
Дополнительная:
1. ГОСТ 5264-80 – Ручная дуговая сварка соединения сварные. Основные типы и конструктивные элементы.
2. ГОСТ 8713-79 – Сварка под флюсом, соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.
3. ГОСТ 14771 – 76 – Швы сварных соединений. Электродуговая сварка в защитных газах. Основные типы и конструктивные элементы.
4. ГОСТ 15164-78 – Электрошлаковая сварка соединения сварные. Основные типы, размеры конструктивных элементы и размеры.
Один из самых востребованных типов сварки. С помощью полуавтомата можно варить даже разнородные металлы, не говоря уже о работе со сложными сплавами, вроде алюминия или меди. По этой причине на производствах любого масштаба всегда нужны сварщики, которые будут владеть навыками сварки полуавтоматом.
Однако, помимо технологии мастер также должен знать, как рассчитать оптимальный , в частности ее скорость. В этой статье мы кратко расскажем, как рассчитать не только скорость сварки, но и силу тока или напряжение дуги в зависимости от толщины металла и прочих показателей. Вы узнаете несколько полезных формул, а для новичков мы составили небольшую таблицу-подсказку.
Режим сварки - это совокупность параметров, настроив которые мы можем выполнить сварку. Проще говоря, это набор настроек, которые мы применяем в той или иной ситуации. Мы посвятили теме выбора режима сварки при работе с полуавтоматом. Обязательно прочтите ее. А мы расскажем об основах, и в частности о скорости сварки.
Основные параметры режима сварки, которые нужно уметь рассчитывать - это сварочный ток, напряжение дуги и скорость сварки. При этом скорость сварки невозможно рассчитать, не зная силу тока и напряжение сварочной дуги. Так что в рамках этой статьи мы научим вас определять все три параметра.
Почем эти параметры так важны? Все просто: от них напрямую зависит качество готового шва, его размеры и прочие характеристики. Если вы правильно подберете эти параметры, сможете существенно упростить свою работу. А швы получатся не только качественным, но и долговечными.
Ниже представлена таблица с рекомендуемыми показателями скорости сварки и не только. Такая таблица будет полезна для новичков, но опытные мастера должны сами рассчитывать все показатели или просто знать их наизусть. Так что пользуйтесь данной таблицей на начальном этапе, со временем начинайте сами рассчитывать все показатели.
Расчет скорости сварки
Прежде чем рассчитать скорость сварки при работе с полуавтоматом нам нужно посчитать силу сварочного тока и напряжение дуги. В качестве примера возьмем сталь, которую будем варить тавровым, односторонним швом без кромок или скосов.
Чтобы определить силу тока нам понадобится формула. Обращаем ваше внимание, что сила тока должна определяться в зависимости от того, какой диаметр у электрода, также нужно знать плотность тока. Чтобы произвести расчет сварочного тока воспользуйтесь формулой ниже:
Здесь dэ2 - это диаметр электрода, в нашем случае 1.6 миллиметра. А j - это плотность тока, в нашем случае она равна 175 А/мм2.
Теперь, зная силу тока и диаметр электрода мы можем посчитать напряжение сварочной . Воспользуйтесь формулой ниже:
И наконец подходим к расчету оптимальной скорости сварки. Ниже формулы:
Лабораторная работа № 23
Расчет и проверка режимов для полуавтоматической сварки в углекислом газе (СО2).
ПМ.01 Подготовка и осуществление технологических процессов изготовления сварных конструкций
МДК 01.01. Технология сварочных работ
Цель работы: освоить методику выбора режима сварки сталей в среде углекислого газа.
Материалы:
1. Сварочная проволока Св-08Г2С, Св-08 (d = 1,2…2,0 мм).
2. Пластины из низкоуглеродистой стали(100x100x10 мм).
3. Углекислота сварочная.
Оборудование, приспособления, инструмент
1.Пост для механизированной сварки в среде С02.
Краткие сведения из теории.
В основу выбора диаметра электродной проволоки положены те же принципы,
что и при выборе диаметра электрода при ручной дуговой сварке:
Толщина листа, мм
1- 2
3-6
6-24 и более
э d , мм
0,8-1,0
1,2-1,6
2,0
1. Расчет сварочного тока, А, при сварке проволокой сплошного сечения производится по формуле:
I св = (1)
где j – плотность тока в электродной проволоке, А/ мм 2 (при сварке в CO 2 j=110 ÷130 А/мм 2 ;
d э – диаметр электродной проволоки, мм .
Механизированные способы сварки позволяют применять значительно большие плотности тока по сравнению с ручной сваркой. Это объясняется меньшей длиной вылета электрода.
Напряжение дуги и расход углекислого газа выбираются в зависимости от силы сварочного тока по табл. 1.
Таблица 1
Зависимость напряжения и расхода углекислого газа от силы сварочного тока.
Сила сварочного тока, А
50÷60
90÷100
150÷160
220÷240
280÷300
360÷ 380
430 ÷450
Напряжение дуги, В
17-28
19-20
21-22
25-27
28-30
30-32
32-34
Расход СО2, л/мин
8-10
8-10
9-10
15-16
15-16
18-20
18-20
При сварочном токе 200 ÷ 250 А длина дуги должна быть в пределах 1,5 ÷ 4,0 мм.
Вылет электродной проволоки составляет 8 ÷ 15 мм (уменьшается с повышением сварочного тока).
2. Скорость подачи электродной проволоки, м/мин , рассчитывается по формуле:
V пп = (2)
где α р – коэффициент расплавления проволоки, г/Ач
γ – плотность металла электродной проволоки, г / см 3 (плотность стали 7,8 г/см3)
Значение α р рассчитывается по формуле:
а р = 3,0+ 0,08 (3)
3. Скорость сварки (наплавки), м/мин , рассчитывается по формуле:
Vсв =
где α н – коэффициент наплавки, г/А ч , он рассчитывается по формуле:
α н =α р ⋅ (1 −ψ ),
где ψ – коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание. При сварке в СО 2 ψ = 0,1 – 0,15;
F шв – площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке (или одного слоя валика при многослойном шве), см 2;
γ – плотность металла электрода, г/ см 3 .
4. Масса наплавленного металла, г, при сварке рассчитывается по следующей формуле:
G = F шв ⋅ l ⋅ γ , (5)
где l – длина шва, см .
5. Время горения дуги , мин, (основное время) определяется по формуле:
t 0 = (6)
6. Полное время сварки (наплавки), мин, приближенно определяется по формуле:
T= (7)
где k п – коэффициент использования сварочного поста, (kп = 0,6 ÷ 0,57).
7. Расход электродной проволоки, г, рассчитывается по формуле:
G пр = Gн (1 +ψ ), (8)
где Gн – масса наплавленного металла , г; ψ – коэффициент потерь, (ψ = 0,1 -0,15).
Порядок выполнения работы.
Задание: в соответствии со своим вариантом найдите:
Диаметр электродной проволоки
Сварочный ток.
Напряжение дуги.
Расход СО2.
Скорость подачи электродной проволоки.
Скорость сварки (наплавки).
Массу наплавленного металла.
Время горения дуги.
Полное время сварки (наплавки).
Расход электродной проволоки.
Выполнить сварку при заданном режиме и оценить качество выполненного шва.
Исходные данные вариантов:
Тип сварного соединения
Толщина св.
металла (б ), мм
Длина сварного
шва, см
Чертеж, вид разделки
кромок
Формула
Стыковой С15
С К-образной разделкой
кромок
F н1=0,0028· б ,см
F н2=0,0026· б ,см
F н= F н1+ F н2
б - толщина св.металла,
мм
Стыковой С8
С односторонней разделкой
кромок
F н=0,01· б , см
б - толщина св.металл
мм
Стыковой С23
С U -образной разделкой
кромок
F н=0,012· б ,см
б -толщина
свар.металла, мм
Стыковой С2
Без разделки кромок
F н=0,013 ·б ,см
б -толщина св.металла,
мм
Стыковой С25
С Х-образной разделкой кро-
мок
F н1=0,003· б , см
F н2=0,0028· б ,см
F н= F н1+ F н2
б - толщина св.металла
Мм
Стыковой С7
Двухсторонний без разделки
кромок
F н1=0,0034· б ,см
F н2=0,0032· б ,см
F н= F н1+ F н2
б - толщина св.металла,
мм
Стыковой С23
С U -образной разделкой
кромок
F н=0,012· б ,см
б -толщина
свар.металла, мм
Стыковой С2
Без разделки кромок
F н=0,013 ·б ,см
б -толщина св.металла,
мм
Стыковой С25
С Х-образной разделкой кро-
мок
F н1=0,003· б , см
