2804.Сварка плавлением

Для определения числа проходов при сварке швов стыковых соединений с разделкой кромок необходимо рассчитать общую площадь поперечного сечения наплавленного металла (рис. 1):

При определении числа проходов следует иметь в виду, что максимальное поперечное сечение металла, наплавленного за один проход, не должно превышать 30 40 мм2.

Сила сварочного тока (А) при ручной дуговой сварке может быть определена по формуле

где k безразмерный коэффициент, зависящий от диаметра электрода, типа электродного покрытия и пространственного положения шва. Значение k выбираютвзависимостиотдиаметраэлектрода:

При приближенных подсчетах величина сварочного тока может быть также определена по одной из следующих эмпирических формул:

11

где k1, k2, н коэффициенты, определенные опытным путем, k1 = 20…25; k2 = 20; н = 6.

Формула (7) используется для расчетов, если диаметр электрода равен 4–5 мм. Если диаметр электрода меньше 4 мм, то используется формула (8), если больше 5 мм – формула (8а).

Следует учитывать, что при сварке на вертикальной плоскости силу сварочного тока уменьшают на 10–15 %, а в потолочном положении – на 15–20 % по сравнению со значением, выбранным для нижнего положения.

Напряжение дуги при ручной дуговой сварке изменяется в сравнительно узких пределах и при проектировании технологических процессов сварки выбирается на основании рекомендаций паспорта на данную марку электродов.

Напряжение на дуге (В) можно рассчитать по формуле

Напряжение дуги при ручной дуговой сварке изменяется от 20 до 36 В и при расчетах режима не регламентируется.

Формула для вычисления плотности тока приведена ниже. Допустимая плотность тока в зависимости от диаметра и покрытия электрода указана в табл. 1.

Таблица 1

Значения допустимой плотности тока i в электроде при ручной дуговой сварке, А/мм2

12

Для вычисления величины сварочных деформаций и при расчете некоторых других величин бывает необходимо учесть тепловое воздействие на свариваемый металл, определяемое погонной энергией qп (Дж/см). Погонной энергией называется отношение мощности дуги q к скорости сварки vсв:

где Uд напряжение дуги, В; и эффективный КПД дуги(приРДС

и = 0,67).

Скорость сварки (при оптимальных условиях не должна превышать 1,94 см/с) может быть определена по формуле

где н коэффициент наплавки; плотность наплавленного металла, г/см3; Fн площадь поперечного сечения металла, наплавленного за данный проход, см2.

Скорость ручной дуговой сварки обычно задается и контролируется косвенно по необходимым размерам получаемого шва.

Таким образом, зная режим сварки, погонную энергию можно вычислить по формуле (9). Однако при разработке вариантов технологического процесса по условиям получения сварной конструкции с минимальными конечными деформациями, при тех- нико-экономическом обосновании выбора варианта и других предварительных разработках возникает необходимость оценки величины погонной энергии в зависимости от размеров шва. Это может быть выполнено, если в уравнение (9) подставить значение vсв согласно формуле (10) и значение всех постоянных обозначить коэффициентом А. Несмотря на существенное различие величин коэффициентов наплавки для электродов различных марок, отношение Uд/ н изменяется в относительно узких пределах. Тогда значение погонной энергии будет пропорциональным площади поперечного сечения наплавленного металла:

13

Для различных марок электродов среднее значение коэффициента А = 14 500, поэтому при приближенных подсчетах величины погонной энергии можно пользоваться формулой

При ручной дуговой сварке плавящимся электродом размеры сварного шва в большинстве случаев определяются размерами разделки кромок соединений, подготовленных под сварку, поэтому необходимости определения глубины провара при ручной дуговой сварке, как правило, не возникает. Исключение может составлять только сварка стыковых соединений без разделки кромок, диапазон толщин которых согласно ГОСТ 5264–69 ограничен. Этим ГОСТом регламентированы также конструктивные элементы подготовки кромок соединений различных видов исходя из условий получения необходимой величины проплавления и формы шва при использовании режимов сварки в широком диапазоне.

При необходимости глубина провара при наплавке валика на лист с достаточной для практических целей степенью точности может быть определена следующим образом. Максимальную температуру на расстоянии r рассчитывают по формуле

откуда расстояние до изотермы Tпл

Если в формулу (14) подставить значения всех констант для низкоуглеродистых конструкционных сталей, то расстояние до изотермы Tпл = 1500 С

14

Поскольку действительные условия ввода теплоты в изделие при ручной дуговой сварке отличаются от расчетной схемы, принятой при выводе формулы (13), то глубина провара (см)

При технологических расчетах иногда возникает необходи-

мость определения высоты заполнения разделки С одним или несколькими проходами (рис. 2). Это может быть достигнуто решением квадратного уравнения вида

Площадь поперечного сечения наплавленного металла в за-

висимости от типа соединения и условий проведения сварки может быть рассчитана по формулам (11) (15) или (10).

При Х-образной разделке площадь поперечного сечения наплавленного металла подсчитывается для каждой стороны отдельно и результаты суммируют.

15

2. Расчет режима механизированной сварки

2.1. Расчет режима сварки стыкового соединения Стыковое соединение без разделки кромок

Последовательность расчета режима сварки односторонних швов стыковых бесскосных соединений (рис. 3, а) следующая:

Рис. 3. Стыковые соединения без скоса кромок:

а– с односторонним швом; б – с двусторонним швом

1.Для заданного сварного соединения найти в литературе

справочные данные о параметрах режима: диаметре проволоки dэ, сварочном токе Iсв, напряжения дуги Uд и скорости сварки vсв,

изаполнить табл. 2.

Таблица 2

Справочные данные о режиме сварки

2. Выбрать из табл. 2 значения заданного диапазона параметров режимов сварки: диаметра электрода и силы сварочного тока. Рассчитать плотность тока (А/мм2) по формуле

Проверить допустимость этого значения согласно данным, приведенным ниже, при необходимости откорректировать изменением значений d и Iсв.

16

Допустимыезначенияплотноститокадлясваркиподфлюсом

Допустимые значения плотности тока для сварки в СО2

3.Определить глубину проплавления Н, которая равна толщине свариваемого металла при односторонней сварке.

4.Ориентировочно определить величину сварочного тока (А), обеспечивающую проплавление:

где k можно принять равным 80–100 А/мм при сварке под флюсом проволокой диаметром 2–6 мм и 48–65 А/мм при сварке в СО2 проволокой диаметром 1,2–2 мм. Меньшие значения k соответствуют меньшему диаметру сварочной проволоки.

Изформулы(19) находимдиаметрпроволоки(электрода) (мм)

5. Для принятого диаметра электрода и силы сварочного тока определить напряжение дуги (В)

Сравнить полученное значение напряжения дуги с данными табл. 2, при необходимости откорректировать значения dэ и Iсв.

17

6. При выборе скорости сварки (м/ч) можно воспользоваться формулой

св Iсв

Установлено, что для получения швов требуемой формы, обладающих высокой технологической прочностью, значения коэффициента А в формуле (21) следует принимать в пределах, указанных ниже.

7. По выбранным значениям Iсв, Uд, vсв определить погонную энергию по сварке (кал/см)

где и – эффективный КПД дуги, который зависит от технологических условий сварки. При сварке под слоем флюса и = 0,8…0,95,

априсваркевСО2 и = 0,5…0,65; vсв– скоростьсварки, см/с.

8.Рассчитать коэффициент формы провара и основные размеры шва.

Расчетная глубина провара определяется по формуле

Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей при сварке под флюсом низкоуглеродистой проволокой k = 0,0156. При сварке в углекислом газе низкоуглеродистых и низколегированных сталей электродной проволокой Св-08Г2С и Св-08ГС k = 0,0165. Фактическая форма провара при автоматической и механизированной сварке в большинстве случаев отличается от полуокружности: при сварке на больших токах и низких напряжениях пр 2 (кривая 2, рис. 4), а при сравнительно небольших силах тока и высоких напряжениях пр 2 (кривая 3, см. рис. 4).

18

′

′

Рис. 4. Очертания площади провара

Коэффициент формы провара, который зависит главным образом от основных параметров режима сварки,

kʹ – коэффициент, величина которого зависит от рода тока и по-

лярности. Величина коэффициента при плотности тока 120 А/мм2 при сварке постоянным током обратной полярности kʹ = 0,367i0,1925, при сварке постоянным током прямой полярности kʹ = 2,82/i0,1925.

При i ≥ 120 А/мм2 величина коэффициента kʹ остается неизменной (для постоянного тока обратной полярности kʹ= 0,92, прямой полярности kʹ = 1,12). При сварке переменным током во всем диапазоне плотностейтокаkʹ= 1 = const.

В случае отклонения расчетной глубины провара Н от требуемой производим корректировку значения погонной энергии сварки qп за счет тока дуги Iсв или скорости сварки vсв и выбора оптимального значения постоянной А в пределах, указанных выше. Для этого из формулы (22) необходимо определить qп при заданной глубине провара.

19

9. Зная глубину провара и пр, можно определить ширину шва (мм):

Остальные размеры шва определяют по данным, приведенным в ГОСТ (14771 или 8713) для заданного типа сварного соединения и толщины металла.

Высота выпуклости шва (см)

где Fн – площадь поперечного сечения наплавленного металла шва, мм2; b – зазорвстыке, см; S – толщинасвариваемогометалла, см.

Величину н можно определить

– для сварки в СО2 по формуле

Площадь наплавки (мм2) для односторонней сварки определяется по формуле

где е – ширина шва; g – выпуклость шва; b – зазор в стыке (определены по ГОСТу); S – толщина металла.

10. Определяем общую высоту (мм) шва

11. Коэффициент формы валика

в = e/g.

20