 |
Выбор и расчет режимов сварки
|
|
|
|
В данном разделе, в зависимости от способа сварки и требований задания проекта необходимо выбрать или рассчитать режимы для сварки (и прихватки, если сборка заканчивается прихваткой) металлоконструкции. Режимом сварки называют совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, формы и качества. Для 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 на его размеры: ширину шва е, усиление шва q и глубину шва h, так же как и технологические факторы: род и полярность тока, наклон электрода и изделия, вылет электрода, конструктивная форма соединения и величина зазора.
Методика расчета режима ручной дуговой сварки. Площадь наплавки определяют, как сумму площадей элементарных геометрических фигур, составляющих сечение шва.
а) б)
Рис. 1. Поперечное сечение одностороннего сварного шва(а) и элементы разделки кромок(б).
Площадь наплавки одностороннего сварного шва, выполненного с зазором, мм2(рис.2) рассчитывают по формуле
Fн = 2F1 + F2, (6)
Fн = S b + 0,75 eq, (7)
где S толщина деталей, мм; b зазор, мм; e ширина, мм; q высота усиления, мм.
|
|
|
а) б)
Рис. 2. Поперечное сечение шва и элементы разделки кромок:
Площадь наплавки стыкового шва с разделкой двух кромок и подваркой корня шва, мм2 (рис.2), вычисляют по формуле
F = S b + (S - с)2tg a / 2 + 0,75eq+0,75е1q1, (8)
где c величина притупления, мм; е1 ширина подварки, мм; q1 высота подварки, мм; a угол разделки, мм.
При сварке многопроходных швов необходимо определить число проходов в штуках:
, (9)
где Fн – площадь сечении наплавленного металла, мм2; Fн1 – площадь первого прохода, мм2; Fнс – площадь каждого последующего прохода, мм2.
При ручной сварке многопроходных швов первый проход выполняют электродами диаметром 3…4 мм, так как применение электродов большего диаметра затрудняет провар корня шва. При определении числа проходов следует учитывать, что сечение первого прохода, мм2 не должно превышать 30…35 мм2 и может быть определено по формуле
Fн1 = (6 - 8) dэ, (10)
где dэ – диаметр электрода для сварки корневого шва, мм.
Площадь наплавки последующих проходов, мм2 рассчитывают по формуле
Fнс = (8 - 12) dэ.с, (11)
где dэ.с – диаметр электрода для сварки следующих швов, мм
При сварке многопроходных швов сварку проходов стремятся выполнять на одних и тех же режимах за исключением первого прохода.
Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого изделия (табл.4).
Таблица 4
Зависимость диаметра электрода от толщины свариваемого изделия
| Толщина свариваемого изделия, мм | Диаметр электрода, мм |
| 1…2 | 1,5…2,0 |
| 4…5 | 3 |
| 6…12 | 3…4 |
| 13 и более | 5,0…5,5 |
| 6 и более |
Расчет силы сварочного тока Iсв производят по диаметру электрода, мм, и допускаемой плотности тока, А:
|
|
|
, (12)
где π - коэффициент наплавки;
i – допускаемая плотность тока, А/мм. Допускаемая плотность тока зависит от диаметра и вида покрытия электрода (табл.5).
Таблица 5
Величина допускаемой плотности тока в электроде
при ручной дуговой сварке
| Виды покрытия | Диаметр электрода, мм | |||
| 3 | 4 | 5 | 6 | |
| Кислое, рутиловое | 14…20 | 11,5…16,0 | 10,0…13,5 | 9,5…12,5 |
| Основное | 13,0…18,5 | 10,0…14,5 | 9…12 | 8,5…12,0 |
Напряжение на дуге Uд, В, не регламентируется и его принимают равным 20…36 В.
Скорость сварки, м/ч, определяют из соотношения
, (13)
где aн – коэффициент наплавки, г/А.ч; g - плотность наплавленного металла, г/см;
Длина дуги, мм, при ручной дуговой сварке должна составлять
Lд = (0,5…1,2) dэ (14)
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 всегда производят всегда для конкретного случая, когда известны тип соединения и толщина свариваемого металла, марка проволоки, флюса, способ защиты сварочной ванны от воздуха и другие параметры шва. Поэтому до начала расчетов следует по ГОСТ 8713-79 или по чертежу конструктивные элементы установить заданного сварного соединения и по известной методике определить площадь многопроходного шва. При этом необходимо учитывать, что максимальное сечение однопроходного шва, выполненного автоматом (рис.5), не должно превышать 100 мм2, а сечение первого прохода многопроходного шва 40…50 мм2. При двухсторонней сварке под флюсом стыкового бесскосного соединения (рис.3) сила сварочного тока, А, определяется по глубине проплавления h основного металла: за один проход k= 8…10 мм, на форсированных режимах k=12 мм:
Iсв = h1,2 / k, (15)
где h1,2 – глубина проплавления основного металла при двухсторонней сварке без скоса кромок свариваемых деталей, мм; k – коэффициент пропорциональности, мм/100 А, зависящий от рода тока и полярности, диаметра электрода, марки флюса (табл.6).
|
|
|
Рис. 3. Односторонний шов.
Рис. 4. Двухсторонний шов.
Таблица 6
Значение коэффициента k в зависимости от условий проведения сварки.
| Марка флюса или защитный газ | Диаметр электродной проволоки, мм | k, мм/100 А | Марка флюса или защитный газ | Диаметр электродной проволоки, мм | k, мм/100 А | ||||
| Переменный ток | Постоянный ток | Переменный ток | Постоянный ток | ||||||
| Прямая полярность | Обратная полярность | Прямая полярность | Обратная полярность | ||||||
| ОЦС-45 | 2 | 1,30 | 1,15 | 1,45 | АН-348 | 5 | 0,95 | 0,85 | 1,05 |
| 3 | 1,15 | 0,95 | 1,30 | 6 | 0,90 | ||||
| 4 | 1,05 | 0,85 | 1,15 | ||||||
| 5 | 0,95 | 0,75 | 1,10 | ||||||
| 6 | 0,90 | ||||||||
| АН-348А | 2 | 1,25 | 1,15 | 1,40 | Углекислый газ | 1,2 | 2,10 | ||
| 3 | 1,10 | 0,95 | 1,25 | 1,6 | 1,75 | ||||
| 4 | 1,00 | 0,90 | 1,10 | 2,0 | 1,55 | ||||
| 3,0 | 1,45 | ||||||||
| 4,0 | 1,35 | ||||||||
| 5,0 | 1,20 | ||||||||
Металл толщиной более 20 мм 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…12 мм глубина проплавления k1,2, мм, равна толщине свариваемых деталей (см. рис. 3), при двухсторонней сварке шва толщиной не более 20 мм (см. рис. 4).
h1,2 = S/2 + (2…3), (16)
Диаметр сварочной проволоки dэ, мм, принимают в зависимости от толщины свариваемого металла в пределах 2…6 мм, а затем уточняют расчетом по формуле
dэ = 2 
, (17)
где i плотность тока, А/мм². Полученное значение dэ принимают из ближайшего стандартного.
Плотность тока в зависимости от диаметра проволоки указана в таблице 7.
Таблица 7
Зависимость плотности тока от диаметра проволоки
| Диаметр проволоки, мм | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Плотность тока, А/мм² | 65…200 | 45…90 | 35…60 | 30…50 | 25…45 |
Скорость сварки, м/ч, можно вычислить формуле
|
|
|
, (18)
где αнд коэффициент наплавки при сварке под флюсом, г/(А.ч.), определяемый по формуле
αнд = αн + Δαн , (19)
где αн коэффициент наплавки, не учитывающий увеличение скорости плавления электродной проволоки за счет предварительного подогрева вылета электрода сварочным током, г/(А.ч); Δαн увеличение коэффициента наплавки за счет предварительного подогрева вылета электрода, (рис.5).
Рис.5. Зависимость коэффициента наплавки от предварительного подогрева вылета электрода.
При сварке на постоянном токе обратной полярности коэффициент наплавки, г/(А.ч.) определяют по формуле
αн = 11,6 ± 0,4, (20)
При сварке на постоянном токе прямой полярности или переменном токе по формуле
αн = А + В (Iсв / dэ), (21)
где А и В – коэффициенты, значения которых для флюса приведены в табл.8.
Таблица 8
Коэффициенты А и В для флюса
| Коэффициенты | А | В |
| Постоянный ток прямой полярности | 2,3 | 0,65 |
| Переменный ток | 7,0 | 0,04 |
Скорость подачи проволоки V п.п, м/ч рассчитывают по формуле
, (22)
или
. (23)
где Fэ – площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм².
Режим сварки для последующих проходов выбирают из условий заполнения разделки и получения поверхности шва, имеющей плавное сопряжение с основным металлом.
При двухсторонней сварке стыковых швов под флюсом со скосом кромок определяют режим сварки первого прохода с одной и другой стороны шва (рис.6) и последующих проходов отдельно (рис.7).
Рис. 6. Поперечное сечение первого прохода.
Рис. 7. Поперечное сечение второго прохода.
h1 = h2 = [c + (2…3)], (24)
где h1,2 – глубина проплавления первого прохода с одной и другой стороны шва, мм; с - величина притупления, мм.
Сила сварочного тока, А, зависит от глубины проплавления:
Iсв = h1,2 / k, (25)
где k – коэффициент пропорциональности, (мм /100 А), (см. табл.10).
Расчёт остальных параметров режима сварки производят в том же порядке, что и при сварке под флюсом двухстороннего стыкового соединения без скосов, т.е. по формулам (15), (16) - (23).
Примечание. Расчет параметров режима сварки под флюсом угловых и тавровых соединений с разделкой кромок производят так же, как расчет режимов сварки стыковых соединений с разделкой кромок.
|
|
|
Методика расчета режима автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом угловых швов без разделки кромок.
Зная катет шва, определяют площадь наплавки, мм²
Fн = k² / 2 + 1,05 kq, (26)
где k – катет шва, мм.
Рис.8. Угловой шов без разделки кромок
Количество проходов устанавливают на основании того, что за первый проход при сварке в “лодочку” максимальный катет шва можно заварить 14 мм, а при сварке в нижнем положении наклонным электродом 8 мм по формуле (16), где Fнс=60…80 мм².
Диаметр электрода выбирают, имея в виду, что угловые швы катетом 3…4 мм можно получить лишь при использовании электродной проволоки диаметром 2 мм, при сварке электродной проволокой диаметром 4…5 мм минимальный катет составляет 5…6 мм, а сварочную проволоку диаметром больше 5 мм применять не следует, так как она не обеспечит весь провар корня шва.
Для принятого диаметра проволоки подбирают плотность тока по данным, приведенным ниже, и определяют силу сварочного тока, А:
. (27)
Коэффициент наплавки π рассчитывают по формулам (20), (21) в зависимости от рода тока и полярности.
Зная площадь наплавки за один проход, сварочный ток и коэффициент наплавки π, находят скорость сварки, м/ч:
. (28)
скорость подачи электродной проволоки, м/ч:
, (29)
или
, (30)
где Fэ – площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм².
Напряжение на дуге Uд изменяется от 28 до 36 В.
Погонную энергию сварки – qп1,н, Дж/см, определяют по формуле
qп1,н = 650 Fн1, с, (31)
где Fн1,с – площадь поперечного сечения первого или последующего прохода, мм².
Коэффициент формы провара должен быть не больше 2 мм, иначе появляются подрезы, но в то же время он не должен быть чрезмерно мал, так как швы получаются слишком глубокие и узкие, склонные к образованию кристаллизационных горячих трещин.
Определяем глубину провара h, мм, рассчитывают по формуле
. (32)
Расчет режимов сварки в углекислом газе, в аргоне.
Основные параметры режимов механизированных процессов дуговой сварки следующие: диаметр электродной проволоки – dэ, вылет электродной проволоки - lэ, скорость подачи электродной проволоки - Vп.п, сила тока – Iсв, напряжение дуги – Uд, скорость сварки – Vсв, удельный расход углекислого газа.
Полуавтоматическую сварку в углекислом газе выполняют короткой дугой на постоянном токе обратной полярности.
Расстояние от сопла горелки до изделия не должно превышать 22 мм. 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 с наклоном поперек шва под углом 40…50º к горизонтали, смещая электрод на 1,00…1,15 мм от угла на горизонтальную полку.
Тонкий металл сваривают без колебательных движений, за исключением мест с повышенным зазором. Швы катетом 4…8 мм 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…1,2 мм сваривают металл во всех положениях, причем при вертикальных, горизонтальных и потолочных напряжение уменьшают до 17,0…18,5 В, а силу тока -- на 10…20 %.
Стыковые швы металла толщиной до 2 мм, угловые швы катетом – 5 мм 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 (табл.9).
Таблица 9
Зависимость диаметра электродной проволоки от толщины свариваемого металла
| Показатель | Толщина свариваемого металла, мм | |||||
| 0,6…1,0 | 1,2…2,0 | 3,0…4,0 | 5,0…8,0 | 9,0…12,0 | 13,0…18,0 | |
| Диаметр электродной проволоки, мм | 0,5…0,8 | 0,8…1,0 | 1,0…1,2 | 1,4…1,6 | 2,0… 2,0 | 2,5… 3,0 |
Для автоматической сварки dэ = 0,7…3,0 мм и выше, для полуавтоматической dэ = 0,8…2,0 мм.
Вылет электрода, мм, определяют по формуле
lэ = 10 * dэ , (33)
сила сварочного тока, А, по формуле
Iсв = I Fэ , (34)
где I – плотность тока, А/мм², I = 100…200 А/мм²), оптимальное значение I = 100…140 А/мм², (большие значения плотности тока соответствуют меньшим значениям диаметра электродной проволоки); Fэ – площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм².
Устойчивое горение дуги при сварке плавящимся электродам в углекислом газе достигается при плотности тока более 100 А/мм², а поскольку определение основного параметра режима сварки основывается на интерполировании широкого диапазона рекомендованных плотностей тока, то Iсв необходимо уточнять по табл. 10.
Таблица 10
Диапазоны сварочных токов основных
процессов сварки в углекислом газе
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 | 3 | 4 | ||
| ИДС К.З. | 90…280 | 110…290 | 120…300 |
| ||
| 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. В таблице применяются следующие сокращения:
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 углекислом газе, проволокой Св-08Г2С, в основном используют процесс с частыми принудительным коротким замыканиями и процесс с крупнокапельным переносом. 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 углекислом газе проволоками диаметрами 0,5…1,4 мм путем программирования сварочного тока, обеспечивающего изменение скорости плавления электрода и давления дуги.
Процесс с крупнокапельными переносом наблюдается при сварке проволоками диаметрами 0,5…1,5 мм на повышенных напряжениях, а диаметрами более 1,6 мм – во всем диапазоне режимов сварки кремнемарганцевыми проволоками (см. табл.13). При низких напряжениях этот 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 силы тока, который зависит от диаметра и состава электрода и рода защитного газа (см. табл. 10).
Силу тока регулируют изменением скорости подачи электродной проволоки. Сила тока определяет глубину провара и производительность процесса. Поэтому весь расчет режимов является ориентировочным и на практике требует уточнения.
Скорость подачи электродной проволоки, м/ч, вычисляют по формуле
, (35)
где αр – коэффициент расплавления электродной проволоки, г/(А.ч.):
γ – плотность металла электродной проволоки, г/см³, (γ = 0,0078 г/мм³).
Коэффициент расплавления, г/(А.ч.) рассчитывают по формуле
αр = [8,3 + 0,22 Icв / dэ] 3,6·10-1, (36)
|
|
|
