4.1 Розрахунок режимів зварювання для ручного дугового зварювання покритими електродомв.
Визначення режимів зварювання зазвичай починають з діаметра електрода, який призначають залежно від товщини листів при зварюванні швів стикових з'єднань.
Так при товщині листів 4-8 мм діаметр електрода дорівнює: d е = 4 мм.
При ручному дуговому зварюванні відповідно до ГОСТ 5264-80 встановлені наступні геометричні розміри підготовки кромок під зварювання та розміри зварного шва, які наведені у таблиці 6.
Таблиця 4.1 - ГОСТ 5264-80, геометричні розміри підготовки кромок під зварювання та зварного шва
Розрахунок проводимо згідно з формулами:
Визначимо площу поперечного перерізунаплавленого металу за формулою:
Дані (дивись таблицю 6) підставимо у формулу (3) та отримаємо:
Визначимо силу зварювального струму.
При ручному дуговому зварюванні сила струму вибирається в залежності від діаметра електрода і допустимої щільності струму:
,
(2)
де d е - Діаметр електрода;
j – щільність струму, згідно електродів з фтористо-кальцієвим покриттям і діаметром 4мм, щільність струму дорівнює:j = 10 – 14,5 А/мм 2 .
Тоді сила струму дорівнює:
А.
Розрахункові значення струму відрізняються від фактичних, то для електродів марки ЦЛ-11 діаметром 4мм для зварювання в нижньому положенні за ГОСТ 9466-60 приймаємо:
Визначимо напругу дуги за формулою:
,
(3)
Напруга дуги при ручному дуговому зварюванні змінюється у порівняно вузьких межах і під час проектування технологічних процесів зварювання вибирається виходячи з рекомендацій сертифіката дану марку електродів, .
Для обчислення величини зварювальних деформацій і деяких інших розрахунків буває необхідно врахувати тепловий вплив на метал, що зварюється, що визначається погонною енергією, :
(4)
де U д - напруга дуги,;
і - ефективний К.П.Д. дуги; для дугових способів зварювання він дорівнює: η і = 0,6 ÷0,9;
V св - швидкість зварювання, яка визначається за формулою:
(5)
де α н - коефіцієнт наплавлення, г / А · год; α н =11,5 г/А·год;
γ – щільність металу, що наплавляється γ = 8,1 г/см 3 ;
F н – площа наплавленого металу; F н = 0,22 см2.
Таким чином: 
.
V св =10,3 м/год.
Отже, погонна енергія дорівнює:
.
Визначимо кількість проходів, яка потрібна для утворення з'єднання.
Відповідно до , кількість проходів визначимо за формулою:
(6)
де F 1 - площа поперечного перерізу металу, що наплавляється за один прохід;
F n - площа поперечного перерізу металу, що наплавляється за наступний прохід.
Площа поперечного перерізу металу, що наплавляється за один прохід визначимо за формулою:
(7)
де d е - Діаметр електрода; d е = 4 мм.
Таким чином:
Площа поперечного перерізу металу, що наплавляється за наступний прохід визначимо за формулою:
(8)
Отже кількість проходів дорівнює:
.
Приймаємо n=1.
Максимальну температуру на відстані r розраховують за такою формулою:
звідси отримуємо ізотерми плавлення:
,
(9)
де qп – погонна енергія.
де qе-ефективна теплова потужність джерела, Вт
де с = 4.7 Дж/см3·град – об'ємна теплоємність.
Підставляючи значення отримаємо:
Для одного проходу:
Глибина провару
Приймемо глибину провару, що дорівнює 4,6мм.
Для цього визначимо площу проплавлення за формулою
;
де е = 8мм - ширина шва, Н = 3,9 мм - глибина провару, (на підставі таблиці 17).
Площа наплавленого металу 
.
Розрахуємо частку участі основного металу у металі шва за формулою:
де Fпр-площа проплавлення;
Fн-площа наплавлення.
Тоді: γ 0 = 
.
Визначимо відстань від центру зварювальної ванни до ізотерми плавлення, яка для низьковуглецевих сталей обчислюється за формулою:
,
(10)
де е = 2,718;
q п = 10150 Дж/см;
Т пл = 1425 ° С;
- об'ємна теплоємність Дж/см3·град (для аустенітних сталей 
= 4,7Дж/см3 · град);
Таким чином:
.
Визначимо глибину провару за формулою:
(11).
Таким чином:
У ході даних розрахунків вибрали режими для ручного дугового зварювання покритими електродами, які забезпечують формування геометрії шва згідно з ГОСТ 5264-80.
4.2 Для зварювання під шаром флюсу.
Таблиця 4.2 -Таврова зварна сполука С2 для дугового зварювання під флюсом.
(ГОСТ 8713-79).
|
Умовне позначення зварного з'єднання |
Конструктивні елементи |
e, не більше | ||||||
|
підготовлених кромок зварюваних деталей |
зварного шва |
перед. вимкнути. |
перед. вимкнути |
|||||
Для зварювання під флюсом пластин товщиною 5мм приймаємо діаметр дроту dе = 2мм.
1) Площа наплавленого металу:
F н = До 2 /2, (12)
де К - катет шва, мм;
F н = 7 2 / 2 = 24,5 мм 2 = 0,245 см 2
2) Сила зварювального струму I св:
I св =π×d е /4 × j, (13)
де d е - Діаметр електрода, мм;
j – допустима щільність струму, А/мм 2 .
I св =((3,14 
2 2)/4)
150 = 471 А
U д =20+50×10 -3 / 
е ×I св, (14)
U д =20+((50 
10 -3)/
)
471) = 36,8 Ст.
4) Швидкість зварювання:
V св =(α н 
I св)/(3600 
γ 
F Н), (15)
де α н - коефіцієнт наплавлення, г/А год;
γ=8,1 – щільність наплавленого металу, г/см 3 .
Так як при зварюванні під флюсом втрати металу становлять 2-3%, то α н α р.
р =6,3+((70,2 
10 -3)/(d е 1,035)) 
I св, (16)
р =6,3+((70,2 
10 -3)/(2 1,035))
471 = 22,44 г/А год
V св = (13,46 
471)/(3600
8,1
0,25) = 0,86 см / с = 30,96 м / год
5) Погонная енергія:
g п =I св ×І g ×η і /V св, (17)
де I св – зварювальний струм;
І g – напруга;
V св – швидкість зварювання;
η і =0,85 
0,95 – ефективний ККД для дугових методів під флюсом.
g п = (471 
36,8
0,85) / 0,86 = 17,13 кДж / см = 4111,2 кКал / см
6) Глибина провару:
H= А 
,
(18)
де А=0,0156 для зварювання під флюсом
Ψ пр = К 
(19-0,01
I св) 
,
(19)
де К – коефіцієнт проплавлення.
К=0,367×i 0.1925 (20)
К=0,367×45 0,1925 =0,763
Ψ пр =0,763 
(19-0,01
471)
=10,7
Н = 0,0156 
=0,48 см
7) Ширина валика:
е=F н /0,73 
q, (21)
е=0,245/0,73 
0,2 = 1,7см
8) Загальна висота шва:
З = 0,48 +0,2 = 0,68 см
9) Миттєва швидкість охолодження металу в навколошовній зоні:
,
(23)
де ω=f() – безрозмірний критерій;
λ – теплопровідність, Вт/см* 0;
сρ - об'ємна теплоємність, Дж/см 3 * 0 С;
T 0 - Початкова температура виробу, 0 С;
T – температура найменшої стійкості аустеніту, 0С.
Для більшості аустенітних сталей:
λ=0,16; сρ = 4,9;
Т = 550-6000С; Т 0 = 20 0 С
(24)
0 С/С
Згідно з рекомендаціями для зварювання заданої марки стали, щоб уникнути короблення, потрібно застосовувати способи і режими зварювання, що забезпечують максимальну концентрацію теплової енергії. Більше майже в 5 разів, ніж для вуглецевих сталей, питомий опір металу є причиною великого розігріву зварювального дроту та електродного металу, що зумовлює підвищений коефіцієнт розплавлення. Враховуючи це, при зварюванні знижують виліт електрода та збільшують швидкість подачі дроту. Приймемо 
.
Т.к. при зварюванні постійним струмом зворотної полярності питома кількість теплоти, що виділяється в приелектродній області, змінюється в невеликих межах, і складова 
Розмір другої складової коефіцієнта розплавлення може бути розрахована за рівнянням, запропонованим Б. К. Панібратцевим.
(25)
Де 
- Виліт електрода, см; dЕ – діаметр електрода, див.
Величину вильоту електрода при зварюванні під флюсом вибирають у межах 20-80 мм.
Меншим діаметром електрода відповідають менші значення вильоту та наоборот.
Визначаємо швидкість зварювання:
;
Погонна енергія:
;
(26)
де η і =0,85 
0,95 – ефективний ККД для дугових методів під флюсом;
Приймемо η =0,9;
Миттєва швидкість охолодження металу в навколошовній зоні:
λ= 0,16 Вт/см К – теплопровідність, ;
сρ =4,9 Дж/см 3 К – об'ємна теплоємність високолегованих аустенітних сталей;
T 0 = 20 0 С - Початкова температура виробу;
T = 550-600 0 С - температура найменшої стійкості аустеніту;
w – безрозмірний критерій процесу охолодження, який залежить від властивостей металу, що зварюється, та умов зварювання, виражених через безрозмірну величину 1/θ, що визначається за формулою:
по ω = 0,1 при 
;
Відповідно до рекомендацій бажано забезпечити підвищену швидкістьохолодження металу після зварювання для подрібнення структури металу шва, зниження ступеня ліквідації легуючих елементів. І зробити нормалізуючу відпустку при температурі 650-700 С для запобігання міжкристалідній корозії та зменшенню внутрішніх деформацій у ЗТВ
До параметрів, що впливають на процес зварювання і формування зварювального шва при напівавтоматичному зварюванні відносять:
- рід та полярність зварювального струму;
- діаметр зварювального дроту;
- сила зварювального струму;
- витрати захисного газу;
- швидкість подачі зварювального дроту;
- швидкість зварювання;
Рід та полярність струму
Напівавтоматичне зварювання ведеться на постійному струмі зворотної полярності. Пряму полярність незважаючи на велику швидкість розплавлення металу не використовують. Це пов'язано з менш стабільним горінням дуги та більш інтенсивним розбризкуванням. У поодиноких випадках використовують змінні джерела живлення.
Рис. 1. Інтенсивне розбризкування металу на прямій полярності
Діаметр зварювального дроту
Для механізованого зварювання виробляють дроти діаметром від 0,5 до 3 мм. Необхідну товщину зварювального дроту вибирають залежно від товщини. зварних деталейта просторового становища шва у просторі. Зварювання дротом малого діаметру відрізняється більш стійким горінням дуги та великою глибиною проплавлення металу. Розбризкування металу менш інтенсивні. Підвищується коефіцієнт наплавленого металу. Зі збільшенням діаметра зварювального дроту необхідно підвищувати силу зварювального струму і навпаки.
Сила зварювального струму
Від сили зварювального струму при напівавтоматичному зварюванні багато в чому залежить продуктивність процесу. Встановлюється струм залежно від діаметра електродного дроту і товщини конструкції, що використовується. Чим більше значення сили струму, тим більша глибина проплавлення шва.
Сила струму при механізованих методах зварювання пов'язана зі швидкістю подачі дроту та регулюється зміною швидкості подачі.
Напруга на дузі
Під час вибору напруги на дузі керуються встановленою силою струму. Регулювати напругу дуги можна змінюючи напругу холостого ходу джерела живлення.
При зварюванні на високій напрузі дуги можливе погіршення газового захисту і як наслідок утворення пір. Збільшення напруги призводить до збільшення розбризкування та зростання ширини шва. Глибина шва зменшується, тому для механізованого зварювання необхідно вибирати не високі показникинапруги на дузі
Витрата захисного газу
Витрата газу багато в чому залежить від діаметра зварювального дроту та струму. При зварюванні на відкритих монтажних майданчиках або протягах необхідно збільшити витрати захисного газу. Для покращення газового захисту також знижують швидкість зварювання або наближають сопло пальника до металу.
Для утримання захисного газу поблизу зони зварювання можна використовувати захисні екрани.
Рис. 3. Захисні екрани
Швидкість подачі зварювального дроту
Швидкість подачі дроту регулюється разом із струмом. Якщо при зварюванні спостерігаються короткі замикання необхідно знизити швидкість подачі, а при обривах дуги, що виникають, швидкість подачі підвищують. Правильно вибрана швидкість подачі дроту відрізняється стабільним процесом горіння дуги.
Швидкість зварювання
При напівавтоматичному зварюванні швидкість переміщення пальника встановлює зварювальник. Необхідно вибирати таку швидкість, при якій виходить якісне формування зварного шва. Товстостінні конструкції прийнято зварювати на високої швидкостіформуючи вузькі шви. На високій швидкості зварювання необхідно стежити, щоб кінець дроту та металу шва не окислювався через вихід із зони захисту газу. На низькій швидкості зварювання ширина шва підвищується через розростання звареної ванни. Підвищується здатність освіти пір.
Виліт та випуск електродного дроту
Виліт - відстань між кінцем дроту і струмопідвідним наконечником.
Випуск - відстань між кінцем дроту та соплом пальника.
Рис. 4. Виліт та випуск електрода
Занадто високий виліт погіршує формування шва та стійкість горіння зварювальної дуги, Інтенсивніше розбризкується метал. При малому вильоті можливе підгоряння сопла і струмопідвідного наконечника пальника.
У разі великого випуску кінця дроту можливий вихід із газового захисту. Невеликий випуск ускладнює візуальне спостереження за процесом зварювання. Більш складно виконувати кутові шви.
Правильно вибрані режими зварювання відрізняються стабільним процесом зварювання та легким запаленням дуги.
Навіть початківці зварювальники знають, що під час зварювальних робітвикористовуються різні комплектуючі, такі як дріт або . І якщо для роботи зварювального апарату потрібен лише доступ до електрики і можна працювати нескінченно, то комплектуючі мають здатність закінчуватися. Щоб матеріали не закінчувалися в самий невідповідний момент, їх кількість можна попередньо розрахувати. Це особливо корисно при ремонті, оскільки можна розрахувати собівартість зварювальних робіт та назвати замовнику точну ціну.
У цій статті ми докладно пояснимо, як зробити розрахунок дроту, наведемо приклад розрахунку та розповімо про всі особливості.
Перш ніж проводити розрахунок витрати зварювального дроту, ознайомтеся з усіма особливостями присадного матеріалу, що використовується в роботі. Насамперед дріт може мати різний коефіцієнт наплавлення, що істотно впливає на підсумкові цифри в розрахунку.
Якщо ви використовуєте дріт для зварювання автоматичним або зварювальним обладнанням, розрахунок витрати зварювальних комплектуючих просто необхідний. При зварюванні це необов'язково, але й зайвим також не буде. Оскільки за таких видів зварювання рекомендується не переривати зварювальний шов, а цього можна досягти тільки після точного розрахунку кількості дроту. Краще знати заздалегідь витрату зварювального дроту при зварюванні напівавтоматом, ніж виправляти помилки.
Існує таке поняття як норма витрати матеріалу. При цьому в норму входить не лише кількість дроту, а й його перевитрата на випадок помилок зварювальника чи непередбачених обставин. Під час розрахунку враховуються всі етапи зварювання: від підготовчих до заключних. Це можна порівняти з будівельним кошторисом. Знаючи необхідну кількість, скажімо, цегли, ви заздалегідь знаєте, якої висоти та товщини вийдуть стіни. Поговоримо про норми витрати зварювальних матеріалів.
Норми витрати
При або за аргонодугового зварюванняіснують свої норми витрати дроту, які прописані в нормативні документи. Вони взяті не з «повітря», а розраховані виходячи з досвіду, накопиченого у професійних зварювальників. Кожен тип зварювання та тип дроту має свої фізичні та Хімічні властивості, які потрібно враховувати при розрахунку, тому не можна назвати точні цифри витрати матеріалу для всіх зварювань відразу. Тим не менш, є приблизні загальні значенняВи можете бачити на таблиці нижче. Таблиця ознайомча, не приймайте ці цифри всерйоз, проводьте розрахунки самостійно.
Найчастіше розраховують витрату зварювального дроту на 1 метр. Це дуже зручно, оскільки можна легко і швидко зробити наступні розрахунки збільшення чи зменшення кількості матеріалу для шва. В інтернеті можна легко знайти калькулятор витрат зварювальних матеріалів, який спростить розрахунки. Але ми радимо навчитися самому розраховувати кількість дроту.
Як розрахувати витрати
Витрата зварювальних матеріалів при зварюванні або витрата дроту при зварюванні на один метр шва проводиться за такою формулою:
N = G * До
Де «N»- це потрібний параметр або, кажучи іншими словами, норма витрати дроту на 1 метр, яку нам потрібно розрахувати. "G"- це маса наплавлення на готовому зварювальному, знову ж таки довжиною в один метр. А "К"- Це коефіцієнт поправки, який залежить від маси наплавленого матеріалу до витрати металу, який був потрібний для зварювання. Щоб з'ясувати значення G (маса наплавлення на зварному з'єднанні) нам знадобиться ця формула:
G = F*y*L
Літера "F"позначає площу поперечного перерізу шва в квадратних метрах. Літера «у»- це щільність металу, з якого виготовлено дріт.
Зверніть увагу! Значення «у»вкрай важливо, оскільки кожна марка дроту може суттєво відрізнятися за вагою через метал, який використовується для його виготовлення.
Значення "L"автоматично замінюється цифрою 1, оскільки ми розраховуємо саме 1 метр. Якщо вам необхідно розрахувати більше метра, то використовуйте іншу цифру. За допомогою цих формул можна розрахувати витрати дроту при нижньому зварюванні. Для інших способів зварювання потрібна підсумкова цифра «N»помножити на значення "К", відмінне від 1.
Значення "К"змінюється відповідно до положення:
- При нижньому положенні "К"дорівнює цифрі 1
- При напіввертикальному – 1.05
- При вертикальному – 1.1
- При рушничному - 1.2
Якщо ви варите метал за допомогою напівавтомата, враховуйте , що використовується в роботі, характеристики зварювального апарату, діаметр дроту та особливості деталей.
Завдяки цим простим розрахункам ви зможете легко дізнатися кількість дроту, необхідного для зварювання деталей при аргонодуговому зварюванні або будь-якому іншому виді зварювальних робіт. Враховуйте всі особливості виду зварювання і дроту, щоб розрахунки вийшли точними.
Приклад розрахунку
Щоб краще зрозуміти принцип розрахунку, наведемо приклад. Отже, якою буде витрата присадного дроту при зварюванні, якщо в якості металу, що зварюється, буде використовуватися звичайна сталь? Почнемо з розрахунку ваги наплавлення, нам знадобиться формула G = F*y*L .
G = 0,0000055 (м2) * 7850 (кг/м3) * 1 (метр) = 0,043 кг
Після цього можна приступати до обчислення основного значення за формулою N=G*К
N = 0,043 * 1 = 0,043 кг
Зважайте на те, що зварювання проводиться в нижньому положенні. Це означає, що коефіцієнт поправки дорівнює одиниці, а підсумкове значення не змінюється.
Замість ув'язнення
Тепер ви знаєте, як зробити розрахунок і дізнатися про витрату зварювального дроту при зварюванні напівавтоматом або при будь-якому іншому виді зварювання. Не думайте, що ця навичка вам не знадобиться. Навпаки, він відкриває вам нові можливості. Діліться цим матеріалом у соціальних мережах, щоб допомогти іншим початківцям зварювальникам. Бажаємо успіхів у роботі!
Вибраний метод контролю має забезпечувати можливість виявлення прихованих дефектів (тріщин, непроварів та інших.) дуже небезпечних з погляду концентрації напруг. Крім того, він має відрізнятися точністю оцінки якості, простотою, економічністю та безпекою.
3.2. Напівавтоматичне зварювання та наплавлення у вуглекислому газі
дротом суцільного перерізу
При зварюванні у вуглекислому газі застосовують такі види підготовки кромок елементів, що зварюються:
1) при товщині листів 1÷2 мм – I-подібну, без скосу кромок зазор у стику 0÷1 мм, зварювання одностороннє (див. рис. 1, а);
2) при товщині листів 3÷12 мм – I-подібну, зазор у стику 0÷1,5 мм, зварювання двостороннє (див. рис. 1, в);
3) при товщині листів 14÷24 мм – V-подібну, кут обробки 40±50, притуплення кромок 2÷3 мм, зазор у стику 0÷1,5 мм; зварювання багатопрохідне з підварюванням кореня шва (див. рис. 1, г).
В основу вибору діаметра електродного дроту покладено ті ж принципи, що при виборі діаметра електрода при ручному дуговому зварюванні:
Товщина листів, мм | 6–24 і більше |
||
діаметр електродний дроту de, мм |
Зварювання у вуглекислому газі виконують легованим дротом суцільного перерізу, як правило, Св-08ГС, Св-08Г2С та ін.
Розрахунок величини зварювального струму, А,при зварюванні дротом суцільного перерізу проводиться за формулою
де а – щільність струму в електродному дроті, А/мм2 (при зварюванні СО2
а = 110 - 180 А/мм2); DIV_ADBLOCK88">
Механізовані способи зварювання дозволяють використовувати значно більші щільності струму в порівнянні з ручним зварюванням. Це меншою довжиною вильоту електрода.
p align="justify"> Процес зварювання у вуглекислому газі на постійному струмі прямої полярності відрізняється меншою глибиною проплавлення основного металу, при цьому помітно знижується стійкість дуги і зростає схильність металу шва до утворення пор. Тому зварювання у вуглекислому газі переважно вести на зворотній полярності.
Напруга дуги та витрата Вуглекислий газ вибираються залежно від сили зварювального струму:
Сила зварювального | |||||||
Напруга | |||||||
Витрата СО2 |
При зварюванні на струмах 200-250 А довжина дуги повинна знаходитися в межах 1,5 15 мм (зменшується із підвищенням зварювального струму).
Vпр, м/год, розраховується за формулою
https://pandia.ru/text/78/253/images/image019_34.gif" width="27" - коефіцієнт розплавлення дроту, г/А·ч;
de – діаметр електродного дроту, мм; r – густина металу дроту (для сталі r = 7,8 г/см3).
Для зварювання у вуглекислому газі значення , г/А·год може бути розраховане за формулою
. (3.14)
Швидкість напівавтоматичного зварюванняабо швидкість переміщення електрода при укладанні окремого шару (валика) багатошарового шва, м/год, визначається за формулою (3.6). СО2 = 0,10 ÷ 0,15.
При наплавленні швидкість переміщення дуги при укладанні окремого валика можна розрахувати за формулою (3.6), якщо прийняти площу поперечного перерізу валика Fн(с) = 0,3÷0,7 см2.
розраховуються за формулами (3.7)-(3.12).
Витрата електродного дротуhttps://pandia.ru/text/78/253/images/image024_21.gif" width="163 height=33" height="33">. (3.15)
3.3. Автоматичне зварювання (наплавлення)
під флюсом дротом суцільного перерізу
При автоматичному зварюванні та наплавленні під флюсом найчастіше застосовують такі види підготовки кромок:
1) I-подібна (без скосу кромок) – застосовують при однопрохідному та двопрохідному зварюванні. При однопрохідному зварюванні найчастіше її виконують на стальній підкладці, що залишається (рис. 1, б) або по ручному підварюванні при з'єднанні листів товщиною 10...12 мм. Зазор b3 між кромками 23 мм. При двопрохідному зварюванні листів товщиною 1460 мм зварювання ведуть по зазору b3 між кромками 311 мм, який збільшується з товщиною листів, що зварюються;
2) V-подібна зі скосом кромок під кутом 60±5° (рис. 1, г), застосовується для листів товщиною 1430 мм. Зварювання виконується по ручному підварюванню. Притуплення кромок і зазор між ними 03 мм;
3) Х-подібна зі скосом кромок під кутом 60±5° (рис. 1, е), застосовується для листів товщиною 20?60 мм і більше.
Для зварювання сталі застосовують зварювальний дріт за ГОСТ 2246-70 (Св08, Св08ГА, Св10Г2, Св08ГС, Св18ХГС, Св08ХМ, Св08ХГ2С, Св08ХНМ та ін.).
Розрахунок сили зварювального струмувиробляють за формулою (3.12).
Щільність струму при автоматичному зварюванні під флюсом змінюється у досить широкому діапазоні (табл. 4). Рекомендується при зварюванні для більш глибокого проплавлення використовувати високі значеннящільності струму в електродному дроті (а 50 А/мм2). Діаметр електродного дроту бажано вибирати таким, щоб він забезпечив максимальну продуктивність зварювання (наплавлення) при необхідній глибині проплавлення.
Таблиця 4
Залежність глибини проплавлення від параметрів
режиму автоматичного зварювання під флюсом
Діаметр електродний дроту, мм | Глибина проплавлення, мм |
|||||
Примітка: у чисельнику – сила зварювального струму, А; у знаменнику – щільність струму у дроті, А/мм2.
Залежність напруги дуги від сили зварювального струму (флюс АН-348А):
Сила зварювального | ||||||
Напруга дуги, В |
Вибір сили зварювального струмувизначається за такою формулою (3.4).
Виліт електродного дроту може бути в інтервалі 30÷60 мм. Високі його значення відповідають більшому діаметру електродного дроту та силі струму.
Швидкість подачі електродного дротувизначається за такою формулою (3.13).
Коефіцієнт розплавлення дроту суцільного перерізу, г/А·ч, при зварюванні під флюсом визначається за формулами:
– для змінного струму
https://pandia.ru/text/78/253/images/image027_18.gif" width="111" height="57 src=">, г/А·ч (3.17)
– для постійного струму зворотної полярності
https://pandia.ru/text/78/253/images/image029_18.gif" width="28" height="28"> = aр · (1 – j), де j – коефіцієнт втрат металу на чад і розбризкування , Приймається рівним 0,02?0,03.
Марка флюсу вибирається залежно від хімічного складу основного металу та вимог, що висуваються до властивостей наплавленого металу. Найчастіше використовуються флюси АН-348А чи ОСЦ-45 разом із дротом Св08А.
Товщина шару флюсу залежить від сили зварювального струму:
Зварювальний струм, А | |||
Товщина шару флюсу, мм |
Маса наплавленого металу, час горіння дуги, час зварювання, витрата електроенергіїрозраховуються за формулами (3.7)-(3.11).
Витрата дроту суцільного перерізувизначається за такою формулою (3.15).
Вибір обладнання – див. 2 та 3.
3.4. Напівавтоматичне зварювання (наплавлення)
порошковим самозахисним дротом
Для механізованого зварювання відкритою дугою без додаткового захистуЗони зварювання застосовують спеціальні порошкові дроти. Найбільш широке застосування нашій країні знайшли дроту марок ПП-АН1 і ПП-АН3. Дроти обох марок мають гарні зварювально-технологічні властивості, мінімальну токсичність, забезпечують мале розбризкування металу, хороше формування шва і відділення шлакової кірки. Коефіцієнт наплавлення дроту ПП-АН1 aн=12÷13 г/(А·год), ПП - АН3-aн=13÷17 г/(А·год).
Метал швів, виконаних дротом ПП-АН1, якістю відповідає металу, наплавленому електродами типу Е46, а дротом ПП-АН3 – електродами типу Е50. Зварювання рекомендується проводити на постійному струмі зворотної полярності. Режими зварювання самозахисними порошковими дротиками наведені в табл. 5. Підготовка кромок під зварювання виконується так само, як і при зварюванні в СО2.
Таблиця 5
Параметри режиму напівавтоматичного зварювання
самозахисними порошковими дротом
|
зварюваних листів, мм | Параметри режиму |
При зварюванні застосовуються як змінний, і постійний струм. Постійний струм має ту перевагу, що дуга горить стійкіше. Але змінний струм дешевше, тому його застосування при зварюванні краще. Але є способи зварювання, за яких застосовують тільки постійний струм. Зварювання у захисних газах та під флюсом виконується на постійному струмі зворотної полярності. Електроди з основним покриттям також вимагають постійного струму зворотної полярності, як і флюси для зварювання високолегованих сталей, основу яких становить плавиковий шпат. У цих випадках відбувається насичення дуги киснем або фтором, що має велику спорідненість до електрона. Тому необхідно розкрити сутність процесів, що відбуваються в дузі при насиченні її киснем або фтором та обґрунтувати застосування роду струму та полярності. Полярність струму впливає на глибину проплавлення, хімічний складшва та якість зварного з'єднання.
Режимом зварювання називають сукупність характеристик зварювального процесу, що забезпечують отримання зварних з'єднань заданих розмірів, форми та якості. При всіх дугових способів зварювання такими характеристиками є такі параметри: діаметр електрода, сила зварювального струму, напруга на дузі, швидкість переміщення електрода вздовж шва, рід струму та полярність. При механізованих способах зварювання додають ще один параметр-швидкість подачі зварювального дроту, а при зварюванні в захисних газах - питома витрата газу.
Параметри режиму зварювання впливають на форму шва, а отже, і його розміри: на ширину шва - е;посилення шва - q; глибину шва – h.
На форму і розміри впливають як основні параметри зварювання, а й такі технологічні чинники, як рід і полярність струму, нахил електрода і вироби, виліт електрода, конструктивна форма з'єднання і величина зазору.
2.6.1 Методика розрахунку режиму ручного дугового зварювання. Визначається площа наплавлення, як сума площ елементарних геометричних фігур, що становлять переріз шва.
Малюнок 3
Площа наплавлення одностороннього зварного шва, виконаного із зазором, визначається за формулою, мм
F н = 2F 1 + F 2 , (13)
F н = S b + 0,75 eq, (14)
де S-товщина деталей, мм;
b – зазор, мм;
e – ширина, мм;
q – висота посилення, мм.
Малюнок 4
 |
Площа наплавлення стикового шва з обробкою двох кромок і підварювання кореня шва визначається за формулою, мм
F = S b + (S - с) 2 tg a / 2 + 0,75 eq + 0,75 е 1 q 1 , (15)
де c – величина притуплення, мм;
е 1 - ширина підварювання, мм;
q 1 – висота підварювання, мм;
a - кут обробки, мм.
При зварюванні багатопрохідних швів необхідно визначити кількість проходів за формулою, шт
де F н - Площа всієї наплавлення, мм 2;
F н1 - площа першого проходу, мм 2;
F нс - Площа кожного наступного проходу, мм 2 .
При ручне зварюваннябагатопрохідних швів перший прохід виконується електродами діаметром 3 - 4мм, так як застосування електродів великого діаметра ускладнюють провар кореня шва. При визначенні числа проходів слід враховувати, що перетин першого проходу не повинен перевищувати 30-35 мм 2 і може бути визначений за формулою, мм 2
F н1 = (6 - 8) d е, (17)
де de – діаметр електрода для зварювання кореневого шва, мм.
Площа наплавлення наступних проходів визначається за формулою, мм 2
F нс = (8 - 12) d ес, (18)
де F нс - площа наступного проходу, мм;
d ес – діаметр електрода для зварювання наступних швів, мм
При зварюванні багатопрохідних швів прагнуть зварювання проходів виконувати на тих самих режимах за винятком першого проходу.
Діаметр електрода вибирається в залежності від товщини виробу, що зварюється. Зразкове співвідношення між діаметром електрода і товщиною листів виробу, що зварюється наведено нижче.
Таблиця 8
Розрахунок сили зварювального струму Iсв проводиться по діаметру електрода і допустимої щільності струму, А
де i - Допустима щільність струму, А/мм.
Допустима щільність струму залежить від діаметра і виду покриття електрода.
Таблиця 9 Величина допустимої щільності струму в електроді при ручному дуговому зварюванні
Напруга на дузі не регламентується і приймається в межах 20 ... 36В, тобто Uд = 20 - 36, B
Швидкість зварювання визначається із співвідношення, м/год.
де a н - Коефіцієнт наплавлення, г/А год;
g - густина наплавленого металу, г/см;
Fн – площа перерізу наплавленого металу, мм 2
Довжина дуги при ручному дуговому зварюванні повинна становити, мм
Lд = (0,5 - 1,2) d е, (21)
2.6.2 Методика розрахунку режиму автоматичного та напівавтоматичного зварювання під флюсом стикових з'єднань односторонніх без скосу кромок. Основними параметрами режиму автоматичного та напівавтоматичного зварювання під флюсом є: зварювальний струм, діаметр та швидкість подачі зварювального дроту, напруга та швидкість зварювання.
Розрахунок режимів зварювання проводиться завжди для конкретного випадку, коли відомий тип з'єднання і товщина металу, що зварюється, марка дроту, флюсу і способу захисту зварювальної ванни від повітря та інші дані по шву. Тому до початку розрахунків слід встановити за ГОСТ8713-79 або за кресленням конструктивні елементи заданого зварного з'єднання та за відомою методикою визначити площу багатопрохідного шва.
При цьому необхідно враховувати, що максимальний переріз однопрохідного шва, виконаний автоматично, не повинен перевищувати 100 мм 2 . Перетин першого проходу багатопрохідного шва має перевищувати 40-50мм 2 .
При двосторонньому зварюванні під флюсом стикового безскосного з'єднання (рисунок 4) сила зварювального струму визначається за глибиною проплавлення h основного металу; h - за один прохід становить 8 – 10мм, на форсованих режимах – 12мм, А
Iсв = h 1,2 / k , (22)
де h 1,2 – глибина проплавлення основного металу при двосторонньому зварюванні, без скосу кромок деталей, що зварюються, мм;
k – коефіцієнт пропорційності, мм/100А, що залежить від роду струму та полярності, діаметра електрода, марки флюсу, коливається від 1-2.
Малюнок 5 Малюнок 6
Таблиця 10 Значення До залежно від умов проведення зварювання
| К, мм/100 А | Марка флюсу чи захисний газ | Діаметр електродного дроту, мм | К, мм/100 А | ||||||
| Змінний струм | Постійний струм | Змінний струм | Постійний струм | ||||||
| Пряма полярність | Зворотна полярність | Пряма полярність | Зворотна полярність | ||||||
| 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 | Вуглекислий 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 |
Метал завтовшки понад 20мм зварюють за кілька проходів. Щоб уникнути непровару при зварюванні під флюсом і домогтися нормального формування шва вдаються до скосу кромок. Для однопрохідного стикового шва товщиною не більше 10-12мм глибина проплавлення дорівнює товщині деталей, що зварюються (рисунок 5), при двосторонньому зварюванні товщиною не більше 20мм (рисунок 6) глибина проплавлення становить, мм
h 1,2 = S/2 + (2 - 3), (23)
Діаметр зварювального дроту deе приймається в залежності від товщини металу, що зварюється в межах 2-6мм, а потім уточнюється розрахунком за формулою, мм
d е = 2 , (24)
де i - густина струму, А/мм².
Отримане значення d е приймається із найближчого стандартного.
Щільність струму в залежності від діаметра дроту вказана у таблиці 11
Таблиця 11
Напруга на дузі приймається не більше 32-40В.
Швидкість зварювання визначається за формулою, м/год
Vсв = А / Iсв, (25)
де А слід приймати в межах, наведених нижче
Таблиця 12
| de, мм | А, м/год |
| 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 |
де нд - коефіцієнт наплавлення при зварюванні під флюсом, г/Ач.
Коефіцієнт наплавлення при зварюванні під флюсом визначається за формулою, г/Ач
α нд = α н + Δα н, (27)
де α н - коефіцієнт наплавлення, що не враховує збільшення швидкості плавлення електродного дроту за рахунок попереднього підігрівувильоту електрода зварювальним струмом, г/Ач;
Δα н - збільшення коефіцієнта наплавлення за рахунок попереднього підігріву вильоту електрода, г/Ач, визначається за малюнком 7.
Малюнок 7
При зварюванні на постійному струмі зворотної полярності коефіцієнт наплавлення визначається за формулою, г/Ач
α н = 11,6 ± 0,4 (28)
При зварюванні на постійному струмі прямої полярності або змінному струмі визначається за формулою, г/А*ч
α н = А + В (Iсв/de), (29)
де А та В – коефіцієнти, значення яких для флюсу наведені нижче.
Таблиця 12
Швидкість подачі дроту V п.пвизначається за формулою, м/год
де Fе – площа поперечного перерізу електродного дроту, мм ².
Або швидкість подачі дроту може визначатися за формулою, м/год.
Режим зварювання наступних проходів вибирають із умов заповнення оброблення та отримання поверхні шва, що має плавне сполучення з основним металом.
2.6.3 При двосторонньому зварюванні стикових швів під флюсом зі скосом кромоквизначають режим зварювання першого проходу з одного та іншого боку шва та наступних проходів окремо.
Малюнок 8
Малюнок 9
h 1 = h 2 = , (32)
де h 1 2 - глибина проплавлення першого проходу з одного та іншого боку шва, мм;
с – величина притуплення, мм.
Сила зварювального струму визначається за глибиною проплавлення, А
Iсв = h 1,2/k, (33)
де k - Коефіцієнт пропорційності (мм/100А), що залежить від роду струму, полярності, діаметра електрода, марки флюсу, коливається 1-2А (див. таблицю 10).
Розрахунок інших параметрів режиму зварювання проводиться в тому ж порядку, що і при зварюванні під флюсом двостороннього стикового безскосного з'єднання за формулами (16), (24) - (31).
Примітка: Розрахунок параметрів режиму зварювання під флюсом кутових та таврових з'єднань з обробкою кромок проводити за методикою розрахунку режимів зварювання стикових з'єднань з обробкою кромок (див. п.2.7.3).
2.6.4 Методика розрахунку режиму автоматичного та напівавтоматичного зварювання під флюсом кутових швів без оброблення кромок:
Знаючи катет шва, визначаємо площу наплавлення, мм²
Fн = k² / 2 + 1,05 kq, (34)
де k - Катет шва, мм.
Малюнок 10
Встановлюємо кількість проходів на підставі того, що за перший прохід при зварюванні в "човник" максимальний катет шва можна заварити 14мм, а при зварюванні в нижньому положенні похилим електродом - 8мм за формулою (16), де Fнс - приймаємо в межах 60-80мм².
Вибираємо діаметр електрода, маючи на увазі, що кутові шви катетом 3-4мм можна отримати лише при використанні електродного дроту діаметром 2мм, при зварюванні електродним дротом діаметром 4-5мм мінімальний катет становить 5-6мм. Зварювальний дріт діаметром більше 5мм застосовувати не слід, оскільки він не забезпечить провар кореня шва.
Для прийнятого діаметра дроту підбираємо щільність струму за даними, наведеними нижче та визначаємо силу зварювального струму Iсв, А
Визначаємо коефіцієнт наплавлення з раніше наведених формул (27), (28), (29), залежно від роду струму та полярності.
Знаючи площу наплавлення за один прохід, зварювальний струм і коефіцієнт наплавлення, визначаємо швидкість зварювання, м/год.
Швидкість подачі електродного дроту визначається за формулою, м/год.
де F е - Площа поперечного перерізу електродного дроту, мм ².
Швидкість подачі електродного дроту можна визначити за формулою, м/год.
Визначаємо напругу на дузі - Uд, воно змінюється від 28 до 36В.
Визначаємо погонну енергію зварювання - q п за формулою, Дж/см
q п1,н = 650 F н1, с, (39)
де F н1,с – площа поперечного перерізу першого чи наступного проходу, мм².
Визначаємо коефіцієнт форми провару.
Коефіцієнт форми провару повинен бути не більше 2мм, інакше з'являються підрізи, але в той же час він не повинен бути надмірно малий, так як шви виходять занадто глибокі та вузькі, схильні до утворення тріщин кристалізаційних, тобто гарячих тріщин.
Визначаємо глибину провару – h за формулою, мм
. (40)
2.6.5 Розрахунок режимів зварювання у вуглекислому газі, в аргоні. Відомо, що основні параметри режимів механізованих процесів дугового зварювання такі: діаметр електродного дроту – d е, виліт його – l е, швидкість подачі електродного дроту – Vп.п, сила струму – Iсв, напруга дуги – Uд та швидкість зварювання – Vсв, а також питома витрата СО 2 .
Напівавтоматичне зварювання у вуглекислому газі виконують короткою дугою на постійному струмі зворотної полярності.
Відстань від сопла пальника до виробу має перевищувати 22мм. Стикові шви в нижньому положенні зварюють із нахилом електрода від поверхневої осі на 5-20º. Кутові з'єднання зварюють з таким же нахилом у напрямку зварювання та нахилом упоперек шва під кутом 40-50º до горизонталі, зміщуючи електрод на 1 - 1,15 мм від кута на горизонтальну полицю.
Тонкий метал зварюють без коливальних рухів, крім місць із підвищеним зазором. Шви катетом 4-8мм накладають за один прохід, переміщуючи електрод витягнутою спіралі. Корінь стикового шва заварюють зворотно – поступально, наступною витягнутою спіраллю, а наступні – серповидними рухами.
Дротом товщиною 0,8-1,2мм зварюють метал у всіх положеннях, причому при вертикальних, горизонтальних та стельових напругах зменшують до 17-18,5В, а силу струму на 10-20%.
Стикові шви металу завтовшки до 2мм, а кутові катетом – 5мм і корінь стикових швів великого перерізу краще зварювати зверху донизу. При зварюванні необхідно забезпечити захист від здування газу та підсмоктування повітря через зазор. Для зменшення розбризкування у зварювальний ланцюг можна послідовно включити дросель.
Розрахунок параметрів режимів роблять у такому порядку:
Визначають товщину металу, що зварюється по кресленнях;
Залежно від товщини металу, що зварюється, вибирають діаметр електродного дроту.
Таблиця 13 Залежність діаметра електродного дроту від товщини металу, що зварюється.
Діаметр електродного дроту для автоматичного зварювання може бути в інтервалі 0,7-3,0мм та вище, а для напівавтоматичного – в інтервалі від 0,8-2,0мм.
Виліт електрода визначається за формулою, мм
l е = 10d е, (41)
Розраховують силу зварювального струму за формулою,
Iсв = I F е, (42)
де i – густина струму, А/мм² (діапазон густин зварювального струму від 100 до 200А/мм²), оптимальне значення 100-140А/мм²;
F е – площа поперечного перерізу електродного дроту, мм ².
Велике значення щільності струму відповідає меншим діаметрам електродного дроту.
Стійке горіння дуги при зварюванні плавлячих електродів у вуглекислому газі досягається при щільності струму понад 100А/мм². Оскільки визначення основного параметра режиму зварювання ґрунтуються на інтерполюванні широкого діапазону рекомендованих густин струму, то Iсв необхідно уточнювати за таблицею 14 .
Таблиця 14 Діапазони зварювальних струмів основних процесів зварювання в СО 2 дротом Св-08Г2С
| Процес зварювання | Діаметр електродного дроту, мм | ||||||||||
| 0,5 | 0,8 | 1,0 | 1,2 | ||||||||
| ІДС к.з. | 30-120 | 50-120 | 71-240 | 85-260 | |||||||
| КР без к.з. | 100-250 | 150-300 | 160-450 | 190-550 | |||||||
| КР із к.з. | 30-150 | 50-180 | 75-260 | 65-290 | |||||||
| Процес зварювання | Діаметр електродного дроту, мм | ||||||||||
| 1,4 | 1,6 | 2,0 | |||||||||
| ІДС к.з. | 90-280 | 110-290 | 120-300 | ||||||||
| Продовження таблиці 14 | |||||||||||
| Процес зварювання | Діаметр електродного дроту, мм | ||||||||||
| 1,4 | 1,6 | 2,0 | |||||||||
| КР без к.з. | 90-320 | 110-380 | 150-400 | 220-500 | 250-600 | ||||||
| КР із к.з. | 200-650 | 210-800 | 220-1200 | 250-2000 | 270-2500 | ||||||
Примітка: ІДС к.з. – імпульсний із частими примусовими короткими замиканнями; КР без к.з. – крупнокраплинний без коротких замикань; КР із к.з. - крупнокраплинний з короткими замиканнями.
При зварюванні СО 2 дротом Св-08Г2С в основному використовують процес з частими примусовим коротким замиканнями і процес з великокапельним переносом (таблиця 12). При зварюванні порошковими дроти використовують процес з безперервним горінням дуги, а при зварюванні актованим дротом - струменевий процес. Процес з частими короткими примусовими замиканнями отримують при зварюванні 2 дротом діаметрами 0,5-1,4мм шляхом програмування зварювального струму, що забезпечує зміну швидкості плавлення електрода і тиску дуги.
Процес з великокапельним перенесенням спостерігається при зварюванні дротом діаметрами 0,5-1,5мм на підвищених напругах, а діаметрами більше 1,6 - у всьому діапазоні режимів зварювання кремне-марганцевими дроти (див. таблицю 13). При низьких напругах процес протікає з короткими замиканнями, а за високих без них.
При перевірці розрахункових режимів та впровадженні їх у виробництво необхідно пам'ятати, що стабільний процес зварювання з добрими технічними характеристикамиможна отримати лише у певному діапазоні сил струму, який залежить від діаметра та складу електрода та роду захисного газу (див. таблицю 13).
Регулює силу струму зміною швидкості подачі електродного дроту. Сила струму визначає глибину провару та продуктивність процесу. Тому весь розрахунок режимів є орієнтовним і практично вимагає уточнення.
Визначають швидкість подачі електродного дроту за формулою, м/год.
де Vп.п - швидкість подачі дроту, м/год;
α р - коефіцієнт розплавлення електродного дроту, г/Ач;
Iсв - зварювальний струм, А;
de – діаметр електродного дроту, мм;
γ – щільність металу електродного дроту г/см³ (γ=0,0078г/мм³).
Коефіцієнт розплавлення визначається за формулою, г/Ач
α р = 3,6 · 10 -1 , (44)
Визначається швидкість зварювання за формулою, м/год.
, (46)
де Vсв – швидкість зварювання, м/год;
α н – коефіцієнт наплавлення, г/Ач;
Iсв - зварювальний струм, А;
Fн - площа поперечного перерізу, мм?;
γ – щільність наплавленого металу, г/см³;
0,9 - коефіцієнт, що враховує втрати на чад і розбризкування.
Коефіцієнт наплавлення, г/Ач визначається за формулою, г/Ач
α н = α р (1 – ψ / 100), (47)
де ψ – втрата електродного металу внаслідок окислення, випаровування та розбризкування, % (ψ = 7-15%, зазвичай приймають ψ = 10%). Втрати електродного металу зростають із збільшенням напруги на дузі.
Напруга на дузі приймають в інтервалі 16-34В. Великі значеннявідповідають більшій величині струму. Напругу можна визначити за графіком (див. рисунок 11).
Малюнок 11
Напруга на дузі попередньо підбирається і може бути встановлена при налаштуванні, наприклад, напруги холостого ходу джерела струму. До параметрів режиму зварювання в середовищі вуглекислого газу відноситься питома витрата газу - q г, який залежить від положення шва в просторі, швидкості зварювання, типу з'єднання і товщини металу, що зварюється. Параметри режиму зварювання звести до таблиці 15
Таблиця 15
Подібна інформація.
