Расчет параметров режимов сварки плавлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Р Ф

ГОУ ВПО «Волжский государственный инженерно-педагогический университет»

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМОВ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 15.02.02 «Оборудование и технология сварочного производства»

Л.В. Плаксин

Н. Новгород

2010

УДК 621.791.75

Плаксин Л.В. 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. Никалаев - преподаватель спец. дисциплин, Нижегородского политехнического техникума.

А.Г. Котов - заведующий кафедрой «Автомобильный транспорт», ГОУ ВПО «Волжского государственного инженерно-педагогического университета»

сварка режим электрод флюс

Аннотация

В методических указаниях приведены расчеты режимов сварки:

- ручной дуговой покрытыми электродами;

- 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.

© Л.В. Плаксин,2010

© ВГИПУ, 2010

Введение

Курсовое проектирование по дисциплине «Оборудование отрасли» является эффективным средством закрепления, углубления и обобщения полученных знаний. Наряду с этим курсовое проектирование способствует приобретению студентами навыков в творческом применении теоретических знаний к комплексному решению инженерных задач.

Основной технический и справочный материал студент должен получить из рекомендованной технической литературы. Предполагается, что студент подготовлен к самостоятельному решению задач по курсам «Теория сварочных процессов», «Детали машин», «Сопротивление материалов», «Технология конструкционных материалов и материаловедение» и др.

Часть 1

1.1 Цель и задачи курсового проекта

Курсовое проектирование имеет целью привить студентам навыки самостоятельного решения технологических вопросов по изготовлению сварных конструкций или по наплавке деталей, научить студентов пользоваться специальной технической литературой, стандартами и другими техническими материалами. Вместе с тем курсовой проект позволяет установить степень усвоения знаний студентами и умение применять эти знания в решении практических задач.

Проект предусматривает разработку технологического процесса сварки и наплавки, включающего в себя: обоснование выбора метода сварки или наплавки; выбор формы подготовки стыкуемых кромок под сварку; выбор или расчет сварочных (наплавочных) материалов, расчет режимов сварки (наплавки).

Проект также включает выбор технологического оборудования для изготовления сварного узла.

Сроки выполнения проекта устанавливаются учебным планом и графиком учебного процесса.

1.2 Тематика, содержание и объем курсового проекта

1. Курсовой проект выполняется студентом по индивидуальному заданию. Задание включает в себя чертеж или эскиз сварной металлоконструкции и годовую программу выпуска данного сварного узла (конструкции). Преподаватель задает сварные соединения, режимы сварки которых должны быть рассчитаны в проекте.

2. При выполнении проекта студентом разрабатываются следующие основные вопросы:

2.1. Краткое описание конструкции и условий ее эксплуатации.

2.2. Обоснование выбора конструкционного материала. Свойства данного конструкционного материала (химический состав и механические свойства конструкционного материала).

2.3. Оценка и характеристика свариваемости выбранного конструкционного материала; рекомендации к разработке техпроцесса.

2.4. Обоснование выбора методов сварки, видов сварных соединений и типов сварных швов.

2.5. Выбор сварочных материалов.

2.6. Расчет параметров режима выбранных двух методов сварки (наплавки).

2.7. Разработка технологии сборки и сварки конструкции и оформление операционно-технологической карты.

3. Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту оформляется на листах формата А4 и включает в себя:

· титульный лист,

· аннотацию,

· задание на курсовой проект, подписанное руководителем,

· содержание,

· введение,

· основную часть,

· заключение,

· список использованных источников (ГОСТ 7.1- 84),

· приложения.

Текст расчетно-пояснительной записки следует иллюстрировать схемами и эскизами, поясняющими расчеты. Индексы, входящие в формулу, необходимо расшифровать. Во всех случаях использования данных из нормативно-технической литературы в тексте расчетно-пояснительной записки необходимо делать в скобках соответствующие ссылки с указанием источника информации из списка использованной литературы, который приводится в конце пояснительной записки.

К расчетно-пояснительной записке прилагается технологическая или операционная карта разработанного технологического процесса

(ГОСТ 3.1406-74).

4. Графическая часть проекта состоит из 2-3-х листов формата А1:

чертеж сварного узла (конструкции) - 1 лист формата А1;

технологическая схема изготовления конструкции - 1-2 листа формата А1.

Чертежи выполняются в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД;

ГОСТ 2.109 - 73. Основные требования к чертежам.

ГОСТ 2.316 - 68. Правила нанесения чертежных надписей, технических требований и таблиц.

ГОСТ 2.312-72. Условные изображения и обозначения швов сварных соединений.

ГОСТ 2.410-68. Правила выполнения чертежей металлических конструкций.

1.3 Последовательность выполнения проекта

Рекомендуется следующий порядок выполнения проекта:

1. Тщательно проанализировать конструкцию изделия, описать ее значение, характер воздействия внешней среды и другие условия эксплуатации.

2. Привести характеристику свойств применяемых конструкционных материалов. Оценить свариваемость материала, указать возможные трудности при сварке и меры борьбы с ними.

3. Изучить имеющиеся в технической литературе данные по технологии производства аналогичных изделий. Произвести обоснованный выбор способов сварки (наплавки) заданной конструкции. Задать соответствующую форму подготовки кромок соединяемых элементов.

4. Рассчитать параметры режимов сварки и выбрать и рассчитать сварочные материалы (электроды, сварочная проволока, флюсы, защитные газы).

5. Разработать операционно-технологический процесс сварки (наплавки).

6. Выбрать необходимое технологическое оборудование.

7. Составить расчетно-пояснительную записку и выполнить графическую часть проекта.

1.4 Методические указания по выполнению проекта

1. Описание условий эксплуатации изделия производится по литературным данным. При оценке свариваемости конструкционного материала, основных трудностей при сварке и возможных мер борьбы с ними рекомендуется использовать работы [1, 8].

2. Выбор способа сварки (наплавки) производится из условия обеспечения требуемого качества изделия. Из равноценных по этому признаку способов предпочтение отдается более производительному и экономичному. При выборе способа сварки следует учитывать некоторые дополнительные требования: отсутствие брызг, кратеров, неровностей шва, остатков шлака, повышенное требование к герметичности швов, к точности геометрических размеров конструкции и т.д. Необходимо учитывать характеристики процесса сварки, оказывающие отрицательное физиологическое воздействие на работающего (световое излучение, повышенная токсичность и т.д.).

При выборе способа сварки (наплавки) рекомендуется привлекать работы [2,6,7,14,21,22,23]. В соответствии с выбранным способом сварки принимается и форма подготовки стыкуемых кромок под сварку по действующим стандартам.

Вопросы технологии заготовительных операций в проекте не разрабатываются, предполагается, что детали поступают на сборку и сварку полностью подготовленными.

3. Для расчета и выбора параметров сварки рекомендуется использовать работы [1, 4, 9,12, 22, 23].

В проекте выполняется расчет параметров режима для двух способов сварки, оценка целесообразности которых является одной из задач проекта. Рекомендуется полученные расчетным путем параметры режимов сварки сопоставить с данными, имеющимися в литературе.

Расчету и обоснованию подлежат следующие параметры режима сварки:

· род тока,

· полярность и сила сварочного тока,

· напряжение на дуге,

· диаметр и марка присадочного материала,

· марка покрытия и флюса,

· марка и расход защитного газа,

· количество проходов,

· скорость подачи сварочной проволоки,

· скорость сварки.

При применении новых способов, для которых отсутствуют расчетные методики определения параметров режима сварки, их рекомендуется назначать по данным исследований или производственного опыта, опубликованным в литературе, по материалам производственной практики студента.

4. При выборе основного и вспомогательного оборудования следует использовать данные работы [1, 3, 9, 10, 13, 20, 25].

5. Технологический процесс сварки (наплавки) должен содержать последовательность переходов, параметры режима процесса сварки, прихватки и контрольные мероприятия, необходимые для обеспечения требуемого качества изделия.

Часть 2. Расчет режимов сварки плавлением

Методы определения режимов сварки

В настоящее время применяют следующие методы определения сварки: табличный, графический и аналитический.

Табличный метод наиболее распространен. Он охватывает все способы сварки и свариваемые материалы. Информация для этого метода получается, как правило, экспериментальным путем. Она наиболее достоверна, хотя в таблицах приводятся режимы часто в широких интервалах, что снижает точность определения параметров, вызывает необходимость экспериментальной проверки выбранного режима. Табличные сведения не позволяют оптимизировать процесс сварки, варьировать режим сварки.

Графический метод требует построения номограмм, с помощью которых можно варьировать и оптимизировать режим сварки. На номограммах режим сварки можно определить быстрее, чем на ЭВМ. Однако для охвата всех способов сварки и свариваемых материалов потребуется большое количество соответствующих номограмм, которых в действительности очень мало.

Аналитический метод определения режима сварки строится на математических моделях. Если расчет режима сварки ведется по размерам шва, то требуется математическая модель плавления основного металла.

В настоящее время применяют детерминированные, статические и смешанные математические модели процессов сварки. Детерминированные модели, как правило, построены на теории Рыкалина. Статистические модели используют преимущественно для расчета режимов сварки на ЭВМ. Инженерные методики расчета, отличающиеся простотой формул и последовательностью расчета, разрабатываются, как правило, на основе детерминированных или смешанных математических моделей.

Аналитические методы расчета, основанные на детерминированных математических моделях, отличаются универсальностью, широким охватом способов сварки и свариваемых материалов, позволяют оптимизировать режим сварки.

Далее приведены методики расчета режимов дуговой сварки покрытыми электродами, в защитных газах и под флюсом, электрошлаковой сварки проволочными электродами.

2.1 Расчет режима ручной дуговой сварки

1. Параметры режима ручной дуговой сварки составляют:

1) Диаметр покрытых электродов d_Э;

2) Сварочный ток Ic;

3) Напряжение на сварочной дуге Uc;

4) Количество проходов n_n;

5) Скорость сварки Vc;

Из перечисленных параметров d_Э, Ic, Uc, n_n - контролируемые и d_Э, Ic, n_n указываются в операционной или технологической картах. Сварка выполняется вручную. Поэтому оптимальность скорости сварки можно оценить только косвенно по формированию шва. Напряжение на дуге связано с длиной дуги, от которой существенно зависит качество сварки (защита, разбрызгивание и набрызгивание, формирование шва, пористость, механические свойства).

2. Подготовка исходных данных должна предшествовать непосредственному расчету режима сварки. В исходные данные входят:

1) группа и марка свариваемого материала;

2) тип покрытия и марка электродов;

3) тип соединения;

4) толщина свариваемого материала;

5) положение шва и проходов;

6) тип шва по форме;

7) тип шва по количеству проходов;

8) форма и размеры подготовки кромок;

9) общие размеры шва.

Сведения о стандартных типах соединений, швов и форм подготовки кромок для РДС приведены в ГОСТ 5264 - 80, нестандартных - на чертеже сварной детали, узла или изделия.

Для исключения или сокращения повторных расчетов следует сначала установить тип шва по количеству проходов по таблице 2.

Таблица 2 - Тип шва по количеству проходов для РДС

Тип шва по количеству проходов	Толщина металла стыкового шва, мм	Катет К углового положении	шва (мм) при
		нижнем	«лодочка»
Однопроходный Двухпроходный многопроходный	1…4 2…5 6…175	3…8 3…8 9…60	3…12 3…12 13…60

3. Режим ручной дуговой сварки рекомендуется рассчитывать в такой последовательности.

3.1. Диаметр электрода d_Э определяется в зависимости от типа шва (стыковой, угловой), формы подготовки кромок и количества проходов, вида прохода (корневой, заполняющий, отделочный, подварочный), положения шва, толщины металла и других параметров.

Расчет d_Э производим по формуле

,мм (1)

Влияние типа шва и формы подготовки кромок на величину учитываем коэффициентом через расчетную глубину проплавления из таблицы 3:

,

Влияние положения шва учитываем коэффициентом . Если положение нижнее или «лодочка», принимаем = I, в остальных положениях (вертикальном, горизонтальном и потолочном) - = 0,5.

Таблица 3- Расчетная глубина проплавления при ручной сварке

Вариант	Эскиз шва и формы подготовки кромок	Формула для определения расчетной глубины проплавления
1
2
3
4
5

Верхний предел диаметра электродов ограничиваем с учетом положения шва: нижнее и «лодочка» - 5; 6 мм: вертикальное 4;5 мм; горизонтальное и потолочное -4 мм. При сварке корневого и подварочного проходов принимаем 3; 4 мм. Расчетный диаметр электрода следует округлить до ближайшего стандартного. 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6 мм,

3.2. Сварочный ток I_C (род, полярность и значение) зависит от химического состава и диаметра стержня, типа и толщины покрытия, положения шва и других факторов.

Сварочный ток рассчитываем по формуле

, А (2)

Влияние типа покрытия и положения шва на сварочный ток учитываем
соответственно коэффициентами и .

В таблице 4 и 5 приведены значения этих коэффициентов для покрытых электродов, применяемых при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Таблица 4 - Значения коэффициента

Коэффициент	Тип покрытия Основной	Рутиловый

Таблица 5 - Значения коэффициента

Коэффициент		Положение шва
	«Лодочка», нижнее	Вертикальное	Горизонтальное потолочное
	1,00	0,76…0,78	0,85…0,92

3.3. Напряжение на сварочной дуге U_C зависит от многих факторов: типа и толщины покрытия, состава и диаметра стержня (электрода), положения шва и длины дуги.

Рассчитываем U_C для электродов:

Основного типа

,В (3)

Рутилового типа

,В (4)

3.4. Общее количество проходов n_по представляет собой сумму корневых n_пк , заполняющих n_пз , облицовочных n_пл и подварочных n_пп проходов:

n_{по =} n_пк +n_пз +n_пл +n_пп,(5)

Наиболее часто при ручной дуговой сварке многопроходный шов состоит из корневых и заполняющих проходов, рассчитываемых по формуле

n_по=,(6)

Общую площадь сечения шва F_НО определяем по чертежу, а сечение корневого F_НК и заполняющих F_НЗ проходов можно рассчитывать приближенно по формулам

, мм² (7)

, мм² (8)

где диаметры электродов для сварки корневых d_ЭК и заполняющих d_Э проходов даны в мм, а площадь F_НК F_НЗ мм^».

3.5. Скорость сварки V_C получаем из известного выражения коэффициента наплавки:

,м/ч (9)

где - коэффициент наплавки, г/А· ч (принимают из характеристики выбранного электрода); F_ШВ - площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке (или одного слоя валика при многослойном шве), см²; - плотность металла электрода, г/см³ (для стали =7,8 г/см³).

2.2 Расчет режима дуговой сварки в углекислом газе СО₂

1. Параметры режима дуговой сварки в СО₂ плавящимся электродом;

1) диаметр электродной проволоки d_Э.П ;

2) скорость сварки V_C;

3) сварочный ток I_C;

4) напряжение на сварочной дуге U_C;

5) вылет электродной проволоки l_В;

6) скорость подачи электродной проволоки V_Э.П;

7) общее количество проходов n_ПР;

8) расход защитного газа (СО₂ ) q_З.Г.

При механизированной сварке в СО₂ перемещение горелки выполняется вручную и в этом случае параметры V_C и l_В жестко не контролируются, хотя их расчет выполняется.

2. Подготовка исходных данных. В исходные данные входят:

1) группа и марка свариваемого металла;

2) состав и марка электродной проволоки;

3) способ сварки по уровню автоматизации (механизированная, автоматическая);

4) тип соединения;

5)толщина свариваемого металла;

6) положение шва и проходов;

7) тип шва по форме;

8) тип шва по количеству проходов;

9) форма и размеры подготовки кромок;

10) общие размеры шва.

Сведения о стандартных типах соединений, швов и форм подготовки кромок для дуговой сварки в защитных газах приведены в ГОСТ 14771-76, нестандартных - на чертеже сварной детали, узла или изделия.

Тип шва по количеству проходов можно определить по таблице 6.

Таблица 6-Тип шва по количеству проходов при сварке в СО₂

Тип шва по количеству проходов	Толщина металла стыкового шва S , мм	Катет К углового шва (мм) при положении нижнем «лодочка»
Однопроходный Двупроходный Двусторонний многопроходный	0,8…8 3…12 13…120	1…8 5…11 1…8 5…11 9…60 12…60

2.2.1 Расчет режима дуговой сварки в углекислом газе СО₂ по размерам шва е и h

Расчет режима сварки по размерам шва (ширине е и глубине проплавления h) производится для однопроходных, или двупроходных двусторонних швов, для корневого или подварочного проходов многопроходного шва.

Сначала определяем основные параметры режимы d_ЭП ,V_C и I_C непосредственно зависящие от размеров шва е и h, затем - дополнительные параметры: U_C, l_В,V_Э.П и q_З.Г, являющиеся производными основных.

Диаметр электродной проволоки может изменяться в сравнительно широких пределах, а скорость сварки и сварочный ток определяются; однозначно при строго заданных двух размерах шва.

1. Диаметр электродной проволоки d_Э.П зависит от толщины металла S и глубины проплавления h. Однако глубина проплавления зависит от величины зазора в между кромками, формы подготовки кромок. Чтобы учесть эти факторы, вводим расчетную глубину проплавления h_Р которую можно определить по таблице 7.

Таблица 7- Определение расчетной глубины проплавления при механизированной и автоматической сварке

Вариант	Эскиз шва и формы подготовки кромок	Формула для определения расчетной глубины проплавления
1
2
3
4
5
6

Математическая обработка практических рекомендаций дает выражение для расчета диаметра проволока, мм:

, (10)

Предельные значения d_ЭП ограничиваются способом сварки по уровню автоматизации и положением шва согласно таблице 8. Полученный расчетным путем d_ЭП округляют до ближайшего стандартного: 0,8; 1,0;1,2; 1,4; 1,6; 2; 2,5; 3; 4 и в дальнейших расчетах используют стандартное значение d_ЭП.

Таблица 8- Ограничения диаметра электродной проволоки при сварке в СО₂

Положение шва	Диаметр электродной проволоки (мм) при сварке механизированной автоматической
«Лодочка», нижнее Вертикальное Горизонтальное, потолочное	0,8…2 0,8…2,0 (4,0) ?1,2…1,4 __ __ ?1,2

2. Скорость сварки V_C рассчитываем по зависимости, мм/с:

, (11)

(Коэффициент K_V зависит от диаметра электродной проволоки; его значения, полученные экспериментальным путем, приведены в таблице 9.

Таблица 9 - Значения коэффициента K_V

dЭП, мм	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	2,0
KV	1030	1065	1060	1100	1120	1150

Предельные значения скорости сварки ограничиваются уровнем автоматизации процесса: при механизированной сварке V_C =4…10 мм/с, при автоматической- V_C =4…20 мм/с.

3. Сварочный ток I_C определяем в зависимости от размеров шва, А:

, (12)

Значения коэффициента K_I, полученного экспериментальным путем и зависящего от диаметра электродной проволоки, приведены в таблице 10.

Таблица 10 - Значения коэффициента K_I

dЭП, мм	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	2,0
KI	335	335	430	440	460	480

Приведенные значения сварочного тока I_C ограничиваются диаметром электродной проволоки, положением шва и уровнем автоматизации процесса по таблице 11.

Таблица 11-Ограничение сварного шва

	Сила сварочного тока, А
Положение шва	Расчетная формула Сварка
	механизированная автоматическая
«лодочка», нижнее	60…510 60…1440
Вертикальное	? 220 ___
Горизонтальное, потолочное	? 180 ___

4. Напряжение на сварочной дуге U_C зависит в основном от сварочного тока, а также от диаметра и вылета электродной проволоки, положения шва и других факторов, В:

U_C =14+0,05I_C , (13)

, (14)

5. Вылет электродной проволоки, мм:

, (15)

6. Скорость подачи электродной проволоки марки Св-08Г2С при сварке на обратной полярности и вылете l_B =10•d_Э.П , мм/с:

, (16)

7. Расход защитного газа СО₂ зависит от толщины металла и соответственно сварочного тока. Поэтому для расчета q_З.Г. предлагается эмпирическая зависимость:

л/с,(17)

или л/мин,(18)

2.2.2 Расчет режима дуговой сварки в углекислом газе СО₂ по площади наплавленного металла

При многопроходной сварке стыковых и угловых швов и однопроходной сварке угловых швов на тавровых соединениях без полного проплавления стенки и некоторых стыковых швов с разделкой кромок целесообразно выполнять расчет режима сварки в СО₂ по площади наплавленного металла. Методику целесообразно применять преимущественно при сварке на малых сварочных токах (менее 200…250 А) соединений с разделкой кромок, при которой глубина проплавления получается небольшой (менее 3...4 мм) и форма шва определяется преимущественно заполнением ее наплавленным металлом.

1. Параметры режима сварки, которые требуется рассчитать:

1) диаметр электродной проволоки d_Э.П;

2) скорость сварки V_C;

3) скорость подачи электродной проволоки V_Э.П;

4) сварочный ток I_C;

5) напряжение на сварочной дуге U_C;

6) расход защитного газа q_З.Г.

2. Подготовка исходных данных. В качестве исходной информации для расчета режима сварки необходимо иметь площадь наплавленного металла F_Hi для каждого прохода (корневого, заполняющего и т.п.). При однопроходной сварке F_H находим по чертежу для нестандартных швов и по ГОСТ 14771-76 - для стандартных.

В многопроходных швах по данным стандарта или по чертежу можно рассчитать общую площадь наплавленного металла шва F_HO и подварочного прохода F_HП, а площади корневого F_HK и заполняющего F_HЗ следует задать ориентировочно, воспользовавшись данными таблицей 12.

Таблица 12-Площадь корневого и заполняющего проходов

Положение шва	Площадь наплавленного металла, мм2
	Корневого прохода заполняющего прохода
«лодочка», нижнее	?10…12 ?55…65
Вертикальное	?10…12 ? 25
Горизонтальное, потолочное	?10…12 ? 20

3. Расчет режима сварки

3.1. Диаметр электродной проволоки рассчитываем по известной площади наплавленного металла соответствующего прохода (корневого, заполняющего, подварочного и т.п.). мм:

, (19)

Коэффициент K_d выбираем в зависимости от положения шва и способа сварки по уровню автоматизации из таблицы 13.

Таблица 13- Значение коэффициента K_d

Положение шва	сварка автоматическая механизированная
«Лодочка», нижнее Вертикальное горизонтальное, потолочное	0,149…0,409 0,149…0,409 0,184…0,503 0,184…0,326

Расчетные значения d_Э.П округляем до стандартных и ограничиваем в зависимости от положения шва и способа сварки (смотреть таблицу 8).

3.2. Скорость сварки определяем по площади наплавленного металла и рассчитанного ранее d_Э.П. При сварке в «лодочку» и в нижнем положении, мм/с:

, (20)

в вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях, мм/с.

, (21)

Ограничения V_C в зависимости от уровня автоматизации процесса должны находиться в пределах 4…20 мм/с для автоматической сварки и 4…10 мм/с - для механизированной.

3.3. Скорость подачи электродной проволоки V_Э.Г однозначно определяются при известных F_Hi ,d_Э.Пi и V_Ci , мм/с:

, (22)

3.4. Сварочный ток определяют по формуле, полученной путем решения выражения для V относительно , А:

, (23)

Полученное по расчету значение сварочного тока не должно выходить за пределы ограничений, обусловленных положением шва и уровнем автоматизации процесса (смотреть таблицу 11).

Остальные параметры определяются также, как и ранее по формулам (13), (14), (17), (18).

3.5. Напряжение на сварочной дуге, В:

, (24)

3.6. Расход защитного газа СО₂, л/с:

, (25)

3.7. При сварке в защитных газах величина коэффициента наплавки может существенно отличаться от величины коэффициента расплавления в связи с потерями электродного металла.

Для сварки в среде углекислого газа коэффициенты расплавления б_р и наплавки б_н необходимо рассчитывать по следующим формулам:

, (26)

где вылет электрода

, (27)

Плотность тока рассчитывается по формуле:

, (28)

где F_эл - площадь поперечного сечения электрода

Коэффициент потерь

(29)

Коэффициент наплавки

(30)

Известно, что потери Ш_п = 6 - 10 % при плотности тока j = 85 - 120 А/мм², также потери Ш_п = 6 - 10 % и в области j = 280 - 350 А/мм², но потери Шп > 10 при значениях плотностей тока j = 120 - 280 А/мм².

2.3 Расчет режима дуговой сварки под флюсом

1. Параметры режима автоматической дуговой сварки под флюсом:

1) диаметр электродной проволоки d_Э.П ;

2) скорость сварки V_C;

3) сварочный ток I_C;

4) напряжение на сварочной дуге U_C;

5) вылет электродной проволоки l_В;

6) скорость подачи электродной проволоки V_Э.П;

7) количество проходов n_ПР;

Дуговую сварку под флюсом по уровню автоматизации разделяют на автоматическую и механизированную. При механизированной сварке скорость сварки и вылет устанавливаются вручную и поэтому жестко не регламентируются.

2 Подготовка исходных данных. В исходные данные входят:

1) группа и марка свариваемого металла;

2) состав и марка сварочной проволоки;

3) состав и марка сварочного флюса;

4) способ сварки по уровню автоматизации;

5) толщина свариваемого металла;

6) положение шва и проходов;

7) тип соединения;

7) положение шва

8) тип шва по форме;

9) тип шва по количеству проходов;

10) форма и размеры подготовки кромок;

11) общие размеры шва.

Сведения о стандартных типах соединений, швов и форм подготовки кромок для дуговой сварки под флюсом приведены в ГОСТ 8713-79, нестандартных - на чертеже сварных деталей, узлов, изделий.

Тип шва по количеству проходов можно установить по таблице 14.

Таблица 14 - Типы стандартных швов по количеству проходов для дуговой сварки под флюсом

Тип шва по количеству проходов	Толщина металла стыкового шва S , мм	Катет К углового шва (мм) при положении нижнем «лодочка»
Однопроходный	2…12	3…8 5…14
Двухпроходный Двусторонний	2…22	3…8 5…14
Многопроходный	24…160	9…40 15…40

В случае нестандартных соединений имеются сведения о сварке под флюсом стыковых однопроходных соединений толщиной до 25…30 мм, двухпроходных двусторонних - 50 мм, однопроходных угловых швов при сварке в «лодочку» катетом до 18 мм.

2.3.1 Расчет режима дуговой сварки под флюсом по размерам шва

Настоящая методика расчета режима сварки по размерам шва может применяться для одно- и двухпроходных двусторонних стыковых швов без разделки и с разделкой кромок.

Так как глубина проплавления существенно зависит от формы подготовки кромок, то при расчете режимов сварки вводится расчетная глубина проплавления h_P , которая для сварки под флюсом может рассчитываться по тем же рекомендациям, что и для сварки в СО₂ (смотреть таблицу 7).

1. Диаметр электродной проволоки рассчитываем в зависимости от расчетной глубины проплавления, мм:

, (31)

Расчетное значение d_Э.П округляем до ближайшего стандартного, а предельные ограничиваем в зависимости от уровня автоматизации процесса по таблице 15.

Таблица 15- Ограничения d_Э.П при дуговой сварки под флюсом

Диаметры электродной проволоки (мм) при сварке Автоматической механизированной
1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6 1,6; 2

2. Скорость сварки рассчитываем с учетом известного d_Э.П и заданной ширины шва е , мм/с:

, (32)

Ограничения V_C связаны с составом и строением зерен (стекло, пемза) сварочного флюса и уровнем автоматизации процесса. При использовании флюсов типа АН-348А скорость автоматической сварки рекомендуется в пределах V_C=4…16 мм/с, механизированной - 4…8 мм/с.

3. Сварочный ток определяем однозначно при известных h_P , d_Э.П и V_C, А:

, (33)

Расчетный сварочный ток должен находиться в пределах Ic=(110…230)•d_ЭП. Кроме этого, сварочный ток не должен превышать допустимое значение для заданной марки сварочного флюса.

4. Напряжение на сварочной дуге, В:

, (34)

Или

, (35)

5. Вылет электродной проволоки, мм:

, (36)

6. Скорость подачи электродной проволоки при сварке определяем на переменном токе, мм/с:

, (37)

на постоянном токе обратной полярности, мм/с:

, (38)

7. Автоматическая сварка под флюсом предполагает использование в целях защиты и легирования металла специальных сварочных флюсов. Дуга в этом случае горит в газовом пузыре, отделенном от атмосферы слоем флюса. Поэтому для случая сварки под флюсом коэффициенты расплавления (наплавки) находят следующим образом:

- при обратной полярности

; (39)

- при прямой полярности

; (40)

- при переменном токе

; (41)

2.3.2 Расчет режима дуговой сварки под флюсом по площади наплавленного металла

При многопроходной сварке стыковых и угловых швов целесообразно вести расчет по площади наплавленного метала отдельных проходов (корневых, заполняющих, облицовочных и т. п.). Этот метод расчета можно также применять при определении режима сварки однопроходных угловых, швов на тавровых соединениях, когда не регламентируется проплавление стенки.

1. Параметры режима сварки целесообразно рассчитывать в такой последовательности:

1) диаметр электродной проволоки d_Э.П ;

2) скорость сварки V_C;

3) скорость подачи электродной проволоки V_Э.П;

4) сварочный ток I_C;

5) напряжение на сварочной дуге U_C:

2. Подготовка исходных данных. Площадь наплавленного металла для однопроходных швов следует рассчитывать по чертежу на сварное соединение. В случае многопроходных швов режим сварки корневого прохода лучше рассчитывать по размерам шва, приняв в качестве исходного параметра притупление С, которое в стандартных соединениях при сварке под флюсом изменяется от 2 до 10 мм. При известных параметрах режима сварки площадь наплавленного металла прохода (корневого, подварочного и др.), мм²:

, (42)

Для заполняющих проходов площадь наплавленного металла можно принять F_НЗ?80…100мм². В литературе имеются сведения о площадях наплавленного металла за один проход до 150 мм² и более. Однако для использования этих рекомендаций необходимо дать соответствующее обоснование.

3. Расчет режима сварки

3.1. Диаметр электродной проволоки рассчитываем по формуле, мм:

, (43)

Коэффициент K_d выбираем в зависимости от способа сварки и рода тока по таблице 16.

Таблица 16- Значение коэффициента K_d при дуговой сварке под флюсом

Род тока	Значение коэффициента Kd для сварки автоматической механизированной
Переменный	0,036…0,160 0,036…0,080
Переменный	0,040…0,173 0,040…0,086

Расчетный d_Э.П округляем до ближайшего стандартного и ограничиваем в зависимости от способа сварки (смотрите таблицу 15).

3.2. Скорость сварки рассчитываем соответственно при переменном и постоянном токе обратной полярности, мм/с:

, (44)

, (45)

При автоматической сварке V_C ограничивается в пределах 4…16 мм/с, механизированной 4…8 мм/с.

3.3. Скорость подачи электродной проволоки определяется по зависимости, мм/с:

, (46)

3.4. Сварочный ток определяем соответственно для переменного и постоянного тока обратной полярности, А:

, (47)

, (48)

Расчетный сварочный ток не должен выходить за пределы ограничений I_С?(180…190)•d_Э.П для угловых швов и I_С?230•d_Э.П - для стыковых.

3.5. Напряжение на сварочной дуге определяется по формулам (34) и (35).

3.6. Вылет электрода находим по формуле (36).

3.7. (49)

где - коэффициент расплавления, г/Ач

Значение коэффициента б_р зависит от режима сварки и может быть найдено по формулам (39-41).

ш - коэффициент потерь на угар и разбрызгивание, %

ш = 0 (при сварке под флюсом);

8. Основные параметры сварки на принятом режиме:

- Погонная энергия сварки

q_n=, Дж/см (50)

где з_э - эффективный КПД нагрева изделия дугой.

з_э=0,85 (для сварки под флюсом);

- Коэффициент формы проплавления:

, (51)

где К? - коэффициент, при плотностях тока меньше 120 А/мм² и сварке на постоянном токе обратной полярности равный

К?= 0,367•j^0,1925, (52)

(53)

2.4 Расчет режима электрошлаковой сварки электродными проволоками

1. Параметры режима электрошлаковой сварки электродными проволоками

1) диаметр электродной проволоки d_Э.П ;

2) количество электродов n_Э ;

3) расстояние между электродами ;

4) скорость сварки V_C;

5) скорость подачи электродной проволоки V_Э.П;

6) сварочный ток I_C;

7) напряжение сварки U_C;

8) «сухой» вылет электродной проволоки l _С.В;

9) глубина шлаковой ванны h_Ш.В;

10) скорость перемещений при колебаниях электрода V_П.К;

11) время задержки у ползуна t_З:

Параметры режима приведена для типового процесса электрошлаковой автоматизированной сварки электродными проволоками на переменном или постоянном токе. Часть перечисленных параметров можно рассчитать, остальные; рекомендуется принимать без расчета. Поэтому методика расчета требует дальнейшего совершенствования.

2. Подготовка исходных данных. В исходные данные входят:

1) группа и марка свариваемого металла;

2) состав и марка электродной проволоки;

3) состав и марка сварочного флюса;

4) толщина свариваемого металла;

5) тип соединения;

6) форма и размеры подготовки кромок;

7) общие размеры шва.

Сведения о стандартных типах соединений, швов и форм подготовки кромок для электрошлаковой сварки приведены в ГОСТ 15164-78, нестандартных - на чертеже сварных деталей, узлов или изделий.

Положение шва и количество проходов для типового способа электрошлаковой сварки не требуется определять, так как сварка выполняется в вертикальном положении за один проход для металла любой толщины.

3. Расчет режима электрошлаковой сварки электродными проволоками.

Настоящая методика может применяться для расчета режима сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей как стандартных, так и нестандартных стыковых, угловых и тавровых соединений.

3.1. Диаметр электродной проволоки определяется в зависимости от толщины S свариваемого металла или толщины шва H для некоторых угловых соединений, мм:

, (54)

Расчетный диаметр округляется до стандартного значения 2; 2,5; 3, а верхний предел при ЭШС ограничивается d_Э.П ?3 мм.

3.2. Количество электродных проволок n_Э зависят от толщина металла S или шва H и колебания электродов. Сварка без колебаний выполняется с большим количеством электродов и поэтому является более производительной. Однако серийно выпускаемые сварочные аппараты имеют I, 2 или З электрода.

Количество электродных проволок определяется при сварке:

без колебаний

, (55)

с колебаниями

, (56)

Полученное расчетное значение количества электродов округляется до целого числа.

3.3. При сварке двумя и более электродами рассчитываем расстояние между электродами;

, (57)

где - недоход между электродами, = 17. ..18мм; - недоход электрода до ползуна, - 4...5 мм.

3.4. Скорость сварки зависит от толщины металла и ограничевается его свариваемостью. Для хорошо сваривающихся низкоуглеродистых к низколегированных сталей скорость сварки, мм/с:

, (58)

Для стыковых соединений, свариваемых электродной проволокой, при d_Э.П =3 мм скорость сварки можно рассчитывать по зависимости, мм/с:

, (59)

где в_Р - расчетный зазор между кромками, мм.

Обычно при ЭШС скорость сварки находится в пределах 0,1…1,1 мм/с (0,4…4 м/ч).

3.5. Скорость подачи электродной проволоки V_Э.П при известных размерах шва и общей площади наплавленного металла F_HO , а также расcчитанных ранее параметрах режима d_Э.П , n_Э ,V_С определяется однозначно, мм/с:

, (60)

3.6. Сварочный ток на один электрод определяется приближенно для d_Э.П =3 мм по эмпирической формуле, А:

, (61)

Общий сварочный ток I_CO=n_ЭI_C.

3.7. Напряжение сварки, В:

, (62)

3.8. Определяем «сухой» вылет электрода, мм:

, (63)

3.9. Глубина шлаковой ванны h_Ш.В скорость перемещений при колебаниях электродов V_П.К и время задержки у ползуна t_З незначительно зависят от толщины металла поэтому их можно принять: h_Ш.В =35…70 мм, V_П.К =8…12 мм/с, t_З=4…5с.

Библиографический список

Основная литература:

1. Акулов А.И., Бельчук А.К., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением. М.: Машиностроение, 2003. 364 с.

2. Алешин Н.П. Сварка, наплавка, контроль: в 2-х томах М.: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 428 с.

3. Милютин В. С., Шалимов М.П., Шангуров С.М. Источники питания для сварки. М.: Айрис - пресс, 2007. 384 с.

4. Чернышов Г.Г. Технология электрической сварки плавлением. М.: Издательский центр Академия 2006.

5. Походня И.К., Явдощин И.Р., Пальцевич А.П., Швачко В.И., Котельчук А.С. Металлургия дуговой сварки. Под редакцией Походни И.К. Киев: Наукова думка 2004. 442 с.

Дополнительная литература:

6. Бельфор М.Г. Оборудование для автоматической сварки и наплавки. М.: Высш.шк., 1967. 272 с.

7. Быковский О.Б., Скоморохов В.И. Расчет тока и напряжения на дуге при сварке в защитных газах. Автоматическая сварка, 1973. 248с.

8. Демянцевич В.П. Расчет количества наплавленного металла при механизированной сварке в углекислом газе // Свароч. пр-во.1975. №4.

9. Ковшов А. Н. Технология машиностроения: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. М.: Машиностроение, 1987. 320с.

10.Марочник сталей и сплавов. /Под ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1989. 489с.

11. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций. М.: Высшая школа, 1971.

12. Оборудование для дуговой сварки. Справочное пособие. /Под ред. В.В. Смирнова. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 326с.

13. Розарев Ю. Н. Оборудование для электрической сварки плавлением: Учебн. пособие. М.: Машиностроение, 1987. 208 с.

14. Рыбаков В. М. Сварка и резка металлов М.: Высш. шк., 1977. 319 с.

15. Справочник сварщика. /Под ред. В.В. Степанова. М.: Машиностроение, 1983. 560 с.

16. Сварка в машиностроении. Т.1 /Под ред. Н.А. Ольшанского. М.: Машиностроение, 1978. 504 с.

17. Сварка в машиностроении. Т.2 /Под ред. А.И. Акулова. М.: Машиностроение, 1978. 462 с.

18. Сварка в машиностроении. Т.3 /Под ред. В.А. Винокурова. М.: Машиностроение, 1979. 567 с.

19. Сварка в машиностроении. Т.4 /Под ред. Ю.Н. Зорина. М.: Машиностроение, 1979. 512 с.

20. Технология машиностроения (специальная часть): Учебник для машиностроительных специальностей вузов/ А. А. Гусев, Е. Р. Ковальчук, И. М. Колесов и др. М.: Машиностроение, 1986. 480 с.

21. Фоминых В. П., Яковлев А. П. Ручная дуговая сварка: Учебн. пособие. М.: Высш. шк., 1981. 256 с.

22. Шебеко Л. П. Оборудование и технология автоматической и полуавтома-тической сварки: Учебник для техн. училищ. - 3-е изд. перераб. и дополн. М.: Высш. шк., 1981. 296 с.

23. Дипломное проектирование в профессионально-педагогическом вузе: учеб-метод. пособие / Б.Н. Гузанов, И.В. Осипова, О.В. Тарасюк, М.А. Черепанов. Екатеринбург: Изд-во ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2007. 182 с.

Варианты заданий

Вариант 10. Хребтовая балка вагона Вариант 12. Лонжерон L=1800

Материал: Материал:

А) 14ХГС А) 12ХН2

Б) 10ХГ20Д Б) 12Х2Н4МД

Размещено на Allbest.ru

...