Технологические среды при сварке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

Кафедра «Сварка и металлургия»

Практическая работа

по дисциплине:

«Технологические среды при сварке»

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМОВ СВАРКИ

Выполнили:

студенты группы б2МНСТ-21

Шалыгин В.А., Гришин Е.А., Сиротин А.С.

Проверил: к.т.н., доцент Перевозникова Я.В.

Саратов 2014



Содержание

Введение

1. Общие положения

2. Расчет режимов ручной дуговой сварки

2.1 Расчет режима сварки швов стыковых соединений

2.2 Расчет режима сварки угловых швов

3. Расчет режимов сварки в среде углекислого газа

3.1 Расчет режима сварки в среде углекислого газа швов стыковых соединений

3.2 Расчет режима сварки в среде углекислого газа угловых швов сварных соединений

4. Расчет режимов механизированной (полуавтоматической) и автоматической сварки под слоем флюса

4.1 Расчет режима сварки швов стыковых соединений

4.2 Расчет режима сварки угловых швов сварных соединений

Список используемой литературы



Введение

Методические указания по проведению практических занятий адресовано студентам очной и заочной формы обучения специальности 050501.65 Профессиональное обучение (машиностроение и технологическое оборудование), специализация Технологии и технологический менеджмент в сварочном производстве и предназначено для выполнения практических занятий и раздела «Расчет режимов сварки» курсовой работы (проекта).

В данном пособии приводятся расчеты режимов:

- ручной дуговой покрытыми электродами;

- механизированной и автоматической в среде углекислого газа;

- автоматической и полуавтоматической под флюсом;

- электрошлаковой сварки стыковых и угловых швов сварных соединений.

электрошлаковый сварка электрод флюс



1. Общие положения

При описании раздела «Расчет режимов сварки» следует:

а) дать определение режима, принятого для изготовления сварной конструкции вида сварки;

б) перечислить основные и дополнительные параметры режима выбранного вида сварки;

в) для примера привести расчет режима сварки стыкового или углового шва сварной конструкции, для чего сделать эскиз этого соединения в соответствии с типом соединения по ГОСТу на выбранный вид сварки.

2. Основные типы соединений, выполняемых под флюсом, регламентированы ГОСТ 8713-79 - «Сварка под флюсом, соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры».

3. Основные типы соединений, выполняемых в среде защитных газов также регламентированы ГОСТ 14771-76 - «Швы сварных соединений. Электродуговая сварка в защитных газах. Основные типы и конструктивные элементы».

4. Основные типы соединений, выполняемых электрошлаковой сваркой регламентированы ГОСТ 15164-78 - «Электрошлаковая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры».

5. Основные типы соединений, выполняемых ручной дуговой сваркой регламентированы ГОСТ 5264-80 - «Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы и конструктивные элементы».

6. Результаты расчетов режимов сварки следует занести в таблицу.



2. Расчет режимов ручной дуговой сварки

Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающую получение сварных швов заданных размеров, формы и качества.

При ручной дуговой сварке основными параметрами режима являются

Диаметр электрода, dэл, мм.

Сила сварочного тока, Iсв, А.

Напряжение на дуге, Uд, В.

Скорость сварки, Vсв, м/ч.

Дополнительными параметрами режима являются:

5. Род тока.

Полярность тока (при постоянном токе).

2.1 Расчет режима сварки швов стыковых соединений

Швы стыковых соединений могут выполняться с разделкой и без разделки кромок по ГОСТ 5264-80.

Диаметр электрода при сварке швов стыковых соединений выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей.

При выборе диаметра электрода при сварке стыковых швов в нижнем положении следует руководствоваться данными таблицы 1.

Таблица 1 - Рекомендуемые диаметры электродов при сварке стыковых швов в нижнем положении, мм

Толщина свариваемых деталей	Рекомендуемый диаметр электрода
6	4,0

При сварке многослойных швов на металле толщиной 10 - 12 мм и более первый слой должен свариваться электродами на 1 мм меньше, чем указано в таблице 1, но не более 5 мм (чаще всего 4 мм), так как применение электродов больших диаметров не позволяет проникнуть в глубину разделки для провара корня шва.

При определении числа проходов следует учитывать, что сечение первого прохода не должно превышать 30-35 мм2 и может быть определено по формуле:

F1 = (6 - 8) · dэл, мм2, (1)

а последующих проходов - по формуле:

Fс = (8 - 12) · dэл, мм2 , (2)

где F1 - площадь поперечного сечения первого прохода, мм2;

Fс - площадь поперечного сечения последующих проходов, мм2;

dэл - диаметр электрода, мм.

Для определения числа проходов и массы наплавленного металла требуется знать площадь сечения швов.

Площадь сечения швов представляет собой сумму площадей элементарных геометрических фигур, их составляющих. Тогда площадь сечения одностороннего стыкового шва выполненного без зазора можно определить по формуле:

F1 = 0,75 е · g , мм2 , (3)

а при наличии зазора в соединении - по формуле:



(F1 + F2) = 0,75 е · g + S · в, мм2, (4)

где е - ширина шва, мм; g - высота усиления шва, мм; S - толщина свариваемого металла, мм; в - величина зазора в стыке, мм.

Площадь сечения стыкового шва с V-образной разделкой и с подваркой корня шва (см. рис. 1) определяется как сумма геометрических фигур:

F = F1 + F2 + F3 + 2F4, (5)

Рисунок 1. Геометрические элементы площади сечения стыкового шва:

где S - толщина металла, мм; h - глубина проплавления, мм; c - величина притупления, мм; e - ширина шва, мм; e1 - ширина подварки корня шва, мм; в - величина зазора, мм; g - высота усиления шва, мм; g1 - высота усиления подварки корня шва, мм; б - угол разделки кромок.

Глубина проплавления определяется по формуле:

h = (S - c), мм. (6)

Площадь сечения геометрических фигур (F1 + F2) определяют по формуле 4, F3 - по формуле 3, а площадь прямоугольных треугольников F4 определяют по формуле:

x = h · tg б/2 (7)

;

Но рассматриваемая нами площадь V-образного шва состоит из двух прямоугольных треугольников, поэтому:

2F4 = h2 · tg б/2, мм2 . (8)

Подставляя значения элементарных площадей в формулу (5), получим:

Fн = 0,75 · е · g +в · S + 0,75 e1 · g1 + h2 · tg б/2, мм2 . (9)

При X-образной разделке площадь наплавленного металла подсчитывают отдельно для каждой стороны разделки.

Зная общую площадь поперечного сечения наплавленного металла (Fн), а также площадь поперечного сечения первого (F1) и каждого из последующих проходов шва (Fс), находят общее число проходов «n» по формуле:

n = (Fn-F1/Fс) + 1. (10)



Полученное число округляют до ближайшего целого n=1.

Расчет сварочного тока при ручной дуговой сварке производится по диаметру электрода и допускаемой плотности тока по формуле:

Iсв = Fэл · j = (р · dэл2 / 4) · j , А, (11)

где р - 3,14;

j - допустимая плотность тока, А/мм2;

Fэл - площадь поперечного сечения электрода, мм2;

dэл - диаметр электрода, мм.

Сварочный ток определяется для сварки первого прохода и последующих проходов только при сварке многопроходных швов.

Допустимая плотность тока зависит от диаметра электрода и вида покрытия: чем больше диаметр электрода, тем меньше допустимая плотность тока, так как ухудшаются условия охлаждения (см. табл. 2).

Таблица 2 - Допустимая плотность тока в электроде при ручной дуговой сварке

Вид покрытия	Диаметр стержня электрода, мм
	4
Основное	10.0

Напряжение на дуге при ручной дуговой сварке изменяется в пределах 20-36 В и при проектировании технологических процессов ручной дуговой сварки не регламентируется.

Поэтому напряжение на дуге следует принять какое - то конкретное.

Скорость перемещения дуги (скорость сварки) следует определять по формуле:

Vсв = Lн · Iсв / г · Fн · 100, м/ч, (12)

где Lн - коэффициент наплавки, г/А час; (см. табл. 3)

г - плотность наплавленного металла за данный проход, г/см3 (7,8 г/см3 - для стали);

Iсв - сила сварочного тока, А;

Fн - площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм2.

Скорость перемещения дуги (скорость сварки) определяют для первого прохода и последующих проходов только при сварке многопроходных швов. Результаты расчета режима сварки стыкового шва следует занести в табл. 3.

Таблица 3 - Режимы сварки стыкового шва и его размеры

Сварка	Режимы сварки
	dэл, мм	Iсв, А	Uд, В	Vсв, м/ч
Первого прохода	4.0	125.6	25	4.7

2.2 Расчет режима сварки угловых швов

При сварке угловых швов диаметр электрода выбирается в зависимости от катета шва.

Примерное соотношение между диаметром электрода и катетом шва при сварке угловых швов приведено в табл. 4.



Таблица 4 - Рекомендации по выбору диаметра электрода при сварке угловых швов

Катет шва, К, мм	5
Рекомендуемый диаметр электрода, dэл, мм	4,0

При ручной дуговой сварке за один проход могут свариваться швы катетом не более 8 мм.

При больших катетах швов сварка производится за два и более проходов Максимальное сечение металла, наплавленного за один проход, не должно превышать 30 - 40 мм2 (Fmax = 30ч40 мм2).

Площадь поперечного сечения углового шва, которую необходимо знать при определении числа проходов, рассчитывают по формуле:

Fн = Kу ·К2 / 2 мм2 , (13)

где Fн - площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм2;

К - катет шва, мм;

Ку - коэффициент увеличения, который учитывает выпуклость шва и зазоры.

Для наиболее часто встречающихся угловых швов с катетом 2 - 20 мм, коэффициент Ку выбирают по табл. 5.

Таблица 5 - Рекомендации по выбору коэффициента увеличения, учитывающий выпуклость шва и зазоры

Катет шва, К, мм	5
Коэффициент увеличения (Ку)	1,35

Определив примерную площадь сечения углового шва и зная максимально возможную площадь сечения, получаемую за один проход, находят число проходов «n» по формуле:

n = Fn / (30-40). (14)

Полученное дробное число округляют до ближайшего целого. n=1

Силу сварочного тока определяют по формуле:

Iсв = (р · d2эл /4) · j, (15)

А

где р - 3,14;

dэл - диаметр электрода, мм;

j - допустимая плотность тока, А/мм2.

Плотность тока выбирается в пределах, рекомендуемых табл. 2.

Напряжение на дуге при ручной дуговой сварке изменяется в пределах 20 - 38 В. Следует принять какое - то конкретное.

Скорость сварки определяют по формуле:

Vсв = Lн · Iсв / г · Fн ·100, м/ч, (16)

где Lн - коэффициент наплавки, г/А час;

г - плотность наплавленного металла, г/см3 (7,8 г/см3 - для стали);

Fн - площадь поперечного сечения наплавленного металла углового шва, см2;

Iсв - сила сварочного тока, А.

Значения коэффициентов наплавки для различных марок электродов приведены в табл. 6.

Таблица 6 - Коэффициенты наплавки для различных марок электродов

Марка электрода	Ток и полярность	Напряжение на дуге, В	Коэффициент наплавки, г/А·ч
УОНИИ 13/45	Постоянный прямой полярности	25	8,0

Результаты расчетов режима сварки угловых швов следует занести в табл. 7.

Таблица 7 - Режимы сварки угловых швов

Сварка	Режимы сварки
	dэл, мм	Iсв, А	Uд, В	Vсв, м/ч
Первого прохода	4	125.6	25	7.6

Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки приведены в приложении А.



3. Расчет режимов сварки в среде углекислого газа

Сварка в среде углекислого газа широко применяется при изготовлении конструкций из углеродистых, низколегированных, теплоустойчивых сталей, среднелегированных, хромоникелевых и аустенитных сталей.

Основные типы соединений, выполняемые в среде углекислого газа, регламентированы ГОСТ 14771-76.

Основными параметрами режима сварки в среде углекислого газа являются:

Диаметр электродной проволоки, dэл, мм.

Сила сварочного тока, Iсв, А.

Напряжение на дуге, Uд, В.

Скорость сварки, Vсв, м/ч.

Расход защитного газа, qr.

Дополнительными параметрами режима являются:

Род тока.

Полярность при постоянном токе.

3.1 Расчет режима сварки в среде углекислого газа швов стыковых соединений

Швы стыковых соединений могут выполняться как с разделкой, так и без разделки кромок.

Диаметр электродной проволоки (dэл) выбирается в зависимости от толщины свариваемых деталей. При выборе диаметра электродной проволоки при сварке швов в нижнем положении следует руководствоваться данными таблицы 8



Таблица 8 - Выбор диаметра электродной проволоки для сварки швов стыковых соединений

Толщина металла, мм	Форма подготовки кромок	Зазор в стыке, мм	Диаметр электродной проволоки, мм	Число проходов
1	2	3	4	5
4,5-6,0	Встык, без разделки кромок	0-1,5	2,0	1

Сила сварочного тока, (Iсв) выбирается в зависимости от глубины провара (h) и определяется по табл. 9.

Таблица 9 - Определение сварочного тока в зависимости от глубины провара

Толщина свариваемых деталей, мм	Формула определения сварочного тока, А
Меньше и равна 5	Iсв=90*h Iсв=80*4=320

Глубина провара (h) при сварке с первой стороны определяется по формуле:

h = S / 2 ± 1 мм, (17)

где S - толщина свариваемых деталей, мм.

Напряжение на дуге (Uд) выбирается по табл. 10.

Таблица 10 - Напряжение на дуге в зависимости от силы сварочного тока

Сила сварочного тока, А	Напряжение на дуге, В
320	32

Скорость сварки (Vсв) определяют по табл. 11.

Таблица 11 - Определение скорости сварки в зависимости от диаметра электродной проволоки

Диаметр электродной проволоки, мм	Формула для определения скорости сварки, м/ч
1,8-2,6	Vсв =

Расход углекислого газа (qr) выбирают по данным табл.12 в зависимости от марки свариваемого металла и толщины металла.

Таблица 12 - Расход углекислого газа в зависимости от толщины свариваемого металла стыкового соединения

Толщина металла, мм	Расход углекислого газа, л/мин
6	16

Результаты расчета режима сварки стыкового шва следует занести в табл. 13.

Таблица 13 - Режимы сварки стыкового шва в среде углекислого газа

Толщина металла, мм	Эскиз соединения	Параметры режима	Расход газа, л/мин
		dэл, мм	Iсв, А	Uд, м/ч	Vсв, м/ч	Число проходов “n”
6		2	320	32	25	1	16

3.2 Расчет режима сварки в среде углекислого газа угловых швов сварных соединений

При сварке угловых швов диаметр электродной проволоки выбирается в зависимости от толщины металла по табл. 14.

Таблица 14 - Выбор диаметра электродной проволоки для сварки угловых швов

Толщина металла, мм	Форма подготовки кромок	Катет шва, мм	Зазор в стыке,	Диаметр электрод. проволоки, мм	Число проходов «n»
6	Угловое без разделки кромок	6	1	2,0	1

Напряжение на дуге (Uд), силу тока (Iсв), скорость сварки (Vсв) определяют по номограмме (рис. 2).

Рисунок. 2. Номограмма для определения режимов полуавтоматической сварки в среде углекислого газа угловых швов диаметром электродной проволоки 1,6 мм

Чтобы определить режим сварки, обеспечивающий необходимый катет шва, выбирают точку, лежащую на линии заданного катета (Кр), в области, ограниченной штриховыми линиями, в зависимости от того, какой шов требуется получить: вогнутый, плоский или выпуклый.

Из этой точки провести линии на ось ординат, где получим значение сварочного тока, и ось абсцисс, где получим значение скорости сварки.

Напряжении на дуге берется в ближайшем прямоугольнике.

Расход углекислого газа выбирается по табл. 15.

Таблица 15 - Расход углекислого газа в зависимости от толщины свариваемого углового соединения

Толщина металла, мм	Расход углекислого газа, л/мин
6	16

Результаты определения режимов сварки угловых швов следует занести в табл. 16.

Таблица 16 - Режимы сварки углового шва в среде углекислого газа

Толщина металла, мм	Эскиз соединения	Параметры режима	Расход газа, л/мин
		Катет шва, мм	dэл, мм	Iсв, А	Uд, м/ч	Vсв, м/ч	Число проходов
6		6	2	320	32	25	1	16

Ориентировочные режимы механизированной (полуавтоматической) и автоматической сварки приведены в приложении Б



4. Расчет режимов механизированной (полуавтоматической) и автоматической сварки под слоем флюса

Конструктивные элементы подготовки кромок и виды сварных соединений (стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные) для автоматической и механизированной сварки под слоем флюса регламентированы ГОСТ 8713-79.

Основными параметрами режима автоматической и механизированной сварки под слоем флюса, оказывающим влияние на размеры и форму шва, являются:

Диаметр электродной (сварочной) проволоки, dэл, мм.

Сила сварочного тока, Iсв, А.

Напряжение на дуге, Uд, В.

Скорость подачи электродной проволоки,Vп.п., м/ч.

Скорость сварки, Vсв, м/ч.

Дополнительными параметрами режима являются:

Род тока.

Полярность (при постоянном токе).

Марка флюса.

4.1 Расчет режима сварки швов стыковых соединений

Расчет режима сварки начинают с того, что задают требуемую глубину провара при сварке с первой стороны, которая устанавливается равной:

h = S/2 ± (1-3), мм, (18)

где S - толщина металла, мм.

Силу сварочного тока, необходимую для получения заданной глубины проплавления основного металла, рассчитывают по формуле:

Iсв = (80-100)·h, А . (19)

Диаметр сварочной проволоки рассчитывают по формуле:

dэл = 2Iсв / j·р , мм, (20)

где Iсв - сила сварочного тока, А; р - 3,14;

j - плотность тока, приближенные значения которой приведены в табл. 17.

Таблица 17 - Допускаемая плотность тока в электродной проволоке при автоматической сварке стыковых швов

Диаметр электродной проволоки, мм	2
Допускаемая плотность тока, А/мм2	65

Напряжение на дуге принимают для стыковых соединений в пределах 32-40 В. Большему току и диаметру электрода соответствует большее напряжение на дуге. Выбрать конкретное напряжение.

Определяют коэффициент наплавки (LН), который при сварке постоянным током обратной полярности LН = 11,6±0,4 г/А ч, а при сварке на постоянном токе прямой полярности и переменном токе по формуле:

= A + B · Iсв/dэл , г/А·ч, (21)



где Iсв - сила сварочного тока, А;

dэл - диаметр электродной проволоки, мм;

А, В - коэффициенты, значения которых приведены в табл. 18.

Таблица 18 - Значения коэффициентов А и В

Марка флюса	Коэффициент А	Коэффициент В
	Постоянный ток прямой полярности	Постоянный ток прямой полярности
АН-348	2,8	0,1

Скорость сварки электродной проволокой диаметром 2 мм по формуле

= (8-12) · 103 / Iсв, м/ч . (22)

Скорость подачи сварочной проволоки (Vn.n.) определяют по формуле:

Vп.п. = 4· LН · Iсв / р · dэл 2, м/ч, (23)

где LН - коэффициент наплавки, г/А·ч; р - 3,14;

dэл - диаметр электродной проволоки, мм;

г - удельный вес наплавленного металла, г/см3 (7,8 г/см3 - для стали);

Iсв - сила сварочного тока, А.

Результаты, расчетов режима сварки стыковых соединений следует занести в табл. 19.



Таблица 19 - Режимы сварки стыкового шва

Зазор в стыке, мм	Режимы сварки
	dэл, мм	Iсв, А	Ug,,В	Vсв,м/ч	Vп.п.м/ч
	3	360	28	27,7	657

4.2 Расчет режима сварки угловых швов сварных соединений

Расчет режима сварки ведется в следующей последовательности:

Зная катет шва (К), определяют площадь поперечного сечения наплавленного металла, которая для шва без выпуклости высоты усиления определяется по формуле:

, мм2 , (24)

где К - катет шва, мм;

Выбирают диаметр электродной проволоки. Следует иметь в виду, что угловые швы с малым катетом (К=3-4мм) можно получить при использовании проволоки диаметром 2-3 мм; швы с катетом (К=5-6мм), получают при сварке проволокой диаметром 4-5 мм. Сварка диаметром более 5 мм не обеспечивает необходимого провара вершины углового шва и поэтому практического применения не находит, максимальный катет углового шва, который можно получить за один проход, независимо от диаметра электродной проволоки, равен 10 мм.

Для принятого диаметра электрода подбирают плотность тока по таблице 21, а затем определяют силу сварочного тока по формуле:



Iсв = (р · dэл2/ 4) · j, А, (25)

где j - допускаемая плотность тока в электродной проволоке при сварке угловых швов (табл. 20); р - 3,14;

dэл - диаметр электродной проволоки, мм.

Таблица 20 - Допускаемая плотность тока в электродной проволоке при сварке угловых швов

Диаметр электродной проволоки, мм	3
Допускаемая плотность тока, А/мм2	50

Зная величину сварочного тока и диаметр электродной проволоки, устанавливают оптимальное напряжение на дуге (UД).

При этом следует выбирать значения напряжения на дуге ближе к нижнему пределу диапазона оптимальных напряжений.

Таблица 20.1

Зависимость напряжения дуги от сварочного тока при сварке под флюсом
Ток, А	Напряжение дуги, В, при диаметре проволоки
	2 мм (флюс АН-348А)	5 мм (флюсы АН-348А и ОСЦ-45)
300-400	32-35	-

Зная площадь сечения наплавленного металла за один проход определяют скорость сварки по формуле:

V = LH · Iсв / FH · г, м/ч, (26)

где LH - коэффициент наплавки электродной проволоки, г/А·час;

Iсв - сила сварочного тока, А;

FН - площадь наплавленного металла, см2;

Y - удельный вес наплавленного металла, г/см3 (7,8 г/см3 - для стали).

Скорость подачи электродной проволоки (Vn.n.) определяется по формуле:

Vп.п. = 4 · LH · Iсв / FH · г , м/ч, (27)

где LH-коэффициент наплавки, г/А час;

Iсв- сила сварочного тока, А;

dэл - диаметр электродной проволоки, мм;

г - удельный вес наплавленного металла, г/см3

(7,8 г/см3 - для стали).

Результаты расчета режима сварки и размеров угловых швов следует свести в табл. 21.

Таблица 21 - Режимы сварки углового шва

Зазор в стыке, мм	Режимы сварки
	dэл, мм	Iсв, А	U,,В	Vсв,м/ч	Vп.п.м/ч
	3	353,25	28	129,8	519,3



Список используемой литературы

Основная:

1. Думов С.И. Технология электрической сварки плавлением. - М.: Машиностроение, 1987. - 347 с.

2. Думов С.И., «Технология электрошлаковой сварки плавлением». - М.: Машиностроение, - 1987г.

3. Маслов В.И. Сварочные работы. Изд-во М., 1999. - 246 с.

4. Окерблом Н.О., Демянцевич В.П., Байкова И.П., Проектирование технологии изготовления сварных конструкций. - Ленинград: 1983г.

5. Потапьевский А.Г., «Сварка в защитных газах плавящимся электродом». - М.: Машиностроение. - 1974.- 237 с.

6. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т. 1. Свариваемость материалов / Под. ред. Э.Л. Макарова. - М.: Металлургия, 1991. - 528с.

7. Т.2 Технология и оборудование / Под. ред. В.М. Ямпольского. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. - 574с.

Дополнительная:

8. ГОСТ 5264-80 - Ручная дуговая сварка соединения сварные. Основные типы и конструктивные элементы.

9. ГОСТ 8713-79 - Сварка под флюсом, соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

10. ГОСТ 14771 - 76 - Швы сварных соединений. Электродуговая сварка в защитных газах. Основные типы и конструктивные элементы.

11. ГОСТ 15164-78 - Электрошлаковая сварка соединения сварные. Основные типы, размеры конструктивных элементы и размеры.

Размещено на Allbest.ru

...