ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

РАСЧЕТ РЕЖИМОВ И РАЗМЕРОВ ШВА ІІРИ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКЕ

Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров, формы и качества. При ручной дуговой сварке это диаметр электрода, сила сварочного тока, напряжение дуги, площадь поперечного сечения шва, выполняемого за один про­ход дуги, число проходов, род тока, полярность и др.

Определение режима сварки обычно начинают с выбора диа­метра электрода, который назначают в зависимости от толщины листов при сварке швов стыковых соединений и от катета шва при сварке швов угловых и тавровых соединений. Практические рекомендации по выбору диаметра электрода при­ведены ниже.

TOC o "1-5" h z Толщина деталей при сварке встык, мм. . . 1,5—2 3 4—8 9—12 13—15 16—20 20

Диаметр электрода, мм 1.6—2 3 4 4—5 5 5—6 6—10

Катет шва при сварке угловых и тавровых соединений, мм...... 3 4—5 6—9

Диаметр электрода, мм.................................................. 3 4 5

При сварке многопроходных швов стыковых соединений первый проход должен выполняться электродами диаметром не более 5 мм, чаще всего диаметром 4 мм, так как применение электродов большего диаметра не позволяет в необходимой степени проник­нуть в глубину разделки для провара корня шва.

При сварке угловых и тавровых соединений, как правило,

за один проход выполняют швы катетом не более 8—9 мм. При

необходимости выполнения шва с большим катетом применяется сварка за два прохода и более.

При определении ч п с л а II р О X о д о в следует МЛіЄТЬ в ви­ду, что максимальное поперечное сечение металла, наплавленного за один проход, не должно пре­вышать 30—40 мм2. Для определе­ния числа проходов при сварке угловых и тавровых соединений общая площадь поперечного сече­ния наплавленного металла может быть вычислена по формуле

FH = кук2/2, (12)

где Fн — площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм2; ку — коэффициент увеличения, учитывающий наличие зазо­ров и выпуклость («усиление») шва; к — катет шва, мм.

Значения ку выбирают в зависимости от катета шва:

Катет шва, мм .... 3—4 5—6 7—10 12—20 20—30 30

ку...................................... 1,5 1,35 1,25 1.15 1,10 1,05

При сварке швов стыковых соединений площадь поперечного сечения (мм2) металла, наплавляемого за один проход, при кото­рой обеспечиваются оптимальные условия формирования, должна составлять:

для первого прохода (при проварке корня шва)

TOC o "1-5" h z Л=(б-*-»К; (13)

для последующих проходов

Fn = (8 Ч-12К - (14)

Для определения числа проходов при сварке швов стыковых соединений с разделкой кромок необходимо рассчитать общую площадь поперечного сечения наплавленного металла (рис. 90):

FH — 2F' + F"JrF"' (15)

или

FH = hng% + bS + lq(2hlg^ + b + G). (16)

Зная общую площадь поперечного сечения наплавленного металла и площади поперечного сечения наплавленного металла при первом и каждом последующем проходах (13) и (14), найдем число проходов

Сила сварочного тока при ручной дуговой сварке может быть определена в зависимости от диаметра электрода и допустимой плотности тока:

где da — диаметр электрода (стержня), мм; / — допускаемая плот­ность тока, А/мм2 (табл. 40).

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

/сп = kda (10

Дів — /']/// Ї

/(•в = 4 (к2 + ad3).

где — 20 -4- 25; к2 = 20; а = 6 — коэффициенты, определен­ные опытным путем.

Наиболее удобно при определении силы сварочного тока пользоваться формулой (17). Значение к в ней выбирают в зави­симости от диаметра электрода:

Диаметр электрода, мм 2 3 4 5 6

к........................................ 25—30 30—45 35—50 40—55 45—60

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

Для вычисления величины сварочных деформаций и некото­рых других расчетов бывает необходимо учесть тепловое воз­действие на свариваемый металл, определяемое погонной энергией qn. Погонной энергией называется отношение мощ­ности дуги q к скорости сварки vCB:

q 0,24/св0 дТ]„

9п = — = - , (18)

^СВ ^СВ

где £7Д — напряжение дуги, В; ц — эффективный к. п. д. дуги.

где а„ — коэффициент наплавки г/А • ч; у — плотность наплав­ленного металла, г/см3; FH — площадь поперечного сечения наплавленного металла за данный проход, см2.

Скорость сварки может быть определена по формуле

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

Таким образом, зная режим сварки, погонную энер­гию можно вычислить по формуле (18). Однако при разработке вариантов технологического процесса по условиям получения сварной конструкции с минимальными конечными деформациями, при технико-экономическом обосновании выбора варианта и других предварительных разработках возникает необходимость оценки величины погонной энергии в зависимости от размеров шва.

Это может быть выполнено, если в уравнение (18) подставить значение Пев согласно формуле (19) и значение всех постоянных обозначить коэффициентом А. Несмотря па существенное разли­чие величин коэффициентов наплавки для электродов различных марок, отношение UnlaH изменяется в относительно узких пре­делах. Тогда значение погонной энергии будет пропорциональ­ным площади поперечного сечения наплавленного металла:

(7л - AFH.

Для различных марок электродов среднее значение коэффи­циента А — 14 500. Поэтому при приближенных подсчетах вели­чины погонной энергии можно пользоваться формулой

(7п = 14 500/'ш

где Fn — площадь поперечного сечения металла, наплавленного за данный проход, см2.

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

При необходимости глубина прова р а при наплавке валика на лист с достаточной для практических целей степенью

Если в формулу (21) подставить значения всех констант для низкоуглеродистых или низколегированных конструкционных сталей, то расстояние до изотермы Тпл — 1500° С

/- = 0,0112

Так как действительные условия ввода теплоты в изделие при ручной дуговой сварке отличаются от расчетной схемы, при­нятой при выводе формулы (20), то глубина провара II = (0,5 - f - ~ 0,7) г. При технологических расчетах иногда возникает необ­ходимость определения высоты заполнения раз­делки одним или несколькими проходами (С, рис. 91). Эго

Рпс. 92. График для определеппя площади наплавлен­ного металла в нше: а — стыковом ; б — угловом

может быть достигнуто реше­нием квадратного уравнения вида

С2 + пС + т = О,