ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

РАСЧЕТ РЕЖИМОВ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ СОЕДИНЕНИЙ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

Последовательность расчета режима сварки двусторонних швов стыковых бесскосных соединений следующая.

1. Устанавливают требуемую глубину провара при сварке с одной стороны:

Ях = У/2. (32)

Иногда глубину провара при сварке с одной стороны задают на 2—3 мм больше или меньше половины сечения.

2. Выбирают силу сварочного тока, обеспечивающую задан­ную глубину проплавлення:

/св = -^100,

где Z/j — необходимая глубина провара при сварке с одной сто­роны, мм; к1г — коэффициент пропорциональности, величина кото­рого зависит от условий проведения сварки. Значения коэффи­
циента kh, характерные для средних значений тока при механи­зированной сварке проволокой данного диаметра под кислыми высокомарганцовистыми флюсами ОСЦ-45 и АН-348А, а также в среде углекислого газа, приведены в табл. 41.

3. Выбирают диаметр электродной проволоки. Ориентировочно диаметр электродной проволоки может быть определен по фор­муле

^ = 1.131//св7/>

где 7 — допускаемая плотность тока.

Допускаемая плотность тока при автоматической сварке сты­ковых швов без скоса кромок зависит от диаметра электрода:

d3, мм........................................... 2 3 4 5 G

/, А/мм2 .................................. 65—200 45—90 35—60 30—50 25—45

4. Для сохранения геометрического подобия сварочной ванны необходимо, чтобы коэффициент формы ванны оставался неиз­менным:

Ф = — = const, г е

где L — длина ванны; е — ширина ванны.

Если в это уравнение подставить значения L и е, определен­ные согласно теории распространения теплоты при СЕарке, то получим

Ф = ^ у 2л7ш ^qVcB =zA' ^ qVcB = C0I13t -

7 л. И. Акулов и др. 193

Это означает, что для сохранения геометрического подобия ванны произведение ICBvcв должно поддерживаться в определен­ных пределах /свНсв = А. Поэтому при выборе скорости сварки

можно воспользоваться формулой

vCB = А/1СВ. (33)

Установлено, что для получения швов требуемой формы, обладающих высокой технологической прочностью, значения А в формуле (33) следует принимать в пределах, приведенных ниже:

TOC o "1-5" h z dg, мм... 1,2 1,6 2,0

А, А ■ м/ч... (2 -f - 5) X103 (5 -Ь 8) X М3 (8-ь12)хЮ3

£?з, мм... 3,0 4,0 5,0 6,0

А, А-м/ч... (12 А-16) X Ю3 (16 - V - 20) X М3 (20 А - 25) х Ю3 (25 А - 30) х 10®

5. Для принятого диаметра электрода и силы сварочного тока определяют оптимальное напряжение дуги

С/д=20 + ^-^/св±1. (34)

йэ

6. Рассчитывают погонную энергию и по формуле (23)—(28) определяют основные размеры шва. Если глубина провара и дру­гие размеры шва удовлетворяют поставленным требованиям, то аналогично рассчитывают режим сварки с другой стороны шва. В случае необходимости проводят корректировку режима.

Последовательность расчета режима сварки швов стыковых со­единений со скосом кромок аналогична предыдущему.

Выбирают режим сварки по формулам (32)—(34) и определяют основные размеры шва для сварки без разделки. После этого по формуле (30) находят глубину провара при наличии разделки, определив сначала g' по формуле (31). Если шов стыкового соеди­нения с разделкой кромок выполняют за несколько проходов, то первоначально определяют режим сварки одним проходом с одной стороны (при двусторонних швах). Главная задача при этом — получение требуемой величины проплавления притупле­ния Но (рис. 100), которую желательно иметь максимально воз­можной. Однако нри сварке одним проходом на чрезмерно боль­ших токах можно получить очертания провара, создающие небла­гоприятные условия кристаллизации, приводящие к образованию горячих трещин. Поэтому допускаемую плотность тока в электроде ограничивают меньшей величиной. Так, при d3 — b мм j ^46 А/мм2; при (1Э = 0 мм /э ^ 40 А/мм2.

Поэтому, выбрав для сварки одним проходом диаметр элек­трода, по допускаемой плотности рассчитывают силу сварочного тока, затем по формуле (34) находят оптимальное напряжение дуги и по выражению (24) — коэффициент формы провара. Ско­рость сварки определяют по формуле (33). После этого по форму­

лам (23)—(28) определяют основные раамеры шва, которые имели бы место при сварке на принятом режиме сты­кового бесскоспого соединения, и по формуле (29) — общую высоту шва.

Полагая, что при сварке на при­нятом режиме с разделкой общая высота шва С остается неизменной, можно определить Н'о (рис. 100):

m=c-gf,

где g’ — высота заполнения разделки одним проходом (рис. 100);

(35)

где FfI — площадь поперечного сечения металла, наплавленного за данный проход; Ъ — зазор в стыке; С — общая высота шва; а — угол разделки.

Режим сварки одним проходом с другой стороны шва выбирают исходя из условий обеспечения провара притупления:

Щ+Щ = с+к.

Режим сварки последующими проходами и их число выбирают исходя из условий заполнения разделки и получения поверхности шва, имеющей плавное сопряжение с основным металлом.

Последовательность выполнения режима сварки швов тав­ровых соединений, свариваемых в лодочку, с некоторым приближе­нием можно определить так же, как для стыковых соединений с углом разделки а — 90°.

Однако режим сварки угловых швов необходимо выбирать с учетом специфических особенностей их формирования. При получении плоских или выпуклых швов ширина шва всегда должна быть равна расстоянию по горизонтали между сваривае­мыми деталями (рис. 101, а). Если ширина шва будет больше

а — удовлетворительное; б — подрезы

этого расстояния, то неизбежны подрезы (рис. 101, б). Поэтому коэффициент формы шва таврового соединения, равный отноше­нию ширины шва к общей высоте его (ф = е/С), должен быть не больше 2. Вместе с этим слишком глубокие и узкие ШВЫ (с ма­лый! коэффициентом формы) склонны к образованию горячих трещин из-за неблагоприятных условий кристаллизации.

Практикой установлено, что удовлетворительное формиро­вание угловых швов получается на режимах, при которых плот­ность тока в электроде находится в пределах, указанных ниже.

Диаметр электрода, ми... . 5 4 3 2

Допустимая плотность тока,

А/мм2 ......................................... 30—40 35—55 45 -85 60—150

В некоторых случаях возможны незначительные отклонения за пределы вышеуказанных диапазонов.

При расчете режима сварки технолог должен обеспечить получение катета шва, назначенного конструктором при расчете прочности или по конструктивным соображениям. По заданному катету шва определяют площадь поперечного сечения наплавлен­ного металла при получении плоского шва:

FH = k*/2.

Выбрав диаметр электрода по допускаемой плотности, опре­деляют величину сварочного тока и скорость сварки, обеспечи­вающую при данной величине сварочного тока требуемую пло­щадь наплавки F„ по формуле (19).

Получение швов с плоской вогнутой или выпуклой поверх­ностью зависит от соотношения между величиной сварочного тока и скоростью сварки. При сравнительно невысоких токах и больших скоростях сварки получаются вогнутые швы; наоборот, при сварке на больших токах и невысоких скоростях получаются выпуклые швы. На рис. 102, построенном в координатах сила тока — скорость, область режимов, при которых получаются

выпуклые швы, отделена от области режимов, дающих вогнутые швы, прямой линией, описываемой урав­нением

/Кр = /о - f - mvCB, (ЗО)

где І кр — критический ток, т. е. такой сварочный ток, при котором для данной скорости сварки полу­чается шов с плоской поверхностью; /0 — условный критический ток при нулевой скорости сварки; для авто­матической и полуавтоматической
сварки I0 — 350 А; т — коэффициент, характеризующий наклон прямой (36).

Дпаметр электрода, мм.................................. 2 3 4 5

т, А - ч/м........................................................ 2 4,5 7 10

Если /с„ = 7кр, то получается гаов с плоской поверхностью; если 1СВ < /[(р — шов с вогнутой поверхностью; если /св > /кр — шов с выпуклой поверхностью.

По формуле (34) находят значение напряжения дуги и по (24) коэффициент формы провара, при этом необходимо иметь в виду, что напряжение дуги следует выбирать ближе к нижнему пре­делу диапазона оптимальных значений. Определив погонную энергию qn, находят глубину провара и другие размеры шва при сварке стыкового бесскоспого соединения на принятом ре­жиме.

Полагая, как и в предыдущих случаях, что общая высота шва при наплавке и сварке с разделкой кромок остается при данном режиме неизменной, полученное значение С и будет общей высо­той углового шва.

Тогда можно определить глубину проплавления Н0 (рис. 101):

Но^С-С;

высота наплавленного металла С' (полагая а = 90°)

С' — Y^n-

Зная Н0, можно определить глубину проплавления вертикаль­ной стенки тавра п = (0,8 Ч - 1,0) Н0.

Если предъявляется требование обеспечить сплошной провар стенки тавра, а при максимально допустимой плотности тока обеспечить требуемую глубину проплавлення невозможно, то прибегают к разделке кромок, проходом металл размещается в разделке, общую высоту за­полнения можно рассчитать пс формуле (35). Если же наплав­ленный металл при выполнении сварки одним проходом не раз­мещается в разделке, то общая высота наплавленного металла с = с -+ с. г (рис. 103). Соглас­но этому

т_= /г/cos а, где h — глубина разделки.

с[ = т cos --; F, = (с[)2 lg ;

которая преобразуется в уравнение вида

TOC o "1-5" h z A(cQ‘ + ffd + D = 0, (38)

где коэффициенты А, В п D при отсутствии зазора

+ (39)

B = 2ei, D = — 2F2. (40)

Если между стенкой тавра и полкой имеется зазор величиной Ь, то коэффициент Л и В в уравнении (38) определяют по формулам (ЗУ) и (40), а коэффициент D — по формуле

D = - - ф - т2 sin у — 2FH.

C0S 2

Суммируя сі и С2, находят высоту наплавленного металла С', а зная общую высоту шва С (рассчитанную при наплавке на дан­ном режиме), определяют глубину проплавления притупления и тем самым решают вопрос о пригодности принятого режима для обеспечения сплошного провара стенки тавра.