Определение параметров режима при механизированной сварке под флюсом односторонних и двухсторонних стыковых швов

Основными размерами швов, выполненных автоматической сваркой под слоем флюса, влияющими на качество и работоспособность сварного соединения, являются: глубина провара h, ширина шва , высота валика с(см. рисунок 17).

Рис. 17. Основные размеры стыковых швов, выполненных

автоматической сваркой под флюсом

Отношение ширины шва к глубине провара h называют коэффициентом формы провара ψ_пр:

(5.1)

Отношение ширины шва к высоте валика с называют коэффициентом формы валика ψ_в:

(5.2)

При сварке стыковых швов с разделкой кромок величину проплавления нескошенной части называют глубиной проплавления притупления и обозначаютh₀.

Чтобы рассчитать режим сварки, обеспечивающий заданные размеры и форму шва, необходимо установить связь между отдельными параметрами режима и размерами шва.

Основными параметрами режима автоматической сварки под флюсом, оказывающими влияние на размеры и форму шва, являются: сварочный ток, напряжение на дуге, скорость сварки, диаметр электрода или плотность тока в электроде.

Основное влияние на размеры и форму шва оказывает количество теплоты, выделяемое дугой, и условия ввода этого тепла в изделие.

Увеличение силы сварочного тока приводит к возрастанию мощности дуги, вследствие чего увеличивается количество расплавленного металла, как электродного, так и основного. Поэтому увеличение сварочного тока приводит к возрастанию глубины провара, высоты валика и ширины шва. При этом, вследствие увеличения давления дуги, жидкий металл более интенсивно вытесняется в хвост сварочной ванны и дуга оказывает прямое воздействие на «дно» сварочной ванны, как бы заглубляясь в металл; поэтому главным образом сварочный ток оказывает влияние на глубину провара и высоту валика, а ширина шва увеличивается незначительно. Коэффициенты формы провара и формы валика вследствие этого интенсивно уменьшаются.

Увеличение напряжения на дуге также приводит к росту тепловой мощности дуги. Так как при возрастании напряжения длина дуги увеличивается, то тепло вводится в изделие по большей площади, что приводит к интенсивному росту ширины шва и снижению высоты валика.

Характер влияния напряжения на дуге на глубину провара зависит от величины сварочного тока.

При больших токах, когда дуга «заглублена» в основной металл, увеличение напряжения на дуге первоначально приводит к увеличению глубины провара; дальнейший рост напряжения связан со значительным удлинением дуги, и увеличение тепловой мощности не компенсирует возрастающих потерь поверхностью столба дуги. При этом существенно уменьшается давление дуги на металл сварочной ванны, который накапливается в основании столба дуги достаточно толстым слоем, препятствуя непосредственному воздействию дуги на основной металл. Вследствие этого глубина провара начинает падать.

При сварке на средних токах увеличение напряжения на дуге приводит к росту глубины провара лишь в диапазоне очень низких напряжений. Дальнейшее увеличение напряжения вызывает снижение глубины провара.

При сварке на малых токах напряжение на дуге оказывает незначительное влияние на глубину провара.

Увеличение скорости сварки во всем диапазоне вызывает уменьшение ширины провара и некоторое уменьшение высоты валика.

Характер влияния скорости сварки на глубину провара при разных диапазонах скоростей различен. Увеличение скорости сварки до 15—20м/час (при использовании электродной проволоки диаметром 4—5мм), несмотря на уменьшение погонной энергии, вызывает некоторое возрастание глубины провара, вследствие того, что при этом уменьшается количество жидкого металла в основании столба дуги. Поэтому непосредственное воздействие дуги на нерасплавленный металл усиливается.

В диапазоне 20—40м/час скорость сварки мало влияет на глубину провара. Дальнейшее увеличение скорости сварки вызывает снижение глубины провара.

Диаметр электрода при неизменной мощности дуги и скорости сварки также оказывает существенное влияние на размеры и форму шва.

С увеличением диаметра электрода при неизменном значении тока усиливается блуждание активного пятна по поверхности ванны, тепло дуги распределяется по большей площади, вследствие чего ширина шва увеличивается, а глубина провара и высота валика уменьшаются. Наоборот, при сварке электродной проволокой малого диаметра, когда плотность тока в электроде возрастает, блуждание активного пятна по поверхности ванны ослабевает, тепло вводится более концентрированно. В результате этого увеличивается глубина провара и высота валика, а ширина шва уменьшается. Росту высоты валика способствует также значительное увеличение коэффициента расплавления, а следовательно, и количества расплавленного электродного металла.

Коэффициенты формы провара и валика с уменьшением диаметра электродной проволоки резко уменьшаются.

Режим сварки обычно устанавливают исходя из условий обеспечения заданных размеров шва и сплошности сварного соединения.

Для обеспечения сплошного провара при двусторонней однопроходной автоматической сварке необходимо, чтобы размеры шва удовлетворяли следующим требованиям (рис. 28 и формулы (5.3):

h₁ +h₂= d + k

h > d - S (5.3)

k > 0

d -толщина свариваемых листов,

h₁ –глубина провара при сварке с первой стороны,

h₂ - глубина провара при сварке с второй стороны,

k - величина перекроя,

S –толщина нерасплавленного слоя металла под сварочной ванной.

При проектировании технологических процессов сварки необходимо определить режимы сварки, обеспечивающие получение швов заданных размеров, формы и качества.

Метод расчета режимов, предложенный Ленинградским политехническим институтом приближенный, но для инженерных расчетов достаточно точен.

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

h_{1 =}d/2 ±(1÷3)мм (5.4)

Затем определяют сварочный ток, имея в виду, что в среднем каждые 80-100А дают глубину провара 1мм, т.е.

I_св = (80 ÷100) h (5.5)

Скорость сварки устанавливается в зависимости от принятой величины сварочного тока.

Уже отмечалось, что для сохранения геометрического подобия сварочной ванны при изменении тепловой мощности дуги необходимо qv_св поддерживать постоянным. Так как изменение тепловой мощности дуги пропорционально изменению тока, то для сохранения необходимой формы сварочной ванны произведение сварочного тока на скорость сварки должно находиться в определенных пределах. Как известно из практики, формируется шов удовлетворительно тогда, когда произведение силы тока (А) на скорость сварки (м/час) при автоматической сварке электродной проволокой диаметром 4-6ммнаходится в пределах 20000-30000.

Исходя из этого скорость сварки при автоматической сварке электродной проволокой диаметром 4-6мм можно определить по формуле:

V_св = (20 ÷ 30) 10³/ I_св ( м/час) (5.6 )

При этом следует иметь в виду, что при автоматической сварке скорость сварки не должна выходить за пределы 15-60м/час. Диаметр электродной проволоки может быть определен по формуле (5.7) по установленной величине сварочного тока и допускаемой плотности тока j в электроде, которая при автоматической сварке изменяется в довольно широких пределах, как можно видеть из табл. 4.

d _Эл= 2√ I_св/πj (5.7)

I_св=π· d_эл²/4·i,(5.8)

где i – допускаемая плотность тока по табл.4.

Таблица 4

Или скорость сварки можно определить по формуле

U_св=A/I_св ,(5.9)

где А-коэффициент, назначается по табл. 6.

Диаметр электродной проволоки назначается в зависимости от толщины свариваемого металла, согласно табл.5.

Таблица 5

Значение коэффициента А при сварке под флюсом выбирают по табл.6.

Таблица 6

Зная величину сварочного тока и диаметр электродной проволоки, по кривым рис. 24 устанавливают оптимальное напряжение на дуге U_д и определяют коэффициент формы провара при данном режиме сварки или

U_д=20+0,05Iсв/ d_эл^0,5; (5.10)

Погонная энергия сварки

q_n=8,64I_св·U_д·h_и /Vсв(5.11)

где h_и-эффективный к.п.д. процесса сварки под флюсом, принимается 0,9.

Скорость подачи сварочной проволоки

V_nn=4·α_н·I_св/π d_эл² ρ, (5.12)

где α_н – коэффициент наплавки, г/Ач;(приложение 5)

После этого рассчитывают фактическую глубину провара по формуле (5.13) для малоуглеродистой стали при сварке стыкового бесскосного соединения и нулевом зазоре в стыке.

h =0,0156√g/ ψ_прV_св (5.13)

Определив глубину провара h, по формуле , находят ширину шва b.

Теперь надо рассчитать коэффициент формы валика

Для этого определяют площадь наплавки F_нпо формуле

F_н= α_н I_св/100pV_св (5.14)

при этом α_н выбирается по рис.27,

а p - удельный вес - для низкоуглеродистой стали 7,8 г/см³

Высота валика определяется по формуле

с = (1,35÷1,40) F_н/b (5.15)

После этого находят коэффициент формы валика

Значение коэффициента формы валика ψ_в должно быть в пределах от 7 до 10. Значение ψ_в<6 даст высокие и узкие швы с резким переходом от основного металла к металлу шва. При этом концентрация напряжений в месте перехода от основного металла к шву может вызвать при знакопеременных нагрузках появление усталостных трещин. При ψ_в>12 швы получаются слишком широкие и низкие. В этом случае излишне расплавляется основной металл. Кроме того, вследствие колебаний уровня жидкого металла ванны могут возникать местные уменьшения сечения шва и на отдельных участках сечение шва может оказаться меньше сечения основного металла.

Если в результате расчета оказывается, что ψ_в<7, то необходимо делать разделку, чтобы убрать в нее излишнее количество наплавленного металла.

Одновременно следует иметь в виду, что при разделке глубина провара, определенная по формуле 5.13, изменится. Это следует учитывать при дальнейшем ходе расчета.

Как известно, согласно экспериментальным данным С.А. Островской, профиль провара при одном режиме сварки остается практически неизменным независимо от типа шва. То есть - тип шва, зазоры или разделка влияют главным образом на соотношение долей основного и наплавленного металла, а контур провара во всех случаях практически одинаков (рис. 31).

Во всех случаях при неизменном режиме общая высота шва остается постоянной как при наплавке, так и при сварке в стык без разделки и с разделкой кромок, а также при сварке угловых швов: Н =h +с =const (5.16)

Поэтому соотношения между основными размерами шва, определенные для сварки в стык без зазора, могут быть пересчитаны, если на этом же режиме сваривается соединение в стык с разделкой кромок или при наличии зазора.

Этот пересчет производится следующим образом. Зная h, b, с и F_н при сварке на данном режиме cтыкового шва без зазора и размеры разделки (глубину f и угол разделки α⁰ – см. рис. 17), находят площадь разделки по формуле

F= f²tg a/2

Тогда площадь валика при разделке будет

F_в= F_н – F_р

Зная площадь валика Fв, можно найти высоту валика при разделке согласно формуле с^/ = (1.35 ÷ 1,4) F/b

Имея в виду, что Н = const [см. формулу (5.16)], можно определить и фактическую глубину провара при разделке:

h^/ = Н - с^/ (5.17)

Если размеры разделки не заданы, а при сварке в стык без разделки ψ_в<7, то производится расчет размеров разделки в следующем порядке:

Задаются желаемой величиной коэффициента формы валика ψ_в' (в пределах 7-10)и, полагая, что ширина шва при разделке остается практически неизменной, определяют площадь валика Fв по формуле

F_в =(1/1,35 ÷ 1/1,4) b с^/ = (0,74 ÷ 0,715) b² с^/ /b = (0,74÷0,715) b²/ψ_в (5.18)

Тогда необходимая площадь и глубина разделки определятся как:

F_р= F_н – F_в (5.19)

f =√ F_р/ tg a/2

где α — угол разделки, который обычно принимают равным 50 - 60°.

Определив таким образом режим сварки с первой стороны и основные размеры получающейся при этом части шва, в соответствии с формулой (5.3) назначают глубину провара для сварки со второй стороны.

Затем производят расчет режима сварки и основных размеров сечения шва, как было показано выше.

С целью расширения диапазона толщин, свариваемых в стык без скоса кромок, сборку под сварку в некоторых случаях производят с заранее заданным зазором в стыке (рис. 32).

При этом часть наплавленного металла размещается в зазоре, высота валика уменьшается, а глубина провара увеличивается.

При определении глубины провара при сварке стыковых соединений с заранее заданным зазором сначала находят глубину провара, ширину шва, высоту валика и общую высоту шва, которые имели бы место при сварке на этом режиме стыкового соединения без зазора.

Затем определяют высоту валика с' с учетом размещения части наплавленного металла в зазоре (рис. 32).

В этом случае общая площадь наплавленного металла

F_н = Н·а ÷ 0,73 с^/ b - с^/а

Отсюда с^/= (F_н - Н·а)/ ( 0,73 b – а) (5.20)

Определив с', в соответствии с формулой (5.21) находят h'.

h^/ = Н - с^/ (5.21)

Расчет режима сварки завершен.

Выполняется эскиз подготовки кромок, эскиз выполненного шва и таблица полученных результатов.

Поиск по сайту: