Как найти режим сварки

При ручной дуговой сварке (наплавке) к параметрам режима сварки относятся сила сварочного тока, напряжение, скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), род тока, полярность и др.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и положения шва в пространстве.

При выборе диаметра электрода для сварки можно использовать следующие ориентировочные данные:

В многослойных стыковых швах первый слой выполняют электродом 3–4 мм, последующие слои выполняют электродами большего диаметра.

Сварку в вертикальном положении проводят с применением электродов диаметром не более 5 мм. Потолочные швы выполняют электродами диаметром до 4 мм.

При наплавке изношенной поверхности должна быть компенсирована толщина изношенного слоя плюс 1–1,5 мм на обработку поверхности после наплавки.

Сила сварочного тока, А, рассчитывается по формуле:

где К – коэффициент, равный 25–60 А/мм; d_Э – диаметр электрода, мм.

Коэффициент К в зависимости от диаметра электрода d_Э принимается равным по следующей таблице:

Силу сварочного тока, рассчитанную по этой формуле, следует откорректировать с учетом толщины свариваемых элементов, типа соединения и положения шва в пространстве.

Если толщина металла S ≥ 3d_Э, то значениеI_СВ следует увеличить на 10–15%. Если же S ≤ 1,5d_Э, то сварочный ток уменьшают на 10–15%. При сварке угловых швов и наплавке, значение тока должно быть повышено на 10–15%. При сварке в вертикальном или потолочном положении значение сварочного тока должно быть уменьшено на 10–15%.

Для большинства марок электродов, используемых при сварке углеродистых и легированных конструкционных сталей, напряжение дуги U_Д= 22 ÷ 28 В.

Расчет скорости сварки, м/ч, производится по формуле:

где α_Н – коэффициент наплавки, г/А ч (принимают из характеристики выбранного электрода по табл. 9 приложения); F_ШВ – площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке (или одного слоя валика при многослойном шве), см²; ρ – плотность металла электрода, г/см³ (для стали ρ =7,8 г/см³).

Масса наплавленного металла, г, для ручной дуговой сварки рассчитывается по формуле:

где l – длина шва, см; ρ – плотность наплавленного металла (для стали ρ=7,8 г/см³).

Расчет массы наплавленного металла, г, при ручной дуговой наплавке производится по формуле:

где F_НП – площадь наплавляемой поверхности, см²; h_Н – требуемая высота наплавляемого слоя, см.

Время горения дуги, ч, (основное время) определяется по формуле:

Полное время сварки (наплавки), ч, приближенно определяется по формуле:

где t_O – время горения дуги (основное время),ч; k_П – коэффициент использования сварочного поста, который принимается для ручной сварки 0,5 ÷ 0,55.

Расход электродов, кг, для ручной дуговой сварки (наплавки) определяется по формуле:

где k_Э – коэффициент, учитывающий расход электродов на 1 кг наплавленного металла (табл. 9 приложения).

Расход электроэнергии, кВт ч, определяется по формуле:

где U_Д– напряжение дуги, В; η– КПД источника питания сварочной дуги; W_O–мощность, расходуемая источником питания сварочной дуги при холостом ходе, кВт; Т– полное время сварки или наплавки, ч.

Значения η источника питания сварочной дуги и W_O можно принять по таблице:

Выбор и обоснование источника питания сварочной дуги может быть осуществлен по табл. 1–5 приложения.

Расчет режимов сварки.

4.1
Расчет режимов сварки для ручной дуговой
сварки покрытыми электродами.

Определение режимов
сварки обычно начинают с диаметра
электрода, который назначают в зависимости
от толщины листов при сварке швов
стыковых соединений.

Так при толщине
листов 4-8 мм диаметр электрода равен,
[3, C.
180]: d_э
= 4 мм.

При ручной дуговой
сварке в соответствии с ГОСТ 5264-80
установлены следующие геометрические
размеры подготовки кромок под сварку
и размеры сварного шва, которые приведены
в таблице 6.

Таблица 4.1 — ГОСТ
5264-80, геометрические размеры подготовки
кромок под сварку и сварного шва

Расчет производим
согласно формулам [3,C.180]
:

Определим площадь
поперечного сечения наплавленного
металла по формуле:

(1)

Данные (смотри
таблицу 6) подставим в формулу (3) и
получим:

Определим силу
сварочного тока.

При ручной
дуговой сварки сила тока выбирается в
зависимости от диаметра электрода и
допускаемой плотности тока:

,
(2)

где d_э
– диаметр
электрода;

j
– плотность тока, согласно [3,С.182, таблица
40] для электродов с фтористо-кальциевым
покрытием и диаметром 4мм, плотность
тока равна:j
= 10 – 14,5 А/мм².

Тогда, сила тока
равна:

А
.

Расчетные
значения тока отличаются от фактических,
то для электродов марки ЦЛ-11 диаметром
4мм для сварки в нижнем положении по
ГОСТ 9466-60, принимаем:

Определим
напряжение дуги по формуле:

,
(3)

.

Напряжение дуги
при ручной дуговой сварке изменяется
в сравнительно узких пределах и при
проектировании технологических процессов
сварки выбирается на основании
рекомендаций сертификата на данную
марку электродов, [3,c.182].

Для вычисления
величины сварочных деформаций и некоторых
других расчётов бывает необходимо
учесть тепловое воздействие на свариваемый
металл, определяемой погонной энергией,
[3,с.182]:

(4)

где U_д—
напряжение дуги, В;

η_и
— эффективный
К.П.Д. дуги ; для дуговых способов сварки
он равен,[4. с.25]: η_и=
0,6 ÷0,9;

V_св—
скорость сварки, которая определяется
по формуле, [3,с.183]:

(5)

где α_н
– коэффициент наплавки, г/А·ч; α_н=11,5
г/А·ч;

γ
– плотность наплавляемого металла γ
= 8,1 г/см³;

F_н
– площадь наплавленного металла; F_н
= 0,22 см²
.

Таким образом:

.

V_св=10,3м/ч.

Следовательно,
погонная энергия равна:

.

Определим количество
проходов, которое необходимо для
образования соединения.

Согласно [5,
С.7], количество проходов определим по
формуле:

(6)

где F₁
– площадь поперечного сечения металла
наплавляемая за один проход;

F_n
— площадь поперечного сечения металла
наплавляемая за последующий проход.

Площадь
поперечного сечения металла наплавляемая
за один проход определим по формуле,
[5, С.6]:

(7)

где d_э
– диаметр электрода; d_э
= 4 мм.

Таким образом:

.

Площадь
поперечного сечения металла наплавляемую
за последующий проход определим по
формуле, [5, С.6]:

(8)

Тогда:

.

Следовательно
количество проходов равно:

.

Принимаем n
= 1.

Максимальную
температуру на расстоянии r рассчитывают
по формуле:

отсюда получаем
изотермы плавления:

,
(9)

где qп — погонная
энергия.

где qэ-эффективная
тепловая мощность источника, Вт

где сρ= 4.7 Дж/см3·град
– объемная теплоемкость.

Подставляя значения
получим:

Для одного прохода:

Глубина провара

Примем глубину
провара равной 4,6мм.

Для этого определим
площадь проплавления по формуле

;

где е=8мм – ширина
шва, Н=3,9мм – глубина провара, (на основании
таблицы 17).

;

Площадь наплавленного
металла
.

Рассчитаем долю
участия основного металла в металле
шва по формуле[1,cтр.85]:

где Fпр- площадь
проплавления;

Fн- площадь
наплавки.

Тогда:
γ₀=.

Определим
расстояние от центра сварочной ванны
до изотермы плавления, которая для
низкоуглеродистых сталей вычисляется
по формуле, [3, С.184]:

,
(10)

где е = 2,718;

q_п
= 10150 Дж/см;

Т_пл
= 1425°С;

—
объемная теплоемкость Дж/см3·град (для
аустенитных сталей
= 4,7Дж/см3·град);

Таким образом:

.

Определим
глубину провара по формуле [3, С.184]:

(11).

Таким образом:

.

В ходе данных
расчётов выбрали режимы для ручной
дуговой сварки покрытыми электродами,
которые обеспечивают формирование
геометрии шва согласно ГОСТ 5264-80.

4.2
Для сварки под слоем флюса.

Таблица 4.2 -Тавровое
сварное соединение С2 для дуговой сварки
под флюсом.

(ГОСТ 8713-79).

Для сварки под
флюсом пластин толщиной 5мм принимаем
диаметр проволоки d_э=2мм.

1) Площадь
наплавленного металла:

F_н=К²/2,

(12)

где К — катет шва,
мм;

F_н=7²/2=24,5мм²=0,245см²

2) Сила сварочного
тока I_св:

I_св=π×d_э/4
× j,
(13)

где d_э
– диаметр электрода, мм;

j – допускаемая
плотность тока, А/мм²
[1, с. 196].

I_св=((3,142²)/4)150=471
А

3) Напряжение дуги:

U_д=20+50×10^-3/_э
×I_св
,
(14)

U_д=20+((5010^-3)/)471)
=36,8 В.

4) Скорость сварки:

V_св=(α_нI_св)/(3600γF_Н),

(15)

где α_н
— коэффициент наплавки, г/А ч;

γ=8,1 – плотность
наплавленного металла, г/см³.

Так как при сварке
под флюсом потери металла составляют
2-3%,то α_нα_р.

α_р=6,3+((70,210^-3)/(
d_э^1,035))I_св,

(16)

α_р=6,3+((70,210^-3)/(
2^1,035))471
=22,44 г/А ч

V_св=(13,46471)/(36008,10,25)=0,86
см/с=30,96 м/ч

5) Погонная энергия:

g_п=I_св×И_g×η_и/V_св,

(17)

где I_св
— сварочный
ток;

И_g
— напряжение;

V_св
— скорость
сварки;

η_и=0,850,95
– эффективный КПД для дуговых методов
под флюсом.

g_п=(47136,80,85)/0,86=17,13
кДж/см=4111,2 кКалл/см

6) Глубина провара:

H=
А,

(18)

где А=0,0156 для сварки
под флюсом.

Ψ_пр=
К(19-0,01I_св),

(19)

где К – коэффициент
проплавления.

К=0,367×i^0.1925
,

(20)

К=0,367×45^0,1925=0,763

Ψ_пр=0,763(19-0,01471)=10,7

Н=0,0156=0,48
см

7) Ширина валика:

е=F_н/0,73q,

(21)

е=0,245/0,730,2=1,7см

Общая высота
шва:

С=Н+q,

(22)

С=0,48+0,2=0,68 см

9)
Мгновенная скорость охлаждения металла
в околошовной зоне:

,

(23)

где ω=f()
– безразмерный критерий;

λ – теплопроводность,
Вт/см*⁰С;

сρ – обьемная
теплоемкость, Дж/см³*⁰С;

T₀
– начальная
температура изделия, ⁰С;

T
– температура наименьшей устойчивости
аустенита, ⁰С.

Для большинства
аустенитных сталей :

λ=0,16 ; сρ=4,9 ;

Т=550-600 ⁰С
; Т₀=20
⁰С

(24)

⁰С/С

Согласно рекомендациям
[1,с.292] для сварки заданной марки стали
во избежание коробления нужно применять
способы и режимы сварки, обеспечивающие
максимальную концентрацию тепловой
энергии. Большее почти в 5 раз, чем для
углеродистых сталей, удельное сопротивление
металла является причиной большого
разогрева сварочной проволоки и
электродного металла, что обуславливает
повышенный коэффициент расплавления.
Учитывая это, при сварке снижают вылет
электрода и увеличивают скорость подачи
проволоки. Примем
.

Т.к.
при сварке постоянным током обратной
полярности удельное количество теплоты,
выделяющееся в приэлектродной области,
изменяется в небольших пределах, и
составляющая

Величина
второй составляющей коэффициента
расплавления может быть рассчитана по
уравнению, предложенному Б. К. Панибратцевым.

(25)

Где
—
вылет электрода, см;dЭ
– диаметр электрода, см.

Величину вылета
электрода при сварке под флюсом выбирают
в пределах 20-80 мм.

Меньшим
диаметром электрода соответствуют
меньшие значения вылета и наобарот.

Тогда

Определяем
скорость сварки:

;

Погонная энергия:

;

(26)

где
η_и=0,850,95
– эффективный КПД для дуговых методов
под флюсом;

Примем
η_и=0,9;

Мгновенная скорость
охлаждения металла в околошовной зоне
[2,стр.213, п 7.4]:

λ= 0,16 Вт/см К –
теплопроводность, [2,стр.152,табл.5.1];

сρ =4,9 Дж/см³
К – объемная
теплоемкость высоколегированных
аустенитных сталей;

T₀
= 20⁰С
— начальная температура изделия;

T
=550-600 ⁰С
– температура наименьшей устойчивости
аустенита;

w
– безразмерный критерий процесса
охлаждения, который зависит от свойств
свариваемого металла и условий сварки,
выраженных через безразмерную величину
1/θ, определяемую по формуле:

по
[2,стр.215, рис.7.7] ω = 0,1 при
;

Согласно
рекомендаций [5,стр.28] желательно
обеспечить повышенную скорость охлаждения
металла после сварки для измельчения
структуры металла шва, снижению степени
ликвации легирующих элементов. И
произвести нормализующий отпуск при
температуре 650-700 С для предотвращения
межкристалидной коррозии и уменьшению
внутренних деформаций в ЗТВ

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

• Что такое режим ручной дуговой сварки и на что он влияет
• Выбор силы тока, его типа, полярности
• Выбор диаметра электрода
• Выбор скорости сварки
• Учитываем положение соединения в пространстве
• Учитываем напряжение
• Учитываем необходимость разделки кромок и количество проходов

Что такое режим ручной дуговой сварки и на что он влияет

Также на процесс сваривания влияет толщина изделия, наличие и форма разделки кромок, количество проходов и положение деталей в пространстве. Если ошибиться с выбором сварочного режима, возможны: непровары, прожоги, неравномерная толщина и высота шва, недостаточная прочность и герметичность соединения. Обсудим, как сварщик новичок может правильно подобрать режим ручной дуговой сварки для стыковки различных изделий.

Выбор силы тока, его типа, полярности

Постоянный ток для РДС вырабатывают инверторы и сварочные выпрямители. У “постоянки” движение электронов происходит всегда в одном направлении, поэтому дуга горит стабильно, тихо шелестит, снижается разбрызгивание расплавленного металла. Постоянным током от аппаратов ММА варят ответственные конструкции из мало и высокоуглеродистой стали, чугуна, нержавейки. Сила тока регулируется ступенчатыми переключателями или поворотными колесиками на лицевой панели.

Выбор полярности

Выбор силы тока

Выбор диаметра электрода

Выбор скорости сварки

В режим сварки входит скорость ведения электрода. Чем тоньше металл, тем быстрее нужно вести сварку, и наоборот. Задержки электрода на одном месте при соединении листовой стали приводят к прожогам. Слишком быстрое ведение электрода на толстых деталях не обеспечивает надлежащий провар и достаточный наружный валик. Как следствие, соединение получается слабым.

На заготовках сечением 5 и более мм требуется наложение шва путем совершения кончиком электрода повторяющихся движений. Это могут быть: зигзаги, кольца, восьмерки, лесенка, елочка. На тонком металле наоборот электрод ведут ровно без поперечно-колебательных движений.

Учитываем положение соединения в пространстве

Учитываем напряжение

В подбор правильного режима сварки входит установка напряжения, соответствующая технике накладки шва. Чем короче дуга (воздушный зазор между концом электрода и поверхностью изделия), тем она четче и легче управляется. Но не везде можно подлезть электродом близко к заготовкам (порой сварщику не видно сварочную ванну в таком положении). Тогда приходится увеличивать дугу, но с ростом зазора должно повышаться и напряжение, выдаваемое аппаратом.

Эта величина находится в диапазоне 20-36 В. На одних сварочных аппаратах напряжение автоматически повышается и понижается по мере регулировки силы тока. На других – предусмотрена ручная отдельная установка ампер и вольт, что позволяет более точно настроить сварочный режим.

Выдаваемые инвертором характеристики ВАХ напрямую зависят от входящего напряжения. Хоть производители и указывают, что аппарат варит при просадках до 180 V, а некоторые модели даже работают при 140 V, максимальная сила тока непременно падает. Поэтому, если в розетке на месте работы нет заявленных 220 или 380 В, нужно устанавливать на табло инвертора более высокую силу тока, чем положено, ведь фактические значения будут гораздо ниже. Здесь режим сварки подбирается опытным путем с пробами дуги на заготовке, ведь падение напряжения и возможности аппаратов везде разные.

Учитываем необходимость разделки кромок и количество проходов

При толщине детали 5 мм и более, необходима разделка кромок. На пластинах сечением 5-8 мм выполняют односторонний скос 45⁰, чтобы при сведении сторон получилась v-образная форма. Когда толщина деталей составляет 10 и больше, потребуется х-образная разделка. Без такой предварительной подготовки швы будут держать стороны лишь на поверхности, и соединение может разрушиться под нагрузкой.

Освоив эти принципы подбора режима сварки, получится определять правильные параметры для каждого типа соединения. Благодаря этому ваши швы будут прочными, герметичными и красивыми.

Ответы на вопросы: определяем правильно параметры режима ручной дуговой сварки

( 1 оценка, среднее 5 из 5 )