3 Последовательность разработки технологии ручной электродуговой сварки

1 Форма подготовки (разделка) кромок свариваемых изделий определяется по ГОСТ 5264-80 в зависимости от толщины свариваемых изделий и типа сварного соединения. При толщине свариваемых изделий не более 6 мм разделку кромок не производят [1].

По условию задания толщина свариваемых изделий составляет 10 мм, что больше 6 мм, поэтому разделка кромок производится. Производится стыковое соединение без скосов кромок, характер сварного шва – односторонний.

2 Тип электрода указывает на прочность металла шва и выбирается в зависимости от прочности основного металла свариваемого изделия с целью обеспечения равной прочности основного металла и металла шва (прил. 1). Тип Э55 соответствует значению _в= 550 МПа, что близко для материала свариваемых изделий марки Сталь 30 (_в= 530 МПа).

3 Марка электрода выбирается по справочным данным, в соответствии с выбранным типом электрода (см. приложение 2 и 3), в зависимости от используемого источника тока, положения шва в пространстве и других требований.

Марка электрода для сварки выбирается УОНИ-13/55У. Они предназначены для ванной сварки стержней арматуры железобетонных конструкций и рельсов, но могут быть использованы для обычной дуговой сварки конструкций из сталей с временным сопротивлением до 550 МПа. Сварка возможна в нижнем, вертикальном положении постоянным током обратной полярности («+» на электроде). Коэффициент наплавки, г/Ач: 9,5.

Э55-Ф – УОНИ-13/55У – 6.0 – УД1   _{ГОСТ 9467-75 ГОСТ 4543-71}

Е 55 2(5) – Б30

Марки электродов для сварки конструкционных сталей даны в приложении 2.

4 Диаметр электрода (стержня) выбирается в зависимости от толщины S свариваемых изделий по формуле:

d_э = S/2 + 1 мм;

d_э = 10/2 + 1 = 6 мм

Рисунок 1 Расположение нижнего шва в пространстве

5 Сварочный ток, определяющий качество и производительность сварочных работ, зависит от толщины свариваемых изделий, диаметра электрода, теплопроводности свариваемого материала, скорости сварки, типа сварного соединения и положения шва в пространстве.

Практически величину сварочного тока рассчитывают по формуле:

J_св = К  d_э А ,

где К – коэффициент плотности тока; А/мм – зависящий от материала стержней электродов (для металлических электродов 40…50). Примем К=50 А/мм. Тогда, J_св=50 А/мм · 6 мм = 300 А.

6 Длина дуги зависит от диаметра электрода и определяется по формуле:

l_д = 0,5 (d_э + 2) мм

l_д = 0,5 (6 + 2) = 4 мм.

При увеличении длины дуги больше номинальной, время соприкосновения расплавленной капли жидкого металла с атмосферой воздуха увеличивается и тем самым увеличивается возможность насыщения жидкого металла азотом, водородом, что снижает механические свойства сварного соединения. Уменьшения длины дуги в сравнении с номинальной, приводит к неустойчивому горению электрической дуги.

7 Напряжение дуги Uд

Напряжение дуги при ручной дуговой сварке изменяется в сравнительно узких пределах и при проектировании технологических процессов выбирается на основании рекомендаций паспорта на данную марку электродов. Приближенно напряжение дуги можно рассчитывать по формуле:

U_д = U_ак + U_д· l_д В,

U_ак= 10…12 В – постоянный коэффициент, выражающий сумму падений напряжения на катоде и аноде дуги, не зависящий от длины дуги;

U_д = 2,5 – среднее падение напряжения на единицу длины дуги, В/мм;

l_д – длина дуги, мм.

U_д = 12 + 2,5· 4 = 22 В.

8 Масса наплавленного металла определяется по формуле:

Q_н = F_ш  L_ш   г ,

где F_ш – площадь поперечного сечения шва, мм²; L_ш – длина шва, мм;

 - плотность наплавленного металла, г/мм³ (для стали  = 7,8  10^-3 г/мм³)

Р асчет площади поперечного сечения шва приведен на рисунке 2.

Рисунок 2 Сварное соединение до и после сварки

За расчетное сечение принимают ту часть сварного шва, которая заполняется за счет электродного металла (рис. 3).

Рисунок 3 Расчетное сечение шва

Расчетное сечение разбиваем на элементарные фигуры (рис.4).

Площадь сечения F (в мм²) находим как площадь кругового элемента:

F_ш = πК²/4, где К = S ( толщина металла)

F_ш = 3,14*10²/4 = 78,5 мм²

Q_н = 78,5 мм² 5000 мм  7,8  10^-3 г/мм³ = 3061,5 г.

9 Скорость сварки определяется по формуле:

V_св = J_св  К_н / (F_ш  ) м/ч ,

где К_н – коэффициент наплавки выбранного электрода, г/(Ач);

F_ш   = Q – масса наплавленного металла на 1 м длины, г/м.

V_св = 300А  9,5 г/(Ач)/(78,5 мм²  7,810^-3 г/мм³)=4654 мм/ч = 4,65 м/ч.

10 Основное (технологическое) время измеряется временем горения сварочной дуги и вычисляется по формуле:

t_o = Q_н / (J_св  К_н ) ч

t_o = 3061,5 / (300 А  9,5 г/(Ач)) = 1,074 ч