2.3.1. Ручная дуговая сварка

п л а в я щ и м с я э л е к т р о д о м

Режимом сварки называют совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров, формы и качества.

28

Параметры режима, определяемые при ручной дуговой сварке (РДС), представлены на рис. 2.1.

Определение режима сварки обычно начинают с выбора диаметра электрода, который назначают в зависимости от толщины свариваемых деталей или от катета шва при сварке угловых и тавровых соединений (табл. 2.1).

При сварке многопроходных стыковых соединений первый проход должен

выполняться электродами диаметром не более 5мм, так как при большем

диаметре затруднен доступ для провара корня шва. При сварке угловых и

тавровых соединений, как правило, за один проход выполняются швы катетом

не более 8—9 мм. При необходимости выполнения шва с большим катетом

применяется сварка за два прохода и более

При определении числа проходов следует иметь в виду, что максимальное поперечное сечение металла, наплавленного за один проход, не должно превышать 30—40 мм².

Для определения числа проходов угловых и тавровых соединений общая площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм².

здесь К_у —коэффициент увеличения, учитывающий наличие зазоров и выпуклость, определяется в зависимости от катета К по табл. 2.2.

29

Таблица 2.2

		Значения	коэффициента Ку
Катет шва К	3—4	5—6	7—10	12—20	20—30	30
Кy	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)

F₁ = (6 + 8) d_э , (2.2)

для последующих проходов

F_п= (8+12)d_э. (2.3)

Для определения числа проходов при сварке швов стыковых соединений с разделкой кромок необходимо рассчитать общую площадь поперечного сечения наплавленного металла (рис. 2.5)

Рис. 2 5. Форма поперечного сечения наплавленного металла

(стыковой шов с V-образной разделкой)

30

F_H = 2F' + F" + F¹¹¹

или

F_н = h²tq0.5a +b*s +2/3q (2h*tq0.5a +b +6) (2.4)

Число проходов

n = (F_н – F₁) / F_н (2.5)

Кроме того, для определения F_H и n можно пользоваться готовыми таблицами в справочнике [2].

Силу сварочного тока рекомендуется определять по формуле

(2.6)

где d_э— диаметр электродного стержня, мм;

j — допускаемая плотность тока, А/мм²; определяется по табл. 2.3.

Таблица 2.3 Допускаемая плотность тока в электроде при РДС

П лотность тока (А/мм²) при d_э

Виды покрытия

3 мм

4 мм 5 мм

6 мм

Рудно-кислое, рутило- вое

14-20

11,5—16 10—13,5 9,5—12,5

Фторнсто-кальциевое

13—18.5

10—14,5 9—12,5

8,5—12,0

Возможно также применение формулы

, (2.6)

где к определяется по табл. 2.4.

31

Таблица 2.4

Значения коэффициента к

d, мм	2	3	4	5	6
к	25—30	30—45	35—50	40—55	45—60

Напряжение дуги при РДС изменяется в сравнительно узких пределах и при проектировании технологических процессов U_Д выбирается согласно паспорту на выбранную марку

электрода.

Тепловое воздействие дуги при РДС, определяющее структурные и термодеформационные процессы в зоне шва, зависит от погонной энергии сварки

(2.8)

где q_п— погонная энергия сварочного источника теплоты, Дж/см

V_CB— скорость сварки, см/с;

η— эффективный к. п. д. дуги, для РДС принимается равным 0,5—0,6.

Величина q_n при РДС может быть определена по прибли­женной формуле

q_п = 14 500 - F_н,

(2.9)

где F_н — площадь наплавленного металла, см², определяется по формуле (2.4).

Скорость РДС V_св обычно задается ориентировочно и контролируется косвенно по необходимым размерам получаемого шва.

32

Рекомендуется приближенно оценивать V_св (ом/с) по формуле

(2,10)

где а_н — коэффициент наплавки, г/А ч;

γ — плотность наплавленного металла, г/см³;

F_н — площадь наплавленного металла, см².

2.3.2. Автоматическая и полуавтоматическая

сварка

Параметры режима, которые необходимо определить при автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом, указаны на рис. 2.2. После выбора способа сварки, а также рода тока и его полярности переходят к определению других параметров.

Автоматизированная сварка может производиться с обес­печением полного провара за один проход без разделки кро­мок (рис. 2.6,а), за два прохода с двух сторон без разделки кромок (рис. 2.6,6), за несколько проходов с одной (рис. 2.6,в) или с двух сторон (рис. 2.6,г) с разделкой кромок.

В любом из этих случаев параметры режима определяют исходя из глубины проплавления за один проход.

Силу сварочного тока выбирают так, чтобы она обеспечи-вала заданную глубину проплавления Н:

(2,11)

где Н₁ — глубина проплавления за один проход;

33

а)

Рис. 2.6. Поперечное сечение стыковых швов, выполненных автоматической сваркой

К_h — коэффициент пропорциональности, определяемый по габл. 2.5 в зависимости от ряда параметров.

Таблица 2.5

Значения коэффициента K_h , мм/100 А

Марка флюса или защитного газа	Диаметр электродной проволоки, мм	ПерПеременный ток	Постоянный ток
			прямая полярность	обратная полярность
ОСЦ-45	2	1.30	1.15	1.45
	3	1.15	0.95	1.30
	4	1.05	0,85	1.15
	5	0,95	0,75	1,10
	6	0.90	—	—

34

Продолжение табл. 2.5

Диаметр электродной проволоки ориентировочно

(2.12)

где j— допускаемая плотность тока, определяемая при отсутствии разделки кромок по табл. 2.6.

Таблица 2.6 Допускаемая плотность тока в зависимости от диаметра электрода

dэ , ММ	2	3	4	5	6
j, А/мм»	65—200	45—90	35-60	30—50	25—45

При сварке шланговым полуавтоматом диаметр электродной проволоки допускается не более 2 мм. 35

Скорость сварки

V_cв =A/I_св (2.13)

где А — константа, которую для получения швов требуемой формы, обладающих высокой технологической прочностью, следует принимать в пределах, указанных в табл. 2.7.

Таблица 2.7 Величина коэффициента А в зависимости от диаметра электрода

dэ. мм	А, а*м/ч	dэ ,мм	А, *м/ч
1,2	(2-5) 103	4.0	(16—20) 103
1.6	(5-8) 103	5,0	(20—25) 103
2,0	{8—12) 103	6,0	(25—30) 103
3,0	(12—16) 103

Напряжение на дуге определяется в зависимости от при­нятого диаметра электрода и силы сварочного тока по формуле

,

(2.14)

Погонная энергия сварки определяется по формуле (2.8), причем эффективный к. п. д. дуги для случая автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом принимается равным

η = 0,8—0,85, а в случае сварки в среде СО₂ η = 0,65—0,7.

Скорость подачи электродной проволоки

, (2.15)

где а_р - коэффициент расплавления, г/А ч ,

I_св - сила сварочного тока, А;

Р' - вес 1 пог. см проволоки, г .

36

(2.16)

здесь d— диаметр проволоки, см;

γ — удельный вес проволоки, г/см³.

Для автоматической сварки на переменном и на постоянном токе прямой полярности

a_p = A + Б*Iсв/d , (2.17)

где А и Б- постоянные коэффициенты, определяемые по табл. 2.8

I – сила сварочного тока, А

d – диаметр электродной проволоки, мм

Таблица 2.8

Таблица Значения коэффициентов А и Б

Мирка флюса	А		Б
	Прямая полярность	ПерПеременный ток	Прямая полярность	ПерПеременный ток
АН-348А АН-348 AH-348 Ш ОСЦ46	2,3 2,8 1,4 2,5	7.0 7.3 6.0 7.1	0,065 0.10 0,081 0.09	0,040 0,052 0.038 0.045

При автоматической сварке на постоянном токе обратной полярности коэффициент а_р изменяется мало и может быть взят равным - 12 г/А ч.

При полуавтоматической сварке на переменном и постоянном токе прямой полярности

a_p = 6,6 + 0,04I_св/d (2.18)

37

При сварке на постоянном токе обратной полярности а_р можно принять равным 0,8 от а_р для переменного тока:

а_р=0,8 а_р (2.19)

Коэффициент а_р при сварке и наплавке под флюсом можно также определять по формулам:

а) на переменном токе

а_р =7,0 + 0,04 I_св/d_э; (2.20)

б) на постоянном токе прямой полярности

а_р =2_,0+ . (2.21)

где I_св — сварочный ток, А;

d_э — диаметр электрода, мм.

Коэффициент наплавки

(2.22)⁽²²²⁾

где φ — коэффициент потерь электродного металла вследствие окисления, испарения и разбрызгивания, %.

При сварке под флюсом φ = 1 - 3.

При сварке в углекислом газе

а_р = 3 + 0.08 I_св/ d_э . (2.23)

Коэффициент наплавки а_н определяется по формуле (2.22) с учетом того, что φ = 10 - 15.

Аналогично производят расчет параметров режима для второго и последующих проходов в случае многослойной сварки (см. рис. 2.6, б, в, г).

При сварке в среде защитных газов вычисленные параметры режима должны быть сопоставлены с приведенными в табл. 2.9. По этой же таблице определяется расход газа.

38

Таблица 2.9

Режимы автоматической и полуавтоматической сварки

в среде углекислого газа стыковых и угловых соединений

из углеродистых сталей

39

Продолжение табл. 2.9

Толщина металла, мм	Количе- ство слоев	Диаметр свароч- ной про- волоки, мм	Сила сварочного тока, А	Напря- жение на дуге, В	Скорость сварки, м/ч	Расход газа, л/мин	Катет шва, мм
5	2	2,0	300—350	30—32	25—30	17—13	9—11
о	3	2,0	300—350	30—32	25—30	17—18	11—14
5	4—5	2,0	300—350	30—32	25—30	17—18	13—16
5	1	2,5 '	300—350	30—32	25—30	17^18	7—8