2.6.Розрахунки режимів зварювання.

Під режимами зварювання розуміють сукупність різних факторів, параметрів зварювального процесу, які забезпечують стійке горіння дуги і одержання швів заданих розмірів, форми та якості.

Режими ручного дугового зварювання.

Параметри бувають: основні і додаткові.

До основних параметрів відносяться:

- dел – діаметр електроду, мм;

- Iзв – зварювальний струм (А);

- Uд – напруга на дузі (В);

- Vзв – швидкість зварки (м/год.);

- рід і полярність струму.

До додаткових параметрів відносяться тип і марка електроду, склад і товщина покриття електроду, положення електроду і положення виробу при зварюванні.

Основні режими ручного дугового зварювання.

Діаметр електроду вибирають залежно від товщини металу, катета шва, положення шва в просторі.

Для виготовлення зварної кришки товщиною (10;25;35 мм) в середньому 30 мм застосовуємо електроди діаметром 4-5 мм. Чим менше діаметр електроду, тим більше густина струму в електроді і більше глибина провару. Чим менше діаметр електроду, тим менше ширина шва за рахунок зменшення катодної і анодної плям.

Обираємо діаметр електроду D_ел = 4мм, тому що шви кільцеві, кутові, виконуються в різних просторових положеннях.

Сила струму залежить від діаметра електроду, від довжини його робочої частини, складу покриття і положення зварювання. Чим більше струм, тим більше продуктивність, тобто більша кількість металу, що наплавляється. Але, при надмірному струмі електрод перегрівається вище за допустиму межу, що знижує якість шва і збільшує розбризкування. При малому струмі дуга нестійка, часто обривається, в шві може бути не провар. Величину струму можна визначити по формулі:

I =k ·dел;

де: dел – діаметр електроду, мм;

k – коефіцієнт, залежний від марки і складу електроду: k = 35÷60 А/мм.

Iзв = 40 · 4 = 160 А/мм

Більш точніша формула розрахунку струму:

Iзв = (20 + 6 · dел) · dел;

Ізв = (20 + 6 · 4) ·4 = 176 А

Зварювання швів у вертикальному, горизонтальному й стельовому положенні виконують на знижених струмах на 10÷20%.

Напруга на дузі майже не робить впливу на глибину провару, але впливає на ширину шва. При збільшенні напруги ширина шва збільшується, при зниженні – зменшується. При РДЗ напруга зменшується трохи, від 18 до 22 В – що не робить впливу на ширину шва. Згідно типу вибраного джерела живлення межа регулювання напруги - Uд = 24 - 40В.

Швидкість зварювання : при малих швидкостях ручного дугового зварювання, що становлять 1÷1,5 м/год., глибина провару виходить мінімальною. Підвищення швидкості зварювання знижує глибину провару і ширину шва. Теоретично швидкість зварювання визначається по формулі:

м/год.

Vзв = 2500/176 = 1,42 м/год.

Допоміжні параметри:

- Рід і полярність струму. При одній і тій же величині струму найбільша величина глибини провару при зварюванні на постійному струмі зворотної полярності. При зварюванні на прямій полярності глибина провару менше на 40÷50%, а при зварюванні змінним струмом - менше на 15÷20%, ніж при зварюванні постійним струмом зворотної полярності.

Для виготовлення зварної кришки застосовуємо перетворювач, тому зварювання виконується на постійному струмі зворотної полярності.

- Довжина дуги. В процесі зварювання підтримують певну довжину дуги, яка залежить від марки і діаметра електроду. Довжина дуги визначається по формулі:

мм

Lд = (0,5÷1,1) · 4 = 2,0÷4,4 мм

Довжина дуги впливає на якість шва і його геометричну форму. При довгій дузі метал шва окислюється і розбризкується.

- Рухи електродом. На формування шва робить вплив коливальні рухи електродом. При виготовленні кришки застосовуємо поперечно-коливальні рухи у вигляді на півмісяцем з низу до гори. Ширина валику шва визначається по формулі:

мм

С = (2…3) · 4 = 8÷12 мм

- Нахил електроду в просторі. Зварювання вузлів зварної кришки здійснюємо кільцевими, кутовими, стиковими швами в нижньому та вертикальному положенні і з нахилом електроду під кутом 45⁰ від вісі шва.

- Спосіб заповнення швів по довжині і перетину. За способом заповнення

швів по перетину розрізняють одношарові шви, багатопрохідні, багатошарові. Для виготовлення кришки застосовуємо багатошарові шви, так як кут розкриття кромок складає 45⁰ .

Всі параметри режимів ручного дугового зварювання зводимо в таблицю:

S, мм	dел, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год.	αд, мм	С, мм	Кут нахилу
30	4;	160-176	24-40	1,42	2,0...5,5	8...15	45°

Режими газового зварювання.

До режимів газового зварювання відноситься:

1.Потужність полум’я – П (л/год);

2.Діаметр присаджувального дроту – Dел. (мм);

3.Марка присаджувального дроту;

4.Маса присаджувального дроту – (г);

5.Номер наконечника пальника;

6.Тиск Ро₂; Рс₂н₂ – (мПа);

7.Витрати О₂; С₂Н₂ - (дм³/год);

8.Швидкість витікання горючої суміші – V (м/год);

9.Кут нахилу пальника і присаджувального дроту;

10.Склад полум'я;

11.Спосіб зварювання;

12.Коливальні рухи;

13.Кут розкриття кромок; зазор; притуплення;

14.Площа наплавленого металу – (мм²);

15.Кількість проходів;

1.Потужність полум'я залежить від: властивостей металу та його товщини. Потужність полум'я -П (л/год)- пропорційна товщині металу:

П = К ^.S ;

Де К – коефіцієнт пропорційності, що визначає витрати ацетилену в л/год, на 1мм товщини металу. Для легованої сталі S = 30мм, К = 12.

S – товщина металу, мм;

П = 12 × 30 = 360 л/год

В залежності від способу зварювання потужність полум'я визначають по формулі:

Лівий: П = ( 10 – 12 )S (л/год);

Правий П = ( 12 – 15 )S (л/год);

П = ( 12 – 15 )30= 360÷450 (л/год);

Для легованої сталі S = 30мм обираємо правий спосіб зварювання. Потужність полум'я визначається витратами горючого газу в л/год, й регулюється номером наконечника пальника.

Потужність підбирається з рахунку :

Для S < 6мм - 60 дм³/год на 1мм товщини металу;

Для S > 6мм - 30 дм³/год на 1мм товщини металу.

Потужність полум'я впливає на : глибину провару, (мм); ширину,(мм) шва; посилення шва (мм).

Чим більша потужність, тим більше виділиться тепла, тим більша глибина провару, вища продуктивність з-за зростання швидкості розплавлення основного і присаджувального матеріалу.

2.Для заповнення зазору між кромками зварювальних деталей і отримання валика шва необхідної ширини, використовують присаджувальний дріт.

Марка присаджувального дроту обирається так як і електрод при РДЗ в залежності від марки основного металу. Так, як основний метал марки 09Г2С, обираємо дріт марки Св08Г2С.

Діаметр присаджувального дроту обирають в залежності від:

S_мет.(мм); способу зварювання (лівий, правий); розташування шва у просторі.

Діаметр присаджувального дроту визначають по формулі:

Лівий D_пр. = S/2 + 1 , (мм);

Правий D_пр. = S/2, (мм); (або по таблиці ).

Зварювання кришка виконується правим способом, тому

D_пр. = 30/2 = 15 (мм);

Для газового зварювання присаджувальний дріт більше 8мм не обирається.

Залежність діаметра присаджувального прудка від S_мет.

S(мм)	1…2	2…3	3…5	5…10	10…15	>15
d (мм)	-	2	3…4	3…5	4…6	6…8

Обираємо присаджувальний дріт діаметром D_пр.др. = 8мм.

Для визначення маси дроту (г), що витрачається на зварювання 1м шва застосовують формулу:

m = K ^. S² , (г);

де К – коефіцієнт пропорційності.

при S = 12мм, присаджувального дроту необхідно :

m = 12 ^. 30² = 10800, (г).

Тиск газу встановлюють в залежності від S_мет.(мм); № наконечника пальника.

Тиск газів переміщує рідкий метал до задньої стінки ванни і утворює луску шва.

При великому тиску О₂ - полум'я стає « жорстким», і видуває розплавлений метал з ванни.

«М'яке» полум'я – схильне до зворотних ударів і хлопків. При зварюванні виставляють тиск в залежності від товщини металу по манометру редуктора:

Р_С2Н2 = 0,003 – 1 (мПа),

Р_О2 = 0,25 - 0,5 (мПа).

4. Витрати О_{2 ;} С₂ Н₂, (л/год) залежить від: товщини металу; № наконечника пальника; тиску; діаметра мундштука. Обираємо наконечник №8 – витрати складають: ацетилену – 2500-4500; кисню – 3000- 5600 л/год.

5. Швидкість витікання горючої суміші повинна дорівнювати швидкості горіння. Якщо швидкість витікання більша за швидкість горіння, то полум'я відривається від пальника і гасне. Якщо швидкість витікання суміші менша за швидкість горіння, то суміш загорається в середині наконечника. Швидкість зварювання повинна бути не менше 32 м/год для металу S < 20мм.

Швидкість витікання суміші з мундштука також залежить від № наконечника, S металу.

Чим більший № наконечника, тим більша швидкість витікання суміші.

Для наконечників: №8 -V = 110 – 170 , (м/с);(таблиця довідника).

6. Швидкість нагрівання металу залежить від кута нахилу мундштука й присаджувального дроту. Величина кута залежить від товщини металу.

Чим більша товщина металу, тим більший кут нахилу пальника, тим більша глибина проплавлення металу.

Залежність кута нахилу від товщини металу.

S (мм)	<1	1…3	3…5	5…7	7…10	10…15	>15
Кут(град)	20	30	40	50	60	70	80

При зварюванні кришки товщиною 30мм кут нахилу складає 80⁰ відносно вісі шва.

Спочатку для кращого прогрівання металу кут нахилу встановлюють більший, а потім в міру нагрівання зменшують в залежності від товщини металу.

Зварна конструкція виготовляється з легованої сталі, тому для зварювання обираємо нормальне полум’я.

Зварна кришка має товщину метала 30мм, тому зварювання виконуємо правим способом.

Правий спосіб зварювання використовують при зварюванні металу S > 5мм, кращий захист ванни від кисню й азоту повітря. Якість шва краща. Правий спосіб економічніше, продуктивніше на 20 – 25 %, витрати газів на 15 – 20 % менші ніж при лівому способі.

Під час зварювання необхідно виконувати поперечні і повздовжні рухи кінцем мундштука.

Поперечний рух потрібний для рівномірного прогріву основного й присаджувального матеріалу, та одержання шва необхідної ширини.

Присаджувальним дротом також виконують коливальні рухи, але в напрямку, протилежному рухові пальника.

Зварювання виконується на відстанні 2 – 6 мм, від ядра полум'я, а кінець присадки не виймають з рідкої ванни, а особливо з зони полум'я, щоб не окислювався метал шва.

Інші показники зварювання такі, як підготовка металу до зварювання, кут розкриття кромок, зазор, притуплення, ширина шва, розташування шва у просторі, площа поперечного перерізу шва, кількість проходів розраховуються аналогічно, як і для ручного дугового зварювання.