2.6. Вибір 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.

Діаметр електроду вибирають залежно від товщини металу, катета шва, положення шва в просторі. Для виготовлення кришки, товщиною 25 мм застосовуємо електроди діаметром 4 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

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 можуть бути непровари. Величину струму можна визначити по формулі:

I =k ·dел;

де: dел – діаметр електроду, мм;

k – коефіцієнт, залежний від марки і складу електроду, положення зварки,

k = 35÷60 А/мм.

Iзв = 50 · 4 = 200 А, або

Iзв = (20 + 6 · dел) · dел = (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 Uд = 35В.

Швидкість зварювання : при малих швидкостях РДЗ, 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 = 2500/200 = 1,25 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 кришки застосовуємо змінний струм, оскільки як джерело живлення вибраний зварювальний трансформатор ТСК-500.

- 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 півмісяця. Ширина валу шва визначається по формулі:

мм

С = (2…3) · 4 = 8÷12 мм

- Нахил електроду в просторі . Зварювання вузлів кришки здійснюємо прямолінійними швами в нижньому положенні й кільцевими швами в нижньому положенні і з нахилом електроду уздовж шва кутом назад (Мал.14). Так забезпечується повний провар й найменша ширина шва.

К утом вперед виконують шви на тонкому металі. Зварювальна ванна легше зашлаковується і процес зварювання важче, ніж кутом назад.

- Заповнення швів по довжині і перетину.

Шви по довжині виконуємо зворотно ступінчасті, так як довжина шва більше 300мм.

За способом заповнення швів по перетину розрізняють одношарові шви, багато прохідні, багатошарові. Для виготовлення кришки застосовуємо багатошарові шви з V- подібним обробленням кромок, оскільки деталі з'єднуються один з одним і обварюються кутовими і стиковими швами.

Всі параметри режимів зварювання зводимо в таблицю:

S, мм	dел, мм	Iзв, А	Uд, В	Vзв, м/год.	αд, мм	С, мм	Кут нахилу
50	4	200	35	1,25	2...4,4	8...12	15°

Режими газового зварювання:

Потужність полум’я – П (л/год);

Діаметр присаджувального дроту – Dел. (мм);

Марка присаджувального дроту;

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;

S – товщина металу, мм; при S=50мм;

П = 12 × 50 = 600 л/год

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

Лівий: П = ( 100 – 120 )S (л/год);

Правий П = ( 120 – 150 )S (л/год);

Для вуглецевої сталі при S < 5 мм, К = 12, а при S > 5 мм, К – зменшують на

20 – 25%.

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 стрижень електроду при ручному дуговому зварюванні в залежності від марки основного металу. Обираємо дріт марки св..08А, так, як основний метал марки сталь20.

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 ). Так, як товщина основного металу 50мм, то обираємо правий спосіб зварювання.

D_пр. = 50/2=25, (мм);

Залежність діаметра присаджувального дроту від S_мет. Приведена в таблиці 6.

Таблиця 6

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 D_др =8мм, так як дріт більше 8мм при газовому зварюванні не застосовується.

Для визначення маси дроту (г), що витрачається на зварювання 1м шва застосовують формулу: m = K ^. S² , (г);

де К – коефіцієнт пропорційності.

при S = 50мм, присаджувального дроту необхідно :

m = 12 ^. 50² = 30000 (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 = 0,03 – 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 л/год; 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 більше 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 = 140 – 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 (табл.7).

Залежність кута нахилу від товщини металу. Таблиця 7

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 упору 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 сталі 20. Тому для зварювання обираємо нормальне полум’я.

Упор має товщину метала 50мм, 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 відстані 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.

2.7. Дефекти зварних швів.

Дефект – це невідповідність вимогам, установленим нормативною документацією.

При виготовленні зварної кришки можливі наступні види дефектів: тріщини, пори, не провари, не сплавлення, шлакові і окисні включення в металі шва, усадкові раковини, свищі, підрізи, зсуви кромок.

Тріщини гарячі, що утворюються в процесі зварки, і холодні, після охолодження. Тріщини виникають при порушенні технології на виготовлення зварного виробу. Тріщини недопустимі тому що при експлуатації виробу вони можуть розвиватися і приводити до руйнування виробу.

Усадкова раковина (утяжина) зварного шва спостерігається рідко, через великий об'єм рідкого металу. Раковини бувають поверхневі і усередині зварного шва. Виникають вони у випадках місцевого засмічення металу зварювальної ванни легкоплавкими речовинами на основі сірки, фосфору з виділенням при цьому газів СО₂ ; Н_2. Раковини недопустимі.

Свищ шва – конусоподібна крупна пора, що виходить на поверхню шва. Утворюється в результаті рясного виділення газів у момент затвердіння металу шва.

Пори утворюються через вологі електроди. Вони виникають через гази, які не встигають вирватися назовні до моменту затвердіння металу шва, що виділяються.

Не провар спостерігається між проходами і шарами шва, якщо подальші вали або шари виконуються по шару попереднього металу не видаливши шлак.

Шлакові або неметалічні включення зварного шва залежать від металургії зварки і є оксидами що не встигли до моменту затвердіння металу шва піднятися в зварювальний шлак. Виникають через великі швидкості зварки.

Металеві включення – це частинки вольфраму, що потрапляють в шов при зварці вольфрамовим електродом на великих струмах.

Бризки електродного металу – це налипання на поверхні навколо шовного електродного металу через великий струм і велику довжину дуги.

Підрізи при зварці покритими електродами утворюються при неправильних рухах електроду. Підріз посилюється при збільшенні струму. Небезпечний дефект, що приводить до руйнування конструкції.

Зсув зварювальних кромок відбувається при неправильній збірці конструкції.

Дефекти виправляють підваром, механічним розкриттям дефекту з подальшою заваркою місця дефекту. Для визначення довжини тріщини метал зачищають, шліфують і труять 20%-ним розчином азотної кислоти. Якщо дефект не справимий, то його піддають вирубці уподовж і по глибині, з подальшою заваркою цього місця. Мікротріщини знаходять за допомогою лупи (збільшенням в 50 разів). Підрізи допустимі без виправлення глибиною не більше 1 мм при товщині металу понад 10 мм Підрізи виправляють наплавленням валу по всій довжині шва. Пори діаметром більше 2 мм вирубують і заварюють. Непровар допускається до 5% на 1 см2 перетині шва.