3.3. Разработка технологий сварки Обоснование выбора метода сварки Основными факторами, определяющими выбор метода и способа сварки, являются:

- род, сортамент металла и заготовки;

- химический состав металла, его теплофизические свойства, определяющие технологическую свариваемость;

- толщина металла;

- назначение изделия в зависимости от воспринимаемых нагрузок и условий эксплуатации;

- конструкция изделия, с учетом ее массы, габаритов, типов нанесения швов в пространстве, характере работы швов;

- производительность способа сварки;

- программа выпуска и типа производства;

- экономический эффект при способе сварки.

При оценке возможности применения способов сварки необходимо учитывать особенности производства. Соответственно, оснащение участка должно быть достаточно универсальным.

Для сварки металлоконструкции «Нижняя коробка» выбираю способ механизированной сварки в среде СО₂.

Технологическими преимуществами этого способа являются относительная простота процесса сварки, возможность автоматизировать и механизировать сварку коротких швов, находящихся в различных пространственных положениях, в том числе сварку неповоротных стыков.

Преимущества механизированной сварки в среде СО₂:

1.Хорошее наблюдение за процессом формирования шва;

2.Несложность обращения с оборудованием сварки;

3.Локальность источника тепла дает при сварке минимальную зону термического влияния;

4. Небольшой объем шлаков, участвующих в процессе сварки в СО₂, позволяет получать швы высокого качества;

5. Использование сварочной проволоки Св08Г2С и защитного газа СО₂ удешевляет процесс сварки;

6. Мелкокапельный и струйный перенос металла в сварочную ванну обеспечивает формирование более качественных швов, чем при РДС.

7. Энергоёмкость снижается за счёт того, что скорость полуавтоматической сварки выше, чем скорость ручной дуговой сварки.

Недостаток процесса механизированной сварки в среде СО₂- сильное разбрызгивание металла. Причины окисления и образования пор при сварке в углекислом газе следующие: при сварке углекислый газ диссоциирует в зоне дуги с образованием атомарного кислорода по реакции СО₂→СО + О,

СО→С + О.Образующийся при кристаллизации металла шва угарный газ СО выделяется в виде пузырьков, часть из которых, задерживается в металле шва, образуя поры.

В том случае, если сварочная проволока легирована кремнием и марганцем, окислы железа раскисляются не за счет углерода, а в основном за счет кремния и марганца из сварочной проволоки, и таким образом предотвращается образование окиси углерода при кристаллизации и образование пор. В связи с универсальностью данного способа сварки предлагаю прихватки производить этим же способом сварки.

Чтобы снизить разбрызгивание металла, применяется сварка в среде смеси защитных газов Аr и СО₂, или использовать дроссель в цепи.

Расчёт режимов сварки

Известно, что основные параметры механизированных процессов дуговой сварки следующие:

• диаметр электродной проволоки d, мм;

• вылет электродной проволоки, L_эл, мм

• скорость подачи электродной проволоки V _пп мм/с

• сила тока Iсв А

• напряжение V_дВ

• скорость сварки V_свмм/с

• расход жидкой двуокиси углерода G_г кг

Полуавтоматическую сварку в среде СО₂производят короткой дугой на постоянном токе обратной полярности. Расстояние от сопла горелки до изделия не должно превышать 25 мм. При сварке необходимо обеспечить защиту от сдувания газа и подсоса воздуха через зазор.

Расчёт параметров режима произвожу в следующем порядке:

• Определяю толщину свариваемого металла S =8; S =10; швы Т6 ∆8, Н1.

• В зависимости от толщины свариваемого металла выбираю диаметр электродной проволоки по таблице 3.4

Таблица 3.4-Зависимость диаметра электродной проволоки от толщины свариваемого металла и катета шва.

Показатель	Толщина свариваемого металла или катет шва, мм
	0,6-1,0		1,2-2,0		3,0-4,0		5,0-8,0			9,0-12,0			13,0-18,0
Диаметр dэл электродной проволоки.мм	0,5	0,8	0,8	1,0	1,0	1,2		1,4	1,6		2,0	2,0		2,5	3,0

Диаметр электродной проволоки Dэл = 2,0 мм.

• Определяю вылет электрода по формуле:

L_эл=10 * d_эл, мм (3)

Где d_эл.-диаметр электрода

L_эл = 10 * 2 = 20 мм

• Определяю площадь поперечного сечения электрода, мм²

Fэл = π *d_эл² /4 = 3, 14* 2²/4 = 3, 14 мм² (4)

• Определяю силу сварочного тока по формуле .А:

I_св= j * F_эл , А (5)

где: F_эл –площадь поперечного сечения электродной проволоки, мм² .

j – плотность тока, А/мм² (диапазон плотностей сварочного тока от 100 до 200 А/мм²); Большие значения плотности тока соответствуют меньшим диаметрам электродных проволок. Устойчивое горение дуги при сварке плавящимся электродом в углекислом газе достигается при плотности тока свыше 100 А/мм². Принимаю для расчетов j - = 110A /мм²

I_св=110*3.14= 345,4А

• Определяю коэффициент расплавления α_{р ,}г/А*с

α_р= ( 0,83 + 0,22 * I_св/ D_эл ) * 10^-4 г/А*с (6)

где I_св- сила сварочного тока, А;,D_эл.-диаметр электрода

0,83 и 0,22 – эмпирические коэффициенты.

ά_p = ( 0,83 + 0,22 * 345,4 / 2,0)* 10^-4 = 38,82 * 10^-4 =3.8*10^-3 г/А*

• Определяю скорость подачи проволоки, мм/сек

V _пп= [ 4 * άp * I_св/ ( π * D²_эл ) ] * ρ_эл, мм/с, (7)

где ρ_эл=7,8*10^-3 -плотность металла электрода,

Vпп = 4*άp *Iсв/π*d²*ρэл = 4*3,8*10^-3*345,4/3,14*4*7,8*10^-3 = 52.1 мм ∕с

• Определяю напряжение на дуге( согласно литературным источникам)

U_д = 23 - 25 В.

• Определяю коэффициент наплавки.

Ά_H = ά_p*(1 – ψ /100, (8)

где α_н- коэффициент наплавки, г/А*с

ψ - коэффициент потерь = 10-15 %

Ά_H = ά_p*(1 – ψ /100) = 43.5 * 10^-3( 1 – 0,1 ) = 46,89* 10^-3 г/А*с

Рисунок.3.12- Схема шва Т6 ∆8

• Определяю площадь наплавки шва типа Т6 ∆8 изображенный на рисунке 3.12

По формуле:

Fн _Т6∆8= (e*0.15s/2)+(e*s/2)

Где : e-высота шва ,s- толщина металла.

Fн _Т6∆8= (12*0.15*10/2)+(12*10/2) =69мм² (9)

Рисунок 3.13 Шов сварной Н1

• Определяю площадь наплавки шва , а также площадь сечения шва типа Н1 ∆8 изображен на рисунке 3.13.

По формуле :

Fн_Н1∆8 = 2*К²/2 + 1,05 К * q (10)

Где : К-катет шва , q- сегмент усиления шва.

Fн_Н1∆ = 2 * 8²/2 + 1,05 * 8* 1 = 64+8.4=72.4 мм²

• Определяю скорость сварки:

Vсв = (0,9*π*dэл²*Vпп)/(4*Fн), мм /с, (11)

Vсв = (0,9* 3.14*2²*52)/(4*69)= 587/ 276 = 2.12 мм/с

где V_св- скорость сварки, мм/с

F_н- площадь поперечного шва, мм²

0,9- коэффициент потери металла на угар и разбрызгивание.

Dэл- диаметр электрода

Fн-площадь наплавки

• Расчёт количества сварочных материалов.

Рассчитываю длину сварных швов в составе сварной конструкции:

∑ Lш_Т6Δ8=6280мм=6.28м

∑ Lш_{н1Δ8 =} 1740мм=1.74м

Расчет веса наплавленного металла:

Q_н.мн1_∆8=Fн * L_ш *ρ_н (12)

Где : Fн- площадь наплавленного металла

Lш-длина шва

ρ_н-плотность металла

Q_н.мн1_∆8=72,4*1,74*7,8 * 10^-3 =0,982 кг

Q_{н.м. Т6∆8 =}Fн * L_ш *ρ_н (13)

Где : Fн- площадь наплавленного металла

Lш-длина шва

ρ_н-плотность металла

Q_{н.м. Т6∆8 =}69*6,28*7,8 * 10^-3 =3,379 кг

∑Qн.м. = 4,361кг

Расчёт веса сварочной проволоки:

Q_пр.=Q_н.м. * К₁ (14)

где К₁ - коэффициент потерь для определения расхода сварочной проволоки при сварке в среде СО₂

К₁ = 1,35

Q_пр.=Q_н.м. * К₁ = 4,3* 1,35 = 5,8кг.

Расчёт расхода СО₂

Q_г=_.Q_н.м. * К₂ (15)

где К₂ - коэффициент защиты для определения расхода наплавленного металла - 1,7.

Q_г= Q_н.м. * К₂ = 4,3* 1,7 = 7,3кг

Таблица 3.5 -Сводная таблица

	Катет шва	Площадь наплавленного металла,мм2	Длина шва, мм	Усиление шва, мм	Ширина шва, мм	Зазор, мм
Т6	8	69	6280	1	12	1
Н1	8	72,4	1740	1	8	1