3.3.2. Выбор режимов обработки

Под режимом обработки понимают значения регулируемых параметров процесса. Вид и количество параметров определяются конкретным способом обработки. Например, при механизированной аргонодуговой сварке к основным параметрам режима относят: скорость сварки, величину сварочного тока, падение напряжения на дуге, диаметр и скорость подачи электродной или присадочной проволоки, марку и расход защитного газа и др.

При выполнении курсового проекта должны быть определены все основные параметры режима для детально прорабатываемых операций для проектных вариантов. Перечень определяемых параметров для наиболее распространенных способов сварки и пайки установлен структурой типовых блоков технологических режимов соответствующего способа сварки или пайки /33/, которые должны быть приведены в операционной карте.

К настоящему времени отсутствуют общепринятые методики расчета параметров режима пайки, наплавки, напыления и ряда способов сварки. Выбор режимов обработки для таких процессов проводится по литературным источникам и нормативной документации базового предприятия. В данном проекте для дуговой сварки соединений встык, контактной точечной или шовной сварки необходимо выполнить приближенный расчет параметров режима на компьютере или вручную и сравнить его с данными литературных источников и базового предприятия.

Расчет параметров режима дуговой сварки обычно проводят исходя из размеров сварочной ванны или сечения шва. Одним из основных энергетических элементов режима дуговой сварки является сварочный ток. Для ориентировочного расчета вручную величины сварочного тока при сварке тонколистовых материалов в тех случаях, когда применима схема быстродвижущегося линейного источника нагрева, можно использовать формулу:

,

а для схемы линейного источника, движущегося с небольшой скоростью:

,

где V – скорость сварки, см/с;

F_ПР – площадь проплавления основного металла, см²;

 – плотность материала, г/см³;

h_ПЛ – теплосодержание металла в сварочной ванне, Дж/г;

U – напряжение на дуге, В;

_u – эффективный КПД дуги;

_t – термический КПД процесса проплавления (обычно принимают _t = 0,485);

 – коэффициент температуропроводности, см²/с;

• – толщина материала в свариваемом сечении, см.

Численные значения параметров V и U подбираются по литературным источникам, значения коэффициентов , h_ПЛ, _u,  выбираются по справочным материалам или приложениям 1 и 2 настоящего методического руководства.

Расчет по схеме линейного источника нагрева не учитывает теплоотдачу в подкладку и прижимы кромок, поэтому при сварке тонколистовых материалов расчёт дает заниженные значения сварочного тока.

Площадь проплавления F_ПР обычно определяется графическим способом исходя из конструктивных элементов шва, назначаемых ГОСТом на соответствующий метод сварки, или чертежом изделия (рис. 3.2).

Для приближенного расчета площади сварных соединений широко применяется формула:

.

Рис. 3.2. Обозначения размеров сварочной ванны и шва:

L – длина ванны; B – ширина ванны; b – ширина проплавления; h_y – высота усиления шва;

h_пр – высота проплавления шва,  – толщина свариваемого сечения;

F_н – площадь наплавленного металла, F_пр – площадь проплавления.

Теплосодержание расплавленного металла h_ПЛ в сварочной ванне определяется из соотношения

,

где С – удельная теплоемкость, Дж/г С;

Т_ПЛ – температура плавления металла, С;

Т_ПЕР – температура перегрева металла в сварочной ванне (обычно принимают Т_ПЕР = 0,2 Т_ПЛ), С;

L – скрытая теплота плавления, Дж/г.

Значения параметров С, Т_ПЛ и L берутся из приложения 2.

Подсчитанная по вышеуказанным формулам величина сварочного тока сравнивается с литературными данными и проверяется расчетным определением ширины шва В.

Для схемы с медленно движущимся источником тепла без существенной теплоотдачи определение ширины шва производится по номограмме на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Номограмма для определения ширины зоны нагрева в пластине движущимся линейным источником тепла

Для определения В вычисляется отношение:

,

где Т_ПЛ – температура плавления,  С;

 – коэффициент теплопроводности металла, Вт/см С;

q – эффективная мощность дуги, определяемая из выражения: q = I U  _u.

Полученная величина отношения откладывается по оси ординат номограммы, а на оси абсцисс находят соответствующее ей значение , из которого определяют ширину шва. При этом полагают, что В = 2 y, где y – координата точки температурного поля, в которой Т = Т_ПЛ.

Для быстродвижущегося линейного источника тепла в пластине, если теплоотдачу можно не учитывать, ширина шва определяется по формуле:

Полученное значение В сравнивается с соответствующим способу сварки ГОСТом на размеры и конструктивные элементы швов сварных соединений или с литературными данными в случае отсутствия ГОСТа.

Ширину шва можно рассчитать по схеме движущегося линейного источника, моделируя эти процессы в системе «MATHCAD». Результаты расчетов приводятся в тексте пояснительной записки или в приложении и обязательно оцениваются на достоверность путем сравнения с опубликованными теоретическими или экспериментальными данными.

При разработке технологии дуговой сварки титановых сплавов, легированных сталей, жаропрочных сплавов часто возникает необходимость определения размеров зоны газовой защиты нагретого металла, распределения температур по сечению сварных соединений, скорости охлаждения для предотвращения появления закалочных трещин или межкристаллической коррозии, длительности пребывания металла в том или ином температурном интервале. В связи с трудоемкостью таких расчетов, их целесообразно проводить в системе «MATHCAD».

Окончательно выбранные режимы обработки указываются в пояснительной записке и в операционных картах проектируемого технологического процесса.