4.2 Расчёт режимов для сварки в аргоне плавящимся электродом.

При сварке в аргоне плавящимся электродом в соответствии с ГОСТ 14771-76 установлены следующие размеры подготовки кромок под сварку и размеры сварного шва (таблица 5).

Таблица 7- ГОСТ 14771-76, геометрические размеры подготовки кромок под сварку и сварного шва при сварке плавящимся электродом в среде инертных газов

Условное Обозначение Сварного соединения	Конструктивные элементы		S=S1	b		e, не более	g		g1
	подготовленных кромок свариваемых деталей	шва сварного соединения		Номин.	пред. откл.	8	Номин.	пред. откл	Номин.	пред. откл
С2			2,2 – 4,0	0	+1,5		1,5	+0,5 -0,5	1,5	+1.0 -1,0

Рассчитаем основные параметры сварки.

Выбираем диаметр электродной проволоки согласно рекомендации [2, С.493] равным 1,2 мм. Расчёт будем вести согласно методике предложенной в [5].

Определим силу сварочного тока по формуле:

, ( 13)

где Н- необходимая глубина провара; при односторонней однопроходной сварке принимаем Н=S, где S- толщина листов;

k_h- коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от условий сварки. Согласно [5, табл.5], для диаметра проволоки равного d_э=1,6 мм, этот коэффициент равен: k_h=1,75 (условно этот коэффициент принимаем как при сварке в СО₂).

Таким образом:

А.

Принимаем ток сварки равным:

I_св=230 А.

При этом величина плотности тока определяется в зависимости от d_э и составляет j_э=115 А/мм² [5, С.10].

Для принятого диаметра электрода и силы сварочного тока определим оптимальное напряжение дуги

, (14)

Таким образом: В.

Выбираем U_д=19 В.

Зная сварочный ток, диаметр электрода и напряжение дуги, определяем коэффициент провара

, (15)

где К`- коэффициент, величина которого зависит от рода тока и полярности. При

величина коэффициента К` определяется по формуле (при сварке на обратной полярности)

(16)

В таком случае:

Тогда: .

Зная глубину провара и коэффициент формы провара, определяют ширину шва

(17)

Полученная ширина шва соответствует ГОСТу 14771-76 .

Задавшись оптимальным значением формы выпуклости, т.е. коэффи­циентом формы усиления находят высоту валика. Значения выбирают в пределах 7-10.

Значения коэффи­циента формы усиления выбираем =7

, (18)

Таким образом .

При определении площади сечения наплавленного металла можно воспользоваться формулой

, (19)

Откуда: мм².

Определим скорость сварки по формуле:

, (20)

где γ – плотность наплавляемого металла γ=7,9 г/см³;

F_н – площадь наплавленного металла; F_н=6,807см² .

α_н – коэффициент наплавки. Его можно определить по формуле:

(21)

где ψ – коэффициент потерь, определяемый по формуле:

, (22)

где j_э- плотность тока; j_э = 115А/мм².

Таким образом: .

α_р - коэффициент расплавления проволоки, определяется по формуле:

, (23)

где l – вылет электродной проволоки (согласно рекомендациям, предложенным в [6, С. 86], он равен l = 10-12мм);

dэ – диаметр электродной проволоки;

I_св – ток сварки.

Тогда коэффициент расплавления проволоки равен:

г / А·ч.

Коэффициент наплавки:

г / А·ч.

Следовательно, скорость сварки равна:

.

V_св≈ 36м/ч.

Определим скорость подачи электродной проволоки по формуле:

, (24)

где α_р - коэффициент расплавления проволоки; α_р = 9,27 г / А·ч;

F_эл- площадь поперечного сечения электродной проволоки

(F_эл =2мм²);

γ – плотность наплавляемого металла; γ=7,9 г/см³.

Таким образом: .

V_п.э= 134,4м/ч.

Рассчитаем погонную энергию:

(25)

где I_св - сварочный ток;

U_д - напряжение;

V_св - скорость сварки;

η_и=0,8 0,84 – эффективный КПД .

.

Рассчитаем глубину провара по формуле [3, С.184]:

, (26)

где r вычисляется по формуле:

, (27)

где - объемная теплоемкость Дж/см3·град (для аустенитных сталей

= 4,7Дж/см3·град);

Т_пл = 1425⁰С – температура плавления.

Подставляя значения переменных получим:

см.

Тогда: .

После проделанных расчетов мы убедились в том что расчётные режимы сварки нам не подходят, так как мы не получили нужную глубину провара. Поэтому выбираем I_св и U_св из рекомендованных значений [2,С.493] и пересчитываем режим. Рекомендуемые режимы представлены в таблице 8.

Таблица 8- Режимы полуавтоматической аргонодуговой сварки плавящимся электродом постоянным током обратной полярности нержавеющих сталей 08Х18Н10Т

Тип соединения	Толщина материала, мм	Диаметр проволоки, мм	Режим сварки
			Ток, А	Напряжение дуги, В	Расход газа, л/мин
В стык без разделки кромок	4,0+4,0	1,0-1,6	180-250	23-26	7-9

Выбираем I_св=240А и U_св=26В

Пересчитаем основные параметры сварки.

Зная сварочный ток, диаметр электрода и напряжение дуги, определяем коэффициент провара по формуле (15):

,

где К`- коэффициент, величина которого зависит от рода тока и полярности. При

величина коэффициента К` остается неизменной (при сварке на обратной полярности[5,C.9]):

.

Тогда: .

Зная глубину провара и коэффициент формы провара, определяют ширину шва по формуле (17):

.

Полученная ширина шва не соответствует ГОСТу

Задавшись оптимальным значением формы выпуклости, т.е. коэффи­циентом формы усиления находят высоту валика по формуле (18). Значения выбирают в пределах 7-10.

Значения коэффи­циента формы усиления выбираем =7.

Таким образом:

При определении площади сечения наплавленного металла воспользуемся формулой (19):

,

Откуда: мм²,

Определим скорость сварки по формуле (20):

, где γ – плотность наплавляемого металла. γ=7,9 г/см³;

F_н – площадь наплавленного металла; F_н=11,715мм² .

α_н – коэффициент наплавки. Его можно определить по формуле (21):

,

где ψ – коэффициент потерь, определяемый по формуле (22):

,

где j_э- плотность тока; j_э = 120А/мм².

Таким образом: .

α_р - коэффициент расплавления проволоки, определяется по формуле (23):

,

где l – вылет электродной проволоки (согласно рекомендациям, предложенным в [6,С. 86], он равен: l = 10-12мм);

dэ – диаметр электродной проволоки;

I_св – ток сварки.

Тогда коэффициент расплавления проволоки равен

г / А·ч

Коэффициент наплавки

г / А·ч.

Следовательно, скорость сварки равна:

.

V_св≈ 21,5м/ч.

Определим скорость подачи электродной проволоки по формуле (24):

,

где α_р - коэффициент расплавления проволоки; α_р = 9,238 г / А·ч;

F_эл- площадь поперечного сечения электродной проволоки (F_эл =2мм²);

γ – плотность наплавляемого металла; γ=7,9 г/см³.

Таким образом: ,

V_п.э= 141м/ч.

Рассчитаем погонную энергию по формуле (25):

где I_св - сварочный ток;

U_д - напряжение;

V_св - скорость сварки;

η_и=0,8 0,84 – эффективный КПД.

,

Рассчитаем глубину провара по формуле (26):

,

где r вычисляется по формуле (27):

,

где - объемная теплоемкость Дж/см3·град (для аустенитных сталей

= 4,7 Дж/см3·град);

Т_пл = 1425⁰С – температура плавления.

Подставляя значения переменных получим:

см.

Тогд .

С помощью данных режимов получили нужную глубину провара, но ширина шва не значительно отклонилась от значения регламентированных ГОСТом 14771-76. Но эту сварную конструкцию можно использовать лишь только тогда когда она пройдёт определённые производственные испытания.

5 РАСЧЁТ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА ШВА

Влияние химических элементов, входящих в основной металл, может быть значительным. Не учитывать этого нельзя. Роль химического состава сварочных материалов также очевидна, так как подбором можно регулировать химический состав и механические свойства металла шва в самых широких пределах.

Содержание рассматриваемого элемента в металле шва определяется на основании правила смешения по формуле, [2, С.23]:

(28)

где [X]_ш – содержание рассматриваемого элемента в металле шва;

[X]_ом – содержание этого же элемента в основном металле;

(1- γ_о) – доля участия электродного металла в металле шва;

[X_э] – содержание рассчитываемого элемента в металле, наплавленном электродами ОЗЛ-7 или сварочной проволокой;

ΔX – переход данного элемента из покрытия в шов или его выгорание;

γ_о – доля участия основного металла в металле шва.