2.1. Расчёт режимов сварки двухсторонних швов стыковых бесскосных соединений без зазора в стыке

Последовательность расчёта режима сварки сварного соединения без зазора (рис.2) изложена ниже.

1. Устанавливают требуемую глубину провара при сварке с одной стороны, которая назначается исходя из технологической возможности выбранного механизированного способа сварки (сварка в активных газах, сварка под слоем флюса и т.д.):

Н = S/2 (15)

Иногда глубину провара при сварке с одной стороны задают на 2…3 мм больше или меньше половины сечения, в зависимости от толщины свариваемых пластин.

Рис.2. Стыковое бесскосное соединение.

2. Выбирают силу сварочного тока, обеспечивающую заданную глубину проплавления свариваемых пластин:

I_св = 100 · H / k_h (16)

где k_h – коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от условий проведения сварки.

Значения данного коэффициента для средних значений тока приведены в таблице 5. При отсутствии данных в таблице для определения k_h необходимо взять в расчётном случае близкие условия выполнения сварки.

3. Выбирают диаметр электродной проволоки. Ориентировочно он может быть определён по формуле (17).

d_э =2 · (17)

где j – допустимая плотность тока, А/мм².

Допустимая плотность тока при механизированной сварке стыковых швов без скоса кромок зависит от диаметра электрода (табл.6).

4. Для принятого диаметра электрода и силы сварочного тока определяют оптимальное напряжение дуги (18).

U_д =20 + ·I_св ±1 (18)

Таблица 5.

Значения коэффициента пропорциональности k_h в зависимости от условий проведения сварки

Марка флюса или защитного газа	Диаметр электродной проволоки, мм	kh, мм/А
		Переменный ток	Постоянный ток
			Прямая полярность	Обратная полярность
ОСЦ - 45	2,0 3,0 4,0 5,0 6,0	1,30 1,15 1,05 0,95 0,9	1,15 0,95 0,85 0,75 -	1,45 1,30 1,15 1,10 -
АН - 348А	2,0 3,0 4,0 5,0 6,0	1,25 1,10 1,00 0,95 0,90	1,15 0,95 0,90 0,85 -	1,40 1,25 1,10 1,05 -
Углекислый газ	1,2 1,6 2,0 3,0 4,0 5,0	- - - - - -	- - - - - -	2,10 1,75 1,55 1,45 1,35 1,20

Таблица 6.

Значения плотности тока в зависимости от диаметра электрода

dэ, мм	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
j, А/мм2	90…400	65…200	45…90	35…60	30…50	25…45

5. Зная сварочный ток, диаметр электрода и напряжение дуги, определяют коэффициент формы провара.

(19)

где К^' - коэффициент, величина которого зависит от рода тока и полярности.

К^' при плотности тока j < 120 А/мм² при сварке на постоянном токе обратной полярности определяется соотношением:

К^' = 0,367 · j ^0,1925 (20)

При сварке на постоянном токе прямой полярности:

К^' = 2,28 · j ^0,1925 (21)

При j ≥ 120 А/мм² величина коэффициента остается неизменной (для постоянного тока обратной полярности К^'= 0,92; прямой полярности К^'= 1,12). При сварке переменным током во всем диапазоне плотностей тока К^'= 1= const.

Следует учесть, что для механизированной сварки значения Ψ_пр должны составлять 0,8…4,0. При малых значениях коэффициента провара обычно формируются швы, склонные к образованию горячих трещин, при больших - слишком широкие швы с малой глубиной провара, что нерационально с точки зрения использования теплоты дуги и приводит к увеличению сварочных деформаций. Поэтому в случае, если найденные значения Ψ_пр выходят за рамки указанного диапазона, необходимо произвести корректировку параметров режима сварки и провести расчёт заново.

6. Зная глубину провара и коэффициент формы провара, определяют ширину шва:

e = Ψ_пр H (22)

Задавшись оптимальным значением формы выпуклости, т.е. коэффициентом формы усиления Ψ_в, находят высоту валика:

q = e / Ψ_в (23)

При этом значения Ψ_в выбирают в пределах 7…10. Меньшие значения коэффициента формы валика имеют место при узких и высоких швах, которые обладают неудовлетворительной работоспособностью при переменных нагрузках. Бóльшие значения Ψ_в соответствуют широким валикам с небольшим усилением. Это нежелательно по тем же причинам, что и швы с чрезмерно большими значениями Ψ_пр, а так же в связи с возможным уменьшением сечения шва по сравнению с сечением основного металла из-за колебаний уровня жидкой ванны.

7. Определяют площадь сечения наплавленного металла. При сварке стыковых соединений без скоса кромок с нулевым зазором наплавленный металл располагается в виде валика над поверхностью листов. Площадь поперечного сечения такого валика определяется:

F_н =e · q · μ_в (24)

где μ_в – коэффициент полноты валика.

Опытные данные показывают, что в условиях механизированной сварки под флюсом, а также в среде углекислого газа, в диапазоне режимов, обеспечивающих удовлетворительное формирование шва, коэффициент полноты валика μ_в изменяется в узких пределах и практически имеет устойчивое значение μ_в= 0,73. Поэтому при определении площади сечения наплавленного металла можно воспользоваться формулой 25. Однако имеются данные о значениях μ_в при сварке в СО₂, находящиеся в диапазоне 0,62±0,02.

F_н = 0,73 · e · q (25)

8. При приближённом расчёте скорости сварки стыкового соединения без зазора и разделки кромок, можно воспользоваться формулой 26. При этом подразумевается постоянное соотношение длины и ширины сварочной ванны и, как следствие, связь скорости сварки и тока через эмпирический коэффициент А, зависящий от диаметра сварочной проволоки. Значения коэффициента А представлены в таблице 7.

V_св = А / I_св (26)

Таблица 7.

Значения коэффициента пропорциональности в зависимости от диаметра электрода

dэ, мм	1,2	1,6	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
А·103, А·м/ч	2…5	5…8	8…12	12…16	16…20	20…25	25…30

В результате расчёта получаем диапазон, в котором должны находится значения искомой скорости сварки, для обеспечений требуемой глубины провара.

Для более точного определения скорости перемещения сварочной дуги используется методика расчёта по требуемой площади сечения наплавленного металла, формула (27):

V_св = (27)

где α_н - коэффициент наплавки, г/А·ч;

γ - плотность наплавленного металла, г/см³.

Значение коэффициента наплавки α_н при определении V_св и V_пэл рассчитывают следующим образом.

Ввиду незначительных потерь электродного металла при сварке под флюсом, с достаточной для практических расчётов точностью, можно принять, что коэффициент наплавки α_н равен коэффициенту расплавления α_р.

Величина коэффициента расплавления состоит из двух слагаемых:

α_р = α^д_р + α^т_р (28)

где α^д_р - составляющая коэффициента расплавления электрода, обуславливаемая тепловложением сварочной дуги, г/А·ч;

α^т_р - составляющая коэффициента расплавления, зависящая от тепловложения вследствие предварительного нагрева вылета электрода протекающим током, г/А·ч.

При сварке под слоем флюса на постоянном токе обратной полярности удельное количество теплоты, выделяющееся в приэлектродной области, изменяется в небольших пределах, и составляющая коэффициента расплавления равна:

α^д_р = 11,6 ± 0,4 г/А·ч (29)

При сварке на постоянном токе прямой полярности и на переменном токе значение коэффициента определяется по формуле:

α^д_р = А + В · (30)

где А и В - коэффициенты, значения которых приведены в таблице 8.

Таблица 8.