2.2. Особенности расчёта режимов сварки стыковых соединений с зазором и разделкой кромок

Последовательность расчёта режима сварки швов стыковых соединений с зазором и со скосом кромок аналогична предыдущему. Однако, при расчёте необходимо учитывать изменение глубины провара и высоты валика, вызванные наличием разделки кромок и зазора в стыке.

При наличии разделки кромок размеры глубины провара и высоты валика будут отличаться от размеров, полученных при сварке стыковых соединений без разделки на одинаковом режиме, хотя при этом мало изменяется контур провара и общая высота шва. Наличие разделки и зазора влияет, главным образом, на соотношение долей участия основного и наплавленного металла. Поэтому, с достаточной для инженерных расчётов степенью точности можно считать, что общая высота шва С является величиной постоянной, т.е.:

С= Н + q = cоnst (39)

Таким образом, зная общую высоту шва С для стыкового соединения без разделки и зазора, можно определить глубину проплавления для соединения с зазором и разделкой кромок, рис.3 по формуле (40).

Н^' = С – q^' (40)

где H^' - глубина провара стыкового соединения с разделкой кромок и зазором (расстояние от поверхности листов до наиболее удаленной точки поперечного сечения шва);

q^' - высота валика при наличии разделки и зазора в стыке.

Высоту q^' при наличии разделки и зазора для однопроходных швов (рис.3) можно определить по формуле:

q^' = (41)

где α - угол разделки ^о, суммарный угол раскрытия (рис.4).

Если шов стыкового соединения с разделкой кромок выполняют за несколько проходов, то первоначально определяют режим сварки одного прохода с одной стороны (при двусторонних швах). Первым проходом необходимо обеспечить требуемую величину проплавления притупления H^'_о (рис.4), которую желательно иметь максимально возможной. Однако, для того, чтобы обеспечить благоприятную форму провара и снизить вероятность образования кристаллизационных трещин, допускаемую плотность тока j_э в электроде необходимо уменьшить (брать значение, близкие к минимальному пределу диапазона допустимых плотностей тока, табл.6).

Рис.3. Параметры геометрии шва при однопроходной сварке к расчёту высоты усиления с разделкой кромок.

Рис.4. Параметры геометрии шва к расчёту глубины проплавления притупления при сварке с разделкой кромок.

При наличии лишь зазора и отсутствии разделки h=0, высота усиления определяется:

q^' = (42)

Порядок расчёта режима сварки в этом случае следующий. Выбрав для сварки одним проходом диаметр электрода, по допустимой плотности тока (табл.6), рассчитывают силу сварочного тока:

I_св = (43)

Затем по формуле (18) находят оптимальное напряжение дуги и по выражению (19) коэффициент формы провара. После этого, определяют основные размеры шва, которые имели бы место при сварке на принятом режиме стыкового бесскосного соединения. Для этого первоначально определяют глубину провара H.

(44)

При сварке под флюсом углеродистых и низколегированных сталей (подставив значения объёмной теплоёмкости и температуры плавления) формула имеет вид:

H =0,0076· (45)

При сварке в углекислом газе указанных сталей глубина проплавления рассчитывается по формуле:

H =0,0081· (46)

где q_n - погонная энергия;

q_n = (47)

здесь η_u - эффективный к.п.д. нагрева изделия дугой, который при сварке под флюсом составляет 0,85…0,95; при сварке в защитном газе 0,80…0,84; _cв - скорость сварки.

Скорость сварки рекомендуется находить по формуле 27.

Зная глубину провара Н и коэффициент формы провара Ψ_np , по формуле (22) определяют ширину шва е, затем по формуле (23) находят высоту валика q, а по формуле (24) - площадь сечения наплавленного металла F_н. После этого определяют высоту шва С.

С = Н + q (48)

Полагая, что при сварке на принятом режиме с разделкой кромок общая высота шва С остается неизменной, можно определить глубину провара притупления Н^'_о (рис.4).

Н^'_о = С – q^'_о (49)

где q^'_о- высота заполнения разделки одним проходом (рис.4).

q^'_о = (50)

где F_н - площадь поперечного сечения металла, наплавленного за данный проход; b - зазор в стыке; С - общая высота шва; α - угол разделки, (рис.4).

Режим сварки первым проходом с другой стороны шва выбирают, исходя из условий обеспечения провара притупления с учётом перекрытия К (рис.4), т.е. должно выполняться условие

Н^'_о + Н^''_о = с + К^' (51)

где с – величина притупления; К^' - перекрытие швов, К^' >0.

Режим сварки последующих проходов и их число выбирают из условий заполнения разделки и плавного спряжения шва с основным металлом.

При определении количества проходов, требуемых для заполнения разделки, необходимо иметь в виду, что максимальное сечение одного прохода обычно не превышает 100 мм².

Площадь поперечного сечения последующих проходов F_п с одной стороны сварного соединения определяют как разность между площадью поперечного сечения наплавленного металла Fº_н и площадью первого прохода F_н:

F_п = Fº_н - F_н (52)

Площадь Fº_н определяют как сумму площадей заполнения разделки и валика наплавленного металла, при этом учитывают конструктивные элементы и размеры шва, согласно требованиям стандартов на швы и соединения, выполненные конкретным способом сварки. Поэтому, стоит обратить внимание, что нельзя принимать конструктивные элементы свариваемых кромок и размеры шва одинаковыми для разных способов сварки.

Режим сварки последующих проходов рассчитывают по формулам (16), (18), (27) и из условий максимальной производительности и минимального числа проходов. Необходимо также помнить об ограничении количества наплавленного металла за один при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов. Если при выполнении последнего прохода окажется, что шов не перекрывает разделку, то последний слой шва необходимо выполнить в два прохода.