2. Расчёт режимов и размеров шва при сварке в углекислом газе

Последовательность выполнения режима сварки швов тавровых соединений, свариваемых в лодочку, с некоторым приближением можно определить так же, как для стыковых соединений с углом разделки .

Однако режим сварки угловых швов необходимо выбирать с учётом специфических особенностей их формирования. При получении плоских или выпуклых швов ширина шва всегда должна быть равна расстоянию по горизонтали между свариваемыми деталями (рис.2, а). Если ширина шва будет больше этого расстояния, то неизбежны подрезы (рис.2, б). Поэтому коэффициент формы шва таврового соединения, равный отношению ширины к общей высоте его ( ) , должен быть не больше 2. Вместе с этим слишком глубокие и узкие швы (с малым коэффициентом формы) склонны к образованию горячих трещин из-за неблагоприятных условий кристаллизаций .

а) б)

Рисунок 2. Формирование углового шва по ширине при сварке в лодочку: а - удовлетворительное ; б - подрезы

При расчёте режима сварки технолог должен обеспечить получение катета шва, назначенного конструктором при расчёте прочности или по конструктивным соображениям. По заданному катету шва определяют площадь поперечного сечения наплавленного металла при получении плоского шва:

F_Н=k²/2=10²/2=50 см².

Проведём процесс сварки за два прохода: площадь первого примем 30 мм²

Примем плотность тока j=90 А/мм². Тогда по d_Э=2 мм.

Определяем силу сварочного тока:

.

Примем I_СВ=290 А.

Для принятого диаметра электрода и силы сварочного тока определяем оптимальное напряжение дуги:

откуда ,примем .

Найдём скорость сварки:

,

где – плотность наплавленного металла ; F_Н – площадь наплавки, мм²; I_СВ – сварочный ток, А; - коэффициент наплавки, . Чтобы найти воспользуемся формулой:

,

где - коэффициент расплавления, он отличается от коэффициента наплавки в связи с потерями электродного металла, - коэффициент потерь, под которым понимают отношение количества металла, потерянного в виде брызг и угара, к полному количеству расплавленного электродного металла:

Анализ экспериментальных данных, полученных при сварке в среде углекислого газа электродной проволокой марки Св-08Г2С, показал, что величина коэффициента потерь (%) для сварки при оптимальных напряжениях дуги зависит от плотности тока в электроде :

,

тогда .

Коэффициент расплавления:

,

где l – вылет электрода, l=10-20 мм, примем l=20 мм; d_Э – диаметр электрода, равный 2 мм; I_СВ – сварочный ток, равный 290 А,

тогда .

Найдём коэффициент наплавки

.

Вычислим скорость сварки

Определим погонную энергию

,

где =0,6-0,85, примем 0,7. Тогда

.

Коэффициент формы провара

,

где - коэффициент, величина которого зависит от рода тока и полярности, для сварки постоянным током обратной полярности

.

Тогда .

Найдём глубину провара

.

При сварке в углекислом газе низкоуглеродистых и низколегированных сталей электродной проволокой марок Св-08Г2С и Св-08ГС А=0,0081. Тогда глубина провара Н для этих условий:

Оптимизация геометрии угловых швов путём перехода к неравнокатетным швам позволяет уменьшить общие технологические затраты при производстве сварных конструкции, снизить их насыщенность наплавленным металлом более эффективно использовать металл шва в работе сварочного соединения в целом.

Рисунок 3 – изменение расположения зоны проплавления с изменением угла наклона электрода: 1 - ; 2 - .

Для этого значение оптимального угла наклона электрода и смещения рассчитывают по формулам:

,

где К, Н – катет и толщина углового шва, выполненного в положении «симметричная лодочка». Данные формулы применимы для рисунке 4 при предположении, что, во-первых, формы проплавления нормальных равнокатетного и неравнокатетного швов описываются уравнением эллипса, а их площади равны; во-вторых, вершина зоны проплавления оптимального шва лежит в плоскости сопряжения элементов сварного соединения.

Ось электрода

Тогда ,

отсюда .

Данный неравнокатетный шов обеспечит большую проплавляемую способность, чем равнокатетный.

Получение швов с вогнутой или выпуклой поверхностью зависит от соотношения между величиной сварочного тока и скоростью сварки. При сравнительно невысоких токах и больших скоростях сварки получаются вогнутые швы; наоборот, при сварке на больших токах и невысоких скоростях получаются выпуклые швы . Форма швов, главным образом, зависит от величины критического тока I_КР

,

где I_КР – критический ток, т. е. такой сварочный ток, при котором для данной скорости сварки получается шов с плоской поверхностью; I₀ – условный критический ток при нулевой скорости сварки; для автоматической и полуавтоматической сварки I₀=350 А; m – коэффициент, зависящий от диаметра электрода, равный в данном случае 10. Тогда

,

так как I_СВ<I_КР, то шов с вогнутой поверхностью.

Зная глубину провара и _ПР, можно определить ширину шва

Определим площадь проплавления по формуле:

где - коэффициент формы провара, равный 2,8.

Тогда

Площадь наплавки равна 30 мм²;

Рассчитаем долю участия основного металла в металле шва по формуле:

γ₀=

где F_пр- площадь проплавления;

F_н- площадь наплавки.

Тогда γ₀= .