4 Расчёт и выбор режимов сварки и размеров шва

4.1 Выбор режимов для сварки в аргоне неплавящимся вольфрамовым электродом

Так как для расчёта режимов сварки неплавящимся вольфрамовым электродом не существует определённой методики, при их выборе воспользуемся рекомендациями [3,c.186].

Таблица 4.1- Режимы аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом постоянным током прямой полярности нержавеющих сталей 12Х18Н10Т

Тип соединения	Толщина материала, мм	Диаметр проволоки, мм	Режим сварки
			Ток, А	Напряжение дуги, В	Расход газа, л/мин
В стык без разделки кромок	2,0+2,0	1,2-1,6	80-100	10-11	5-6

Ориентировочные размеры получаемых при сварке швов приведены в таблице 4.2 [2, С.494].

Таблица 4.2- Ориентировочные размеры сварных швов стыковых соединений из нержавеющей стали (сварка в среде аргона)

Толщина материала	Обозначение параметров шва	Размеры шва при сварке, мм
		с присадочной проволокой	плавящимся электродом
2,0+2,0	е g g1	5.0-7.0 0.5-1.2 0.5-1.2	4.0-7.0 0.5-1.5 0.5-1.2

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 4).

Таблица 4.3- 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			2,0 – 4,0	0	+1,5		1,5	+0,5 -0,5	1,5	+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 [4].

Определим силу сварочного тока по формуле

I_св=H ·100/k_h, ( )

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 [4, табл.5], для диаметра проволоки равного d_э=1,2мм, этот коэффициент равен: k_h=2.1( условно принимаем его как при сварке в СО₂).

Таким образом

I_св= 2 ·100/2,1=95,2 А.

Принимаем ток сварки равным:

I_св=100 А,

рекомендуемый ток [2,c.489] равен 100-130 А. При этом величина плотности тока определяется в зависимости от d_э и составляет

j_э= I_св / F_э = 100 / (3,14·0,6²) ≈ 90 А/мм² ,

где F_эл- площадь поперечного сечения электродной проволоки.

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

U_д= 20+ (50 · 10^-3) /dэ^0.5· I_св± 1, (3)

Таким образом

U_д= 20+ (50 · 10^-3 /1,2^0.5)· 100± 1=(24,56÷ 26,56)В,

при этом рекомендуемое напряжение [2,c.493] равно 19-21 В. Выбираем U_д=25 В.

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

, (4)

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

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

. (5)

В таком случае

.

Но согласно опытным данным [4, С.10] этот коэффициент не должен превышать 4, поэтому следует изменить режимы сварки, например, выбрать U_д равным 21 В.

Произведем перерасчёт в соответствии с новыми данными

Зная глубину провара и коэффициент формы провара, определяют ширину шва

, (6)

причём это значение вписывается в пределы, указанные в таблице 4.

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

, (7)

где значения выбирают в пределах 7-10. Задаёмся равным 7,2. Следовательно

g = 8 / 7,2 = 1,1 мм.

При определении площади сечения наплавленного металла можно воспользоваться формулой

F_н=0,73·е·g. (8)

Откуда F_н=0,73·8·1,1=6,424мм².

Определим скорость сварки по формуле

V_св= (α_н· I_св)/(3600 · γ · F_н), (9)

где γ – плотность наплавляемого металла. Согласно [2, С.36]:

γ=7,9 г/см³;

F_н – площадь наплавленного металла; F_н=0,064 см² .

α_н – коэффициент наплавки. Его можно определить по формуле

α_н = α_р· (1 - ψ), (10)

где ψ – коэффициент потерь, определяемый по формуле

ψ = - 4,72+17,6 · 10^-2 · j_э - 4.48·10^-4 · j²_э , (11)

где j_э- плотность тока; j_э = 90А/мм².

Таким образом, ψ = - 4,72+17,6 · 10^-2 · 90 - 4.48·10^-4 · 90² =7,49%.

α_р - коэффициент расплавления проволоки, определяется по формуле

α_р = 9,05+(3,1 · 10^-3 · √I_св) · L / dэ², (12)

где L – вылет электродной проволоки L = 9мм, так как при сварке высокоуглеродистых сталей не рекомендуют большой вылет электрода [5,С.195];

dэ – диаметр электродной проволоки;

I_св – ток сварки.

Тогда коэффициент расплавления проволоки равен

α_р = 9,05+(3,1 · 10^-3 · √100) · 9 / 1,2² ≈ 9,25 г / А·ч.

Коэффициент наплавки

α_н = 9,25· (1 – 0,075) = 8,556 г / А·ч.

Следовательно, скорость сварки равна:

V_св= (8,556 · 100)/(3600 · 7,9 · 0,064) = 0,47 см/с;

V_св≈ 16,92 м/ч.

Определим скорость подачи электродной проволоки по формуле:

V_п.э= (α_р· I_св) / ( F_эл · γ), (13)

где α_р - коэффициент расплавления проволоки; α_р = 9,25 г / А·ч;

F_эл- площадь поперечного сечения электродной проволоки (F_эл =1,13 мм²);

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

Таким образом, V_п.э= (9,25· 100) / ( 0,0113 · 7,9) = 10361,8см/ч.

V_п.э= 103,618 м/ч.

Рассчитаем погонную энергию

q_п=I_св·U_д·η_и/V_св, (14)

где I_св - сварочный ток;

U_д - напряжение;

V_св - скорость сварки;

η_и=0,8 0,84 – эффективный КПД.

g_п=(100 21 0,8)/0,47=3574,5 Дж/см.

Рассчитаем глубину провара по формуле [1, С.184]

Н= (0,5-0,7) ·r, (15)

где r вычисляется по формуле

, (16)

где - объемная теплоемкость Дж/см3·град (для аустенитных сталей = 4,7 Дж/см3·град);

Т_пл = 1425⁰С – температура плавления.

Подставляя значения переменных получим

см.

Тогда Н= 0,57 ·0,35 = 0,2 см =2 мм.

Для сравнения представим в таблице 4.4 рекомендуемые режимы сварки [2,С.493].

Таблица 4.4- Режимы полуавтоматической аргонодуговой сварки плавящимся электродом постоянным током обратной полярности нержавеющих сталей 12Х18Н10Т

Тип соединения	Толщина материала, мм	Диаметр проволоки, мм	Режим сварки
			Ток, А	Напряжение дуги, В	Расход газа, л/мин
В стык без разделки кромок	2,0+2,0	1,0-1,2	100-130	19-21	6-8