4. Расчет и выбор режимов сварки и размеров шва

Под параметрами режима сварки понимается - совокупность основных характеристик процесса обеспечивающих получение шва заданной геометрии и качества.

Согласно данным источника данный сплав с толщиной пластин 5мм сваривается без разделки кромок, и сварка производится с двух сторон:

а)

б)

Рис. 4.1. Свариваемые образцы: а) - до сварки; б) - после сварки.

4.1. Выбор режимов для аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом

Для сварки неплавящимся электродом как таковой методики по расчёту режимов не существует. Для осуществления сварки необходимо определиться с некоторыми режимами, а именно сварочный ток, расход газа, диаметр присадочной проволоки, род и полярность тока. Остальные параметры (скорость сварки, длина дуги и т.д.) устанавливает сварщик. В используемой литературе данных о сварке листов толщиной 1,5 мм не обнаружено, но есть данные о сварке листового проката толщиной 1 мм и 2 мм. Выход из данной ситуации можно найти путём интерполяции значений соответствующих параметров.

Окончательные параметры режима сварки приведены в таблице.

Ориентировочное напряжение дуги определяется в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60974-1-2004:

U_д=10+0,04∙I_д=10+0,04∙(140…160)=(15,6 …16,4)В, (1)

где U_д — напряжение дуги, В;

I_д — сварочный ток, А.

Для сварки вольфрамовым электродом используют переменный ток.

Таблица 4.1. Режимы сварки вольфрамовым электродом в аргоне

Тип соединения	Толщина материала, мм	Диаметр проволоки, мм	Диаметр электрода, мм	Режим сварки
				Ток, А	Напряжение дуги, В	Расход газа, л/мин
Стыковое, без разделки кромок	5	2,0	2,0	140…160	12,4…14	6…8

4.2. Выбор режимов для ручной дуговой сварки

Определение режимов сварки обычно начинают с диаметра электрода, который назначают в зависимости от толщины листов при сварке швов стыковых соединений.

Так при толщине листов 3-5 мм диаметр электрода равен, d_э = 3,15 мм.

При ручной дуговой сварке в соответствии с ГОСТ 5264-80 установлены следующие геометрические размеры подготовки кромок под сварку и размеры сварного шва, которые приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2. ГОСТ 5264-80, геометрические размеры подготовки кромок под сварку и сварного шва

Условное обозначение сварного соединения	Конструктивные элементы		S=S1	b		e, не более	g
	подготовленных кромок свариваемых деталей	сварного шва		Номин.	пред. откл.	8	1,5
С7			2	2	+1,0 -0,5
			Св. 2- 4			9	2,0
			Св. 4- 5		+1,5 -1,6	10

Определим площадь поперечного сечения наплавленного металла по формуле:

(2)

Данные из таблицы 4.1 подставим в формулу (2) и получим:

Определим силу сварочного тока.

При ручной дуговой сварки сила тока выбирается в зависимости от диаметра электрода и допускаемой плотности тока:

, (3)

где d_э – диаметр электрода;

j – плотность тока, согласно [3,С.182, таблица 40] для электродов с солевым покрытием и диаметром 3,15 мм, плотность тока равна:j = 10 – 14,5 А/мм².

Тогда, сила тока равна:

А.

Расчетные значения тока отличаются от фактических, то для электродов марки УАНА-5 диаметром 3,15 мм для сварки в нижнем положении, принимаем:

Таблица 4.3. Режимы сварки электродами УАНА-5

Параметры	Диаметр электрода, мм
	3,15	4,0	5,0	6,3
Рекомендуемые значения тока А, при положении шва: Нижнем Вертикальном Толщина свариваемого металла, мм Рекомендуемая температура предварительного подогрева металла,	80-110 80-110 3-5 100-200	100-130 90-130 4-10 150-250	130-160 120-150 8-14 200-350	160-180 150-170 12-16 200-350

Определим напряжение дуги по формуле:

, (4)

Напряжение дуги при ручной дуговой сварке изменяется в сравнительно узких пределах и при проектировании технологических процессов сварки выбирается на основании рекомендаций сертификата на данную марку электродов [3, c.182].

Для вычисления величины сварочных деформаций и некоторых других расчётов бывает необходимо учесть тепловое воздействие на свариваемый металл, определяемой погонной энергией [3, с.182]:

(5)

где U_д- напряжение дуги, В;

η_и - эффективный К.П.Д. дуги (для дуговых способов сварки он равен [4. с.25]: η_и= 0,6 ÷0,9);

V_св- скорость сварки, которая определяется по формуле, [3, с.183]:

(6)

где α_н – коэффициент наплавки, г/А·ч; α_н=6,4 г/А·ч;

γ – плотность наплавляемого металла γ = 2,7 г/см³;

F_н – площадь наплавленного металла; F_н = 0,25 см² .

Таким образом: см/с.

Следовательно, погонная энергия равна:

.

Определим количество проходов, которое необходимо для образования соединения.

Согласно [5, с.7], количество проходов определим по формуле:

(7)

где F₁ – площадь поперечного сечения металла наплавляемая за один проход;

F_n - площадь поперечного сечения металла наплавляемая за последующий проход.

Площадь поперечного сечения металла наплавляемая за один проход определим по формуле, [5, с.6]:

(8)

где d_э – диаметр электрода; d_э = 3,15мм.

Таким образом:

.

Площадь поперечного сечения металла наплавляемую за последующий проход определим по формуле [5, с.6]:

(9)

Тогда:

.

Следовательно, количество проходов равно:

.

Принимаем n = 1.

Рассчитаем изотермы плавления:

, (10)

где qп - погонная энергия;

qэ - эффективная тепловая мощность источника, Вт;

сρ = 2,7 Дж/см3·град – объемная теплоемкость.

Подставляя значения получим:

с м. Глубина провара

Примем глубину провара равной 2,5 мм.

Для этого определим площадь проплавления по формуле:

(11)

где е = 10мм – ширина шва;

Н = 3,9мм – глубина провара.

;

Площадь наплавленного металла: .

Рассчитаем долю участия основного металла в металле шва по формуле [1,c.85]:

(12)

где Fпр - площадь проплавления;

Fн - площадь наплавки.

Тогда:

γ₀= .

В ходе данных расчётов выбрали режимы для ручной дуговой сварки покрытыми электродами, которые обеспечивают формирование геометрии шва согласно ГОСТ 5264-80.