4 РАСЧЕТ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМОВ СВАРКИ

В СРЕДЕ CO₂ И В СМЕСИ ГАЗОВ

Основными разновидностями сварки плавящимся электродом в защитных газах являются сварка в углекислом газе, аргонодуговая сварка и сварка в смеси газов. Сварка в защитных газах плавящимся электродом имеет ряд особенностей. Так, устойчивое горение дуги обеспечивается при высокой плотности тока в электроде (100 А/мм² и выше) при возрастающей вольтамперной статической характеристике. Стабильность параметров сварного шва (глубина проплавления и ширина) зависит от постоянства длины дуги, которая обеспечивается за счет процесса саморегулирования дуги при постоянной скорости подачи сварочной (электродной) проволоки. При этом соблюдается условие равенства скорости её плавления и подачи. Так как процесс ведется на режимах с высокими плотностями сварочного тока, то обычно применяют сварочную проволоку небольшого диаметра (от 0,8 до 2,5 мм), с большими скоростями ее подачи. В этих условиях процесс саморегулирования не может обеспечиваться при использовании источников питания с падающими характеристиками. Поэтому применяют источники питания с жесткой или возрастающей вольтамперной характеристикой. Сварку обычно ведут на постоянном токе обратной полярности. При прямой полярности скорость расплавления в 1,4…1,6 раза выше, чем при обратной, однако дуга горит менее стабильно с интенсивным разбрызгиванием.

Параметрами режима данного способа сварки являются: диаметр и марка сварочной проволоки d_э, мм; ток сварки I_св, А; скорость сварки _св, м/ч; вылет электрода l_э, мм; расход защитного газа Q_г, л/мин.

Диаметр проволоки выбирают при автоматической сварке до 5 мм, при механизированной (полуавтоматической) – до 2 мм, предварительно в зависимости от толщины металла в соответствии с данными таблицы 4.1.

Таблица 4.1 – Выбор диаметра сварочной проволоки

S, мм	0,8…2,0	3,0…8,0	8,0…14,0	16,0…20,0	22,0…40,0
dэ, мм	0,8…1,2	1,2…1,6	1,2…2,0	1,4…3,0	1,6…4,0

Марка проволоки назначается в зависимости от химического состава основного металла из таблицы 2.4 и уточняется по ГОСТ 2246-70.

Для нахождения количества проходов, определяется величина площади наплавки F_н, которая зависит от толщины свариваемых деталей и вида соединения (ГОСТ 14771-76. Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные). Определение площади наплавки производится по аналогии с методикой, приведенной в расчетах режимов ручной дуговой сварки.

Если сварной шов не формируется за один проход, так как величина F_н за один проход, как правило, не превышает 70 мм² (при использовании полуавтоматов) и 100 мм² (при использовании автоматов), определяют число проходов n по формуле

, (4.1)

где F_н – площадь сечения наплавленного металла, мм²;

F₁ – площадь сечения одного прохода, мм².

Определение величины сварочного тока производится по формулам:

- для углеродистых, низко – и среднелегированных сталей

; (4.2)

- для высоколегированных сталей

(4.3)

где h_пр – глубина провара, мм, определяется в зависимости от толщины свариваемых кромок и количества проходов;

; (4.4)

где S – толщина свариваемых кромок, мм.

К_а – коэффициент, зависящий от диаметра сварочной проволоки, определяется из таблицы 4.2.

Таблица 4.2 – Значения коэффициента К_а в зависимости от диаметра электрода

dэ, мм	1,2	1,4	1,6	2	3	4	5
Ка, мм/А	2,1	2	1,75	1,55	1,45	1,35	1,2

Окончательный выбор диаметра электродной проволоки проводят с использованием выражения

мм, (4.5)

где i – плотность тока, А/мм².

Данные о связи между плотностью тока i и диаметром электрода при сварке без разделки кромок приведены в таблице 4.3. При сварке с разделкой кромок и угловых швов плотность тока увеличивают на 15 – 20% по отношению к табличным.

Таблица 4.3 – Допустимая плотность тока в зависимости от диаметра электрода

dэ, мм	1,2	1,4	1,6	2	3	4	5
i, А/мм2	100 – 300	90 – 250	80 – 230	65 – 200	45 – 90	35 – 60	30 – 50

Вылет электрода влияет на стабильность процесса и формирование размеров шва. С увеличением вылета возрастает коэффициент расплавления, разбрызгивание. При малом вылете увеличивается набрызгивание на сопло, затрудняется наблюдение за процессом. Вылет электрода l_э устанавливают опытным путем в зависимости от диаметра электродной проволоки по таблице 4.4. При сварке высоколегированных сталей вылет электрода l_э уменьшают в 1,5 раза из-за пониженной теплопроводности.

Таблица 4.4 – Связь диаметра электродной проволоки и его вылета

dэ, мм	до 0,8	1,0 – 1,4	1,6 – 2,0	2,5 – 3,0	3,0 – 5,0
lэ, мм	5 – 12	8 – 15	15 – 25	18 – 30	20 – 35

Определение напряжения дуги U_д, производится по формуле

, (4.6)

где _н – коэффициент наплавки, определяется из выражения

(4.7)

где  – коэффициент потерь на угар и разбрызгивание при дуговой сварке в среде защитных газов, %, определяется по эмпирической формуле

, (4.8)

где А – коэффициент, значение которого зависит от защитного газа, для СО₂ – А = 20, для СО₂+О₂+Ar или СО₂+О₂ и др. – А = 17,3;

_р – коэффициент расплавления, значение коэффициента в зависимости от диаметра сварочной проволоки и сварочного тока рекомендуется определять по графику, приведенному на рисунке 4.1. Необходимо учесть, что коэффициент расплавления _р в аргоне и гелии на 3…5% меньше, чем СО₂.

Рисунок 4.1 - Зависимость коэффициента расплавления

от величины сварочного тока и диаметра сварочной проволоки

Основываясь на практическом опыте, можно принять коэффициент потерь  на угар и разбрызгивание при сварке в аргоне – 1…3%, в гелии – 7…10%.

Скорость сварки для автоматических способов определяется по формуле

, м/ч, (4.9)

где  - удельная плотность металла шва, для стали =7,85 г/см³.

В случае если сварной шов нестандартный, то для сталей, не имеющих ограничений по скоростям охлаждения в зоне термического влияния (преимущественно низкоуглеродистые стали), практикой подмечено, что при автоматической сварке удовлетворительное формирование получается в том случае, если произведение I_св_св = В имеет определенные значения, указанные в таблице 4.5.

Таблица 4.5 – Значение коэффициента В в зависимости от диаметра электрода

dэ, мм	1,2	1,8	2	3	4	5
В	(2…5)103	(5…8)103	(8…12)103	(12…16)103	(16…20)103	(20…25)103

Скорость сварки определяют в этом случае по формуле

, м/ч. (4.10)

Скорость подачи электродной проволоки зависит от величины сварочного тока I_св, диаметра сварочной проволоки d_э и определяется по выражению

, м/ч, (4.11)

где F_э – площадь сечения сварочной проволоки, мм².

При выборе оборудования для сварки необходимо удостовериться, имеется ли возможность установить требуемую скорость подачи присадочной проволоки. В противном случае скорость сварки и остальные параметры корректируют.

Расход защитного газа и расстояние от сопла до изделия рекомендуется выбирать с помощью таблицы 4.6 в зависимости от диаметра проволоки d_э.

Таблица 4.6 – Определение расхода защитного газа и расстояния между изделием и соплом

Диаметр проволоки, мм	0,8	1…1,4	1,6…2,0	2,5…3	3…5
Расход газа, л/мин	5…8	8…16	15…20	20…30	30…35
Расстояние от сопла горелки до изделия, мм	7…10	8…14	10…12	12…22	22…25

Аргон и гелий в качестве защитных газов в чистом виде находят ограниченное применение – только при сварке конструкций ответственного назначения. При расчете режимов сварки с использованием приведенной методики следует руководствоваться следующими соображениями:

• напряжение дуги в аргоне на 2…3 В ниже по сравнению с напряжением дуги в CO₂ (вследствие меньшего значения градиента потенциала в столбе дуги);

• в гелии напряжение на 22…38% выше, чем в СО₂;

• расход гелия на 30…40% больше, чем СО₂, из-за малой плотности.

26