2.7 Расчёт и выбор режимов сварки
Рассчитаем режим полуавтоматической сварки в среде защитных газов для стыкового соединения. Тип разделки С12 по ГОСТ 14771-76.
Рисунок – Разделка кромок C12
Подварка корня шва (шов А):
(2.14)
где s – толщина металла, мм; Задаемся током =120 А
1) Сварочный ток определим по формуле (2.15):
(2.15)
где a - плотность тока в электродной проволоке, А/мм2 (При сварке в СО2 а=110…130 А/мм2;)
dэ – диаметр электродной проволоки, мм.
Принимаем Iсв = 130…140 А.
2) напряжение горения дуги равно:
(2.16)
Принимаем Uд = 26 В.
3) Как известно из практики, шов формируется удовлетворительно тогда, когда произведение силы тока (А) на скорость сварки (м/час) при автоматической сварке электродной проволокой диаметром 1,2 мм находится в пределах 2000…5000.
Исходя из этого определим скорость сварки по формуле :
м/ч. (2.20)
то есть входит в предел скоростей 15…37 м/ч для механизированной сварки. Принимаем Vсв = 22 м/ч, (0,6 см/с).
4) Рассчитаем погонную энергию принимая значения эффективного к.п.д. нагрева изделия дугой при сварке в смеси СО2 ŋи=0,80.
(2.17)
5) Определяем коэффициент формы провара по формуле:
где k = 0,79 (коэффициент, зависящий от рода и полярности тока)
6) Определяем глубину провара Н (см) при сварке в защитном газе:
7) Определяем ширину шва е (мм):
(2.21)
8) При сварке в смеси СО2 вылет электрода l выбирают в пределах 10-20 мм
9) Определяем коэффициент наплавки αн
αнτ
=
αр
τ=
10) Скорость подачи электродной проволоки определим из условия:
(2.39)
где αн – коэффициент наплавки;
γ – удельный вес металла для стали γ=7,8 г/см3.
(2.40)
11) Fн – площадь металла, наплавленного за данный проход (см2);
(2.26)
Определяем высоту валика. При сварке в углекислом газе в диапазоне режимов, обеспечивающих удовлетворительное формирование шва, коэффициент полноты валика изменяется в узких пределах и практически равен µВ=0,73.
12) Высота валика равна (мм):
(2.27)
13) Определяем общую высоту шва С (мм):
С=Н+
=3
+ 1,28 = 4,28
мм
(2.28)
14) Определяем коэффициент формы усиления:
Ψв
=
(2.29)
Для хорошо сформированных швов Ψв должен находиться в пределах 7 ÷ 10
Заполнение разделки шов Б (9 проходов):
(2.30)
где s – толщина металла, мм; Задаемся током = 190А
1) сварочный ток определим по формуле (2):
(2.31)
2) напряжение горения дуги равно:
(2.32)
Принимаем Uд = 28 В.
3) Как известно из практики, шов формируется удовлетворительно тогда, когда произведение силы тока (А) на скорость сварки (м/час) при автоматической сварке электродной проволокой диаметром 1,2 мм находится в пределах 2000…5000.
Исходя из этого определим скорость сварки по формуле (7):
м/ч. (2.36)
Принимаем Vсв = 19 м/ч, (0,52 см/с).
4) Рассчитаем погонную энергию, принимая значения эффективного к.п.д. нагрева изделия дугой ŋи=0,80
(2.33)
5) Определяем коэффициент формы провара по формуле:
где k = 0,79(коэффициент, зависящий от рода и полярности тока)
6) Определяем глубину провара Н (см) при сварке в защитном газе:
7) Определяем ширину шва е (мм):
(2.37)
8) При сварке в смеси CO2 вылет электрода l выбирают в пределах 10-20 мм.
9) Определяем коэффициент наплавки αн:
αнτ
=
где
αрτ
=
10) скорость подачи электродной проволоки определим из условия:
(2.39)
где αн – коэффициент наплавки;
γ – удельный вес металла для стали γ=7,8 г/см3.
(2.40)
11) Fн – площадь металла, наплавленного за данный проход (см2);
(2.41)
Определяем высоту валика. При сварке в смеси газов в диапазоне режимов, обеспечивающих удовлетворительное формирование шва, коэффициент полноты валика изменяется в узких пределах и практически равен µВ=0,73. Тогда:
12) высота валика равна (мм):
(2.42)
13) Определяем общую высоту шва С (мм):
С=Н+
=5.3 + 1,31 = 6,61
мм (2.43)
14) Определяем коэффициент формы усиления:
Ψв
=
(2.44)
Для хорошо сформированных швов Ψв должен находиться в пределах 7…10. Малые значения Ψв имеют место при узких высоких швах, такие швы не имеют плавного сопряжения с основным металлом и обладают неудовлетворительной работоспособностью при переменных нагрузках. Большие значения Ψв соответствуют широким и низким усилениям, такие швы нежелательны по тем же причинам, что и швы с чрезмерно большим значением Ψв, а также в связи с возможным уменьшением сечения шва по сравнению с сечением основного металла из-за колебаний уровня жидкой ванны.
Определим усредненный химический состав металла шва при сварке стали 09Г2С проволокой Filarс PZ6114S.
Рисунок 11– Схема к расчету площадей проплавленного и наплавленного металла
Содержание рассматриваемого элемента в металле шва определяется на основании правила смешения по формуле:
,
(17)
где |х|ш, |х|ом, |х|э – концентрация рассматриваемого элемента в металле шва, основном и электродном металле;
γо– доля участия основного металла в формировании шва, определяется по формуле:
(18)
где Fн – площадь наплавленного металла,
Fпр – площадь провара. Определяем графически из рисунка 11.
Fн=88,5 мм2
Fпр=96,6 мм2
Определим химическое содержание шва при сварке основного слоя:
ш=0,5·0,12+(1-0,5)·0,06=0,096%
ш=0,5·0,6+(1-0,5)·0,4=0,52%
ш=0,5·1,5+(1-0,5)·1,3=1,42%
ш=0,5·0,3+(1-0,5)·0,2=0,26%
ш=0,5·0,3+(1-0,5)·0,4=0,34%
ш=0,5·0+(1-0,5)·0,2=0,08%
ш=0,5·0+(1-0,5)·0,05=0,02%
ш=0,5·0+(1-0,5)·0,08=0,032%
ш=0,5·0,040+(1-0,5)·0,015=0,03%
ш=0,5·0,035+(1-0,5)·0,015=0,027%
ш=0,5·0,3+(1-0,5)·0,3=0,3%
Расчет склонности металла стали сварного соединения к образованию холодных трещин и меры их предупреждения.
Потенциальную склонность стали к образованию холодных трещин можно рассчитать по значению эквивалентного содержания углерода Сэкв. Стали, для которых Сэкв>0,45%, чувствительны к образованию холодных трещин при сварке. Углеродный эквивалент можно вычислить по методу Международного института сварки.
(19)
шов нечувствителен к образованию холодных трещин.