Кошелев / Расчет режимов сварки

2.5 Расчет и выбор режимов сварки

Расчет режима сварки производим для стыкового соединения типа С12 по ГОСТ 14771-76 (рисунок 2.11).

Рисунок 2.2 – Подготовка кромок под сварку и размеры сварного соединения С12 (ГОСТ 14771-76)

Расчет режимов сварки будем вести по следующей методике

1. Задаемся плотностью тока j. В зависимости от плотности тока выбираем диаметр электрода d.

2. Рассчитываем величину сварочного тока , (А):

(2.1)

3. Определяем напряжение на дуге (В):

(2.2)

4. Определяем скорость сварки (м/ч):

(2.3)

где A – коэффициент, зависящий от диаметра электрода.

5. Рассчитываем погонную энергию (кал/см):

(2.4)

где η_и – эффективный к.п.д. нагрева изделия дугой (η_и=0,8)

6. Определяют коэффициент формы провара ψ_пр:

,

(2.5)

где k – коэффициент, зависящий от рода и полярности тока

7. Определяем глубину провара H (см):

(2.6)

8. Определяем ширину шва е (мм):

(2.7)

9. Устанавливаем вылет электрода l=10…20 мм.

10. Определяем коэффициент наплавки α_н (г/А∙ч):

(2.8)

где α_р – коэффициент расплавления;

ψ – коэффициент потерь.

(2.9)

11. Определяют площадь наплавленного металла F_н (см²):

(2.10)

12. Определяем высоту валика g (мм):

(2.11)

13. Определяем общую высоту шва С (мм):

C=H+g

(2.12)

14. Определяют коэффициент формы усиления ψ_в:

ψв=e/g

(2.13)

Импульсно-дуговая сварка плавящимся электродом характеризу­ется не только известными параметрами режима, но и параметрами импульсов тока: амплитудой, длительностью и частотой. Определенное значение имеет форма импульсов, зависящая от способов их генерирования. К общим параметрам режима сварки относятся ток. напряжение, скорость подачи электрода, его вылет, расход защитного газа. Между сварочным током , диаметром электрода , скоростью его подачи и коэффициентом расплавления существует взаимосвязь:

(2.14)

Параметры импульсов тока оказывают решающее влияние на интенсивность плавления электрода, характер переноса металла я стабильность процесса. Накладывая на дугу импульсы тока опреде­ленных параметров, можно изменить не только характер переноса металла, но и характер процесса.

Для определения режимов импульсно дуговой сварки используется следующая методика.

По толщине металла для заданного типа соединения и положения шва в пространстве выбирается необходимый сварочный ток .

В зависимости от тока с учетом толщины свариваемого металла выбирается диаметр электрода.

С помощью формулы (2.15) определяется скорость подачи электрода. В области рациональных режимов импульсно–дуговой сварки плавя­щимся электродом коэффициенты расплавления определяются в основном материалом электрода.

В зависимости от сварочного тока I_св определяется требуемая частота импульсов f. С ростом тока растет частота перехода капель естественного процесса, и следовательно, частота импульсов f. Нижний предел частоты импульсов 25­–30 Гц, определяется санитарно-гигиеническими условиями труда оператора, так как более низкая частота оказывает отрицательное воздействие на организм. Обычно для низких режимов сварки f=30÷50 Гц, а при сварке на режимах, близких к критическому току, выбирают частоту 100 Гц. В редких случаях f может превышать 100 Гц. Указанные значения f выбираются обычно кратными частоте питающей сети, что упрощает конструкцию импульсных источников питания. Коэффициент поверхностного натяжения σ определяется по совокупности элементов находящихся в стали. Для стали 09Г2С .

(2.15)

Зная правую часть уравнения (2.2), находят произведение . Здесь возможны два случая: задавшись определить и, наоборот, задавшись определить .. При этом необходи­мо руководствоваться следующими соображениями. Амплитуда им­пульсов должна превышать критический ток для сварки алюмини­евых сплавов в 1,5–2,5 раза, для сварки малоуглеродистых сталей в 1,5-3 раза и для сварки нержавеющих сталей в 2–2,5 раза. Амплитудные значения импульсов тока обычно выбирают в преде­лах 300–1000 А. При определении амплитуды импульса по заданной длительности при сварке в вертикальном и потолочном положе­ниях длительность импульсов должна иметь меньшее значение, а при сварке в нижнем – большее. Оптимальная длительность им­пульсов при импульсно-дуговой сварке плавящимся электродом в аргоне с управляемым переносом металла изменяется для различ­ных материалов в сравнительно узких пределах и составляет 1,0–4,5 мс.

Рассчитаем режимы необходимые для сварки шва стали 09Г2С толщиной 12 мм с разделкой кромок С12 по ГОСТ 14771-76

Расчет режима сварки первого прохода (валик А рисунок 2.3).

1. Задаемся плотностью тока j=120 А/мм².

Выбираем диаметр электрода d=1,2 мм.

2. Величина сварочного тока I_св:

3. Определяем напряжение на дуге U_д:

4. Определяем скорость сварки :

A=2950

5. Рассчитываем погонную энергию q_п:

q_п=6,98 кДж/см

6. Определяют коэффициент формы провара ψ_пр:

7. Определяем глубину провара H:

8. Определяем ширину шва е:

9. Устанавливаем вылет электрода l=20 мм.

10. Определяем коэффициент наплавки α_н:

ψ=0,03

11. Определяют площадь наплавленного металла F_н:

12. Определяем высоту валика g:

13. Определяем общую высоту шва С:

C=3,5+1,1=4,6(мм)

14. Определяют коэффициент формы усиления ψ_в:

ψ_в=13/1,1=12

Определяем параметры необходимые для импульсно-дуговой сварки.

Преобразуя формулу (2.14) получаем:

Для принимаем частоту импульсов,

определим чему равно произведение :

тогда если амплитуда импульсов , то

Расчет режима сварки валиков Б, В (рисунок 2.3).

1. Задаемся плотностью тока j=200 А/мм.²

Задаем площадь наплавленного металла F=0,17 см² .

Выбираем диаметр электрода d=1,2 мм.

2. Величина сварочного тока I_св:

3. Определяем напряжение на дуге U_д:

4. Устанавливаем вылет электрода l=20 мм.

5. Определяем коэффициент наплавки α_н:

ψ=0,03

6. Определяем скорость сварки v_св по (19):

γ =7,85 г/см³ .

7. Рассчитываем погонную энергию q_п:

q_п=13,24 кДж

8. Определяют коэффициент формы провара ψ_пр:

9. Определяем глубину провара H:

10. Определяем ширину шва е:

11. Определяем высоту валика g:

12. Определяем общую высоту шва С:

C=5,6+1,7=7,3 (мм)

13. Определяют коэффициент формы усиления ψ_в:

ψ_в=13,8/1,7=8,2

Определяем параметры необходимые для импульсно-дуговой сварки.

Из формулы (2.14) получаем:

Для принимаем частоту импульсов,

определим чему равно произведение :

тогда если амплитуда импульсов , то

Последовательность наложения сварных швов показана на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Порядок наложения сварных швов разделка С12

(ГОСТ 14771-76)

Определим усредненный химический состав металла шва при сварке стали 09Г2С проволокой Filarс PZ6114S.

Рисунок 4– 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;

γ_о– доля участия основного металла в формировании шва, определяется по формуле:

(18)

где F_н – площадь наплавленного металла,

F_пр – площадь провара.

Определим химическое содержание шва при сварке основного слоя:

F_н=17,51 мм²

F_пр=33,51 мм²

_ш=0,6·0,1+(1-0,6)·0,07=0,088%

_ш=0,6·0,9+(1-0,6)·0,6=0,78%

_ш=0,6·0,6+(1-0,6)·1,4=0,92%

_ш=0,6·0,7+(1-0,6)·0,2=0,5%

_ш=0,6·0,8+(1-0,6)·0=0,48%

_ш=0,6·0+(1-0,6)·0,2=0,08%

_ш=0,6·0,04+(1-0,6)·0=0,024 %

_ш=0,6·0,035+(1-0,6)·0=0,021%

_ш=0,6·0,5+(1-0,6)·0=0,3%

Расчет склонности металла стали сварного соединения к образованию кристаллизационных и холодных трещин и меры их предупреждения.

Зависимость склонности сварного шва к образованию горячих трещин от его химического состава выражается уравнением для:

HCS= (19)

Если HCS <4, горячие трещины в сварном соединении не образуются.

Потенциальную склонность стали к образованию холодных трещин можно рассчитать по значению эквивалентного содержания углерода С_экв. Стали, для которых С_экв>0,45%, чувствительны к образованию холодных трещин при сварке. Углеродный эквивалент можно вычислить по методу Международного института сварки.

(20)

шов нечувствителен к образованию холодных трещин.

Применяется также много параметрических уравнений, из которых более распространено уравнение Ито-Бессио, учитывающее действие всех факторов, способствующих образованию холодных трещин:

(21)

где , %, коэффициент, характеризующий охрупчивание вследствие структурных превращений стали, Н– количество диффузионного водорода в металле шва (мл/100г),

K=69S– коэффициент интенсивности жесткости, где S–толщина свариваемого метала, мм.

(22)

(23)

Тогда

P_w=0,263% < 0,286%, шов не чувствителен к образованию холодных трещин при сварке. Следовательно, предварительный подогрев не требуется.