Лабораторная работа №2 Расчёт режимов автоматической сварки под слоем флюса

Цель работы:

Научиться, путем аналитических расчетов определять оптимальные параметры сварочного процесса автоматической сварки.

Рассчитать режим автоматической сварки стыковых швов.

Исходные данные: сталь 17ГС (толщиной 20 мм).

Расчётная часть

При автоматической сварке под слоем флюса применяют значительно большие токи, позволяющие получить большое проплавление основного металла. Поэтому в расчётах режима сварки весьма существенную роль имеет определение размеров шва, которые влияют на качество и работоспособность сварного соединения. Геометрию сварного шва характеризуют глубиной проплавления основного металла h, шириной шва b, высотой валика a, площадью наплавки F_н и площадью проплавления F_пр. Отношение ширины шва к глубине провара  = b/h называют коэффициентом формы провара. Отношение ширины шва к высоте валика  = b/а называют коэффициентом формы валика. Значения этих коэффициентов должны быть в пределах  = 0,84,0;  = 612.

а – без разделки кромок, без зазора; б – без разделки с гарантированным зазором С; в – с V – образной разделкой кромок.

Рисунок 1 Геометрические размеры швов при сварке стыковых соединений

Величину сварочного тока I_св, А, в зависимости от величины глубины проплавления определяли по формуле

(1)

где h – глубина проплавления, мм.

При двусторонней сварке глубину проплавления h, мм, определяли по формуле

(2)

где S – толщина свариваемых деталей, мм.

Тогда

Величину сварочного тока приняли равной I_св = 1300А.

Диаметр электродной проволоки d_э, мм, в зависимости от толщины свариваемых деталей приняли равным d_э = 5 мм.

Уточнённый диаметр электрода d_э, мм, по допустимой плотности тока и силе сварочного тока определяли по формуле

(3)

где I_св – величина сварочного тока, А;

j – допустимая плотность тока, А/мм².

Допустимую плотность тока j, А/мм², приняли в зависимости от диаметра электродной проволоки равной j = 40 А/мм².

Тогда

Скорость сварки _св, м/ч, определяли по формуле

(4)

где А – коэффициент, зависящий от диаметра электрода, А = 2710³Ам/ч;

I_св – величина сварочного тока, А.

Напряжение на дуге U_д, В, определяли по формуле

(5)

где d_э – диаметр электрода, мм;

I_св – величина сварочного тока, А.

Тогда

Проверка выбранных основных параметров режима сварки.

Величину погонной энергии сварки q_п, Дж/см, определяли по формуле

(6)

где I_св – величина сварочного тока, А;

U_д – напряжение на дуге, В;

_к – эффективный КПД нагрева изделия дугой, _к = 0,80,85;

_св – скорость сварки, см/с.

Тогда

Коэффициент формы провара  определяли по формуле

(7)

где k` - коэффициент;

I_св – величина сварочного тока, А;

d_э – диаметр электрода, мм;

U_д – напряжение на дуге, В.

При сварке на прямой полярности коэффициент k` определяли по формуле

(8)

где j – плотность тока, А/мм².

Тогда

Коэффициент формы провара находится в заданных пределах  = 0,84,0.

Глубину проплавления h_р, см, определяли по формуле

(9)

где q_п – величина погонной энергии сварки, Дж/см;

 - коэффициент формы провара.

Тогда

Ширину шва b, см, определяли по формуле

(10)

где  - коэффициент формы провара;

h_р – глубина проплавления, см.

Тогда

Площадь наплавки F_н, см², определяли по формуле

(11)

где _н – коэффициент наплавки, _н = 1220 г/Ач;

I_св – величина сварочного тока, А;

j – удельный вес, г/см³;

_св – скорость сварки, см/ч.

Тогда

Высоту валика а, см, определяли по формуле

(12)

где F_н – площадь наплавки, см²;

b – ширина шва, см.

Тогда

Коэффициент формы валика  определяли по формуле

(13)

где b – ширина шва, см;

а – высота валика, см.

Тогда

Коэффициент формы валика не входит в пределы  = 612. В результате при  = 4,8  6 получили высокие и узкие швы, что является неблагоприятным в смысле конструктивной прочности. Для размещения излишнего наплавленного металла сборку произвели с зазором без разделки кромок.

По известным значениям F_н и b, определённым для случая сварки без зазора определили высоту валика а₁ с учётом размещения части наплавленного металла в зазоре по формуле

(14)

где F_н – площадь наплавки, см²;

Н – толщина шва, Н = h + a = 13 + 0,6 = 13,6 см;

b – ширина шва, см;

С – ширина зазора, С = 0,02 см.

Тогда

Фактическую глубину провара h₁, см, определяли по формуле

(15)

где Н – толщина шва, см;

а₁ – высота валика, см.

Тогда

Коэффициент формы валика  определили по формуле

(16)

где b – ширина шва, см;

а₁ – высота валика, см.

Тогда

Коэффициент формы валика находится в заданных пределах  = 612.

Мгновенную скорость охлаждения металла _охл, С/с, определяли по формуле

(17)

где  - теплопроводность,  = 0,42 Вт/(смС);

сj – объёмная теплоёмкость, сj = 5,25 Дж/(см³С);

Т_m – температура наименьшей устойчивости аустенита, Т_m = 550600С;

Т₀ – начальная температура изделия, Т₀ = 20С;

q_п – величина погонной энергии сварки, Дж/см;

S – толщина свариваемых деталей, см.

Тогда

Мгновенная скорость охлаждения не выходит за пределы оптимального интервала скоростей охлаждения, для стали 17ГС _охл = 1,415,0 С/с, следовательно выбранный режим сварки обеспечит получение заданных свойств металла в околошовной зоне.

Для автоматической сварки под слоем флюса стали 17ГС согласно [2,C.81] по ГОСТ 2246-70 выбрали проволоку марки Св-08ГА и по ГОСТ 9087-69 флюс марки АН-348А.

Таблица 1 Химический состав стальной сварочной проволоки марки

Св-08ГА согласно [1,C.315]

Содержание элементов, %
С, не более	Mn	Si	Cr	Ni	S	P
		Не более
0,10	0,81,0	0,03	0,10	0,25	0,03	0,03

Таблица 2 Химический состав флюса марки АН-348А согласно [1,C.315]

Химический состав, в %
SiO2	MnO	CaF2	MgO	Mn2O3	CaO	Al2O3	Fe2O3	S	P
					Не более
4144	3438	45,5	57,5	0,10,3	6,5	4,5	2,0	0,15	0,12