- •Содержание
- •1 Характерисика материала и его свариваемости
- •2 Описание способов сварки
- •3 Выбор сварочных материалов
- •5 Расход сварочных материалов
- •Материал сварной конструкции.
- •2 Описание способов сварки.
- •3 Выбор сварочных материалов
- •Озл- 7.
- •Озл- 8.
- •Цл- 11.
- •Л- 38м.
- •Расчет режимов сварки.
- •5. Расход сварочных материалов.
- •5.1 Расход сварочных материалов при ручной дуговой сварке покрытыми электродами.
- •4. Расчёт химического состава шва, физических характеристик металла шва.
- •5. Выбор источника питания
- •6. Технология сборки и сварки.
- •Деформации и напряжения при сварке и методы борьбы с ними.
- •Техника безопасности при проведении сварочных работ.
- •Заключение.
- •Список использованных источников
Расчет режимов сварки.
4.1 Расчет режимов сварки для ручной дуговой сварки покрытыми электродами.
Определение режимов сварки обычно начинают с диаметра электрода, который назначают в зависимости от толщины листов при сварке швов стыковых соединений.
Так при толщине листов 4-8 мм диаметр электрода равен, [3, C. 180]: dэ = 4 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 6.
Таблица 4.1 - 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 |
Номин. |
пред. откл | ||
С2 |
|
5 |
2 |
+1,0 -0,5 |
2 |
+1,0 -1,0 |
Расчет производим согласно формулам [3,C.180] :
Определим площадь поперечного сечения наплавленного металла по формуле:
(1)
Данные (смотри таблицу 6) подставим в формулу (3) и получим:
Определим силу сварочного тока.
При ручной дуговой сварки сила тока выбирается в зависимости от диаметра электрода и допускаемой плотности тока:
, (2)
где dэ – диаметр электрода;
j – плотность тока, согласно [3,С.182, таблица 40] для электродов с фтористо-кальциевым покрытием и диаметром 4мм, плотность тока равна:j = 10 – 14,5 А/мм2.
Тогда, сила тока равна:
А .
Расчетные значения тока отличаются от фактических, то для электродов марки ЦЛ-11 диаметром 4мм для сварки в нижнем положении по ГОСТ 9466-60, принимаем:
Определим напряжение дуги по формуле:
, (3)
.
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]:
(4)
где Uд- напряжение дуги, В;
ηи - эффективный К.П.Д. дуги ; для дуговых способов сварки он равен,[4. с.25]: ηи= 0,6 ÷0,9;
Vсв- скорость сварки, которая определяется по формуле, [3,с.183]:
(5)
где αн – коэффициент наплавки, г/А·ч; αн=11,5 г/А·ч;
γ – плотность наплавляемого металла γ = 8,1 г/см3;
Fн – площадь наплавленного металла; Fн = 0,22 см2 .
Таким образом: .
Vсв=10,3м/ч.
Следовательно, погонная энергия равна:
.
Определим количество проходов, которое необходимо для образования соединения.
Согласно [5, С.7], количество проходов определим по формуле:
(6)
где F1 – площадь поперечного сечения металла наплавляемая за один проход;
Fn - площадь поперечного сечения металла наплавляемая за последующий проход.
Площадь поперечного сечения металла наплавляемая за один проход определим по формуле, [5, С.6]:
(7)
где dэ – диаметр электрода; dэ = 4 мм.
Таким образом:
.
Площадь поперечного сечения металла наплавляемую за последующий проход определим по формуле, [5, С.6]:
(8)
Тогда: .
Следовательно количество проходов равно:
.
Принимаем n = 1.
Максимальную температуру на расстоянии r рассчитывают по формуле:
отсюда получаем изотермы плавления:
, (9)
где qп - погонная энергия.
где qэ-эффективная тепловая мощность источника, Вт
где сρ= 4.7 Дж/см3·град – объемная теплоемкость.
Подставляя значения получим:
Для одного прохода:
Глубина провара
Примем глубину провара равной 4,6мм.
Для этого определим площадь проплавления по формуле
;
где е=8мм – ширина шва, Н=3,9мм – глубина провара, (на основании таблицы 17).
;
Площадь наплавленного металла .
Рассчитаем долю участия основного металла в металле шва по формуле[1,cтр.85]:
где Fпр- площадь проплавления;
Fн- площадь наплавки.
Тогда: γ0=.
Определим расстояние от центра сварочной ванны до изотермы плавления, которая для низкоуглеродистых сталей вычисляется по формуле, [3, С.184]:
, (10)
где е = 2,718;
qп = 10150 Дж/см;
Тпл = 1425°С;
- объемная теплоемкость Дж/см3·град (для аустенитных сталей = 4,7Дж/см3·град);
Таким образом:
.
Определим глубину провара по формуле [3, С.184]:
(11).
Таким образом:
.
В ходе данных расчётов выбрали режимы для ручной дуговой сварки покрытыми электродами, которые обеспечивают формирование геометрии шва согласно ГОСТ 5264-80.
4.2 Для сварки под слоем флюса.
Таблица 4.2 -Тавровое сварное соединение С2 для дуговой сварки под флюсом.
(ГОСТ 8713-79).
Условное обозначение сварного соединения |
Конструктивные элементы |
S=S1 |
b |
e, не более |
g | |||
подготовленных кромок свариваемых деталей |
сварного шва |
Номин. |
пред. откл. |
8 |
Номин. |
пред. откл | ||
С2 |
|
5 |
2 |
+1,0 -0,5 |
2 |
+1,0 -1,0 |
Для сварки под флюсом пластин толщиной 5мм принимаем диаметр проволоки dэ=2мм.
1) Площадь наплавленного металла:
Fн=К2/2, (12)
где К - катет шва, мм;
Fн=72/2=24,5мм2=0,245см2
2) Сила сварочного тока Iсв:
Iсв=π×dэ/4 × j, (13)
где dэ – диаметр электрода, мм;
j – допускаемая плотность тока, А/мм2 [1, с. 196].
Iсв=((3,1422)/4)150=471 А
3) Напряжение дуги:
Uд=20+50×10-3/э ×Iсв , (14)
Uд=20+((5010-3)/)471) =36,8 В.
4) Скорость сварки:
Vсв=(αнIсв)/(3600γFН), (15)
где αн - коэффициент наплавки, г/А ч;
γ=8,1 – плотность наплавленного металла, г/см3.
Так как при сварке под флюсом потери металла составляют 2-3%,то αнαр.
αр=6,3+((70,210-3)/( dэ1,035))Iсв, (16)
αр=6,3+((70,210-3)/( 21,035))471 =22,44 г/А ч
Vсв=(13,46471)/(36008,10,25)=0,86 см/с=30,96 м/ч
5) Погонная энергия:
gп=Iсв×Иg×ηи/Vсв, (17)
где Iсв - сварочный ток;
Иg - напряжение;
Vсв - скорость сварки;
ηи=0,850,95 – эффективный КПД для дуговых методов под флюсом.
gп=(47136,80,85)/0,86=17,13 кДж/см=4111,2 кКалл/см
6) Глубина провара:
H= А, (18)
где А=0,0156 для сварки под флюсом.
Ψпр= К(19-0,01Iсв), (19)
где К – коэффициент проплавления.
К=0,367×i0.1925 , (20)
К=0,367×450,1925=0,763
Ψпр=0,763(19-0,01471)=10,7
Н=0,0156=0,48 см
7) Ширина валика:
е=Fн/0,73q, (21)
е=0,245/0,730,2=1,7см
8) Общая высота шва:
С=Н+q, (22)
С=0,48+0,2=0,68 см
9) Мгновенная скорость охлаждения металла в околошовной зоне:
, (23)
где ω=f() – безразмерный критерий;
λ – теплопроводность, Вт/см*0С;
сρ – обьемная теплоемкость, Дж/см3*0С;
T0 – начальная температура изделия, 0С;
T – температура наименьшей устойчивости аустенита, 0С.
Для большинства аустенитных сталей :
λ=0,16 ; сρ=4,9 ;
Т=550-600 0С ; Т0=20 0С
(24)
0С/С
Согласно рекомендациям [1,с.292] для сварки заданной марки стали во избежание коробления нужно применять способы и режимы сварки, обеспечивающие максимальную концентрацию тепловой энергии. Большее почти в 5 раз, чем для углеродистых сталей, удельное сопротивление металла является причиной большого разогрева сварочной проволоки и электродного металла, что обуславливает повышенный коэффициент расплавления. Учитывая это, при сварке снижают вылет электрода и увеличивают скорость подачи проволоки. Примем .
Т.к. при сварке постоянным током обратной полярности удельное количество теплоты, выделяющееся в приэлектродной области, изменяется в небольших пределах, и составляющая
Величина второй составляющей коэффициента расплавления может быть рассчитана по уравнению, предложенному Б. К. Панибратцевым.
(25)
Где - вылет электрода, см;dЭ – диаметр электрода, см.
Величину вылета электрода при сварке под флюсом выбирают в пределах 20-80 мм.
Меньшим диаметром электрода соответствуют меньшие значения вылета и наобарот.
Тогда
Определяем скорость сварки:
;
Погонная энергия:
; (26)
где ηи=0,850,95 – эффективный КПД для дуговых методов под флюсом;
Примем ηи=0,9;
Мгновенная скорость охлаждения металла в околошовной зоне [2,стр.213, п 7.4]:
λ= 0,16 Вт/см К – теплопроводность, [2,стр.152,табл.5.1];
сρ =4,9 Дж/см3 К – объемная теплоемкость высоколегированных аустенитных сталей;
T0 = 200С - начальная температура изделия;
T =550-600 0С – температура наименьшей устойчивости аустенита;
w – безразмерный критерий процесса охлаждения, который зависит от свойств свариваемого металла и условий сварки, выраженных через безразмерную величину 1/θ, определяемую по формуле:
по [2,стр.215, рис.7.7] ω = 0,1 при ;
Согласно рекомендаций [5,стр.28] желательно обеспечить повышенную скорость охлаждения металла после сварки для измельчения структуры металла шва, снижению степени ликвации легирующих элементов. И произвести нормализующий отпуск при температуре 650-700 С для предотвращения межкристалидной коррозии и уменьшению внутренних деформаций в ЗТВ