2.2.3 Расчет режимов сварки.

Расчет сварочных параметров для сварки по технологии STT отличается от расчета сварочных параметров MAG/MIG сварки, хотя процессы схожи и родственны.

Для установки стабильного процесса сварки по технологии STT необходимо правильно подобрать значения пикового и базового тока при установленной подаче проволоки. Предназначение пикового и базового тока описаны в разделе 1.4 данного курсового проекта. Точных методик расчета этих токов нет, все методики установки пикового и базового тока имеют рекомендательный характер.

Из условий энергетического равновесия процесса сварки, скорость подачи проволоки должна быть равна скорости ее плавления, расчет пикового и базового тока будем вести путем нахождения среднего тока (Iср) по методикам расчета сварочного тока MAG сварки[11]. Данная методика позволяет найти ток соответствующий подаче проволоки согласно энергетического равновесия процесса сварки.

2.2.3.1. Расчет режимов сварки продольного шва муфты П2.

Рисунок 9- Схема заварки продольного шва муфты П2.

Расчет сварочных параметров начнем с подбора пикового и базового тока для корневого прохода. Для этого рассчитаем средний ток Iср. На рисунке 9, корневой проход обозначен под номером 1.

Рисунок 10- Схема сварного шва нанесенная на миллиметровую бумагу.

Iср находим по формуле 1.1 [11]

Iср = (80-100)hр , А, (1)

где hр – расчетная глубина проплавления (должна быть менее толщины подкладной пластины) менее 1,5 мм.

Выбираем значение сварочного тока

Icр=90×1,4= 126 А.

Рассчитаем плотность тока(j) для заданного диаметра электродной проволоки(dэ).

dэ = 1,145 мм,

j = , А/ (2)

j = = 138,5 A/,

Определяем скорость сварки

Vсв = А /Iср, м/ч, (3)

где коэффициент А (А·м/ч) выбирают в зависимости от диаметра электродной проволоки из табл. 4[11].

А = 2000 А‧м/ч

Vсв = 2000/126= 15,9 м/ч.

Ориентировочно определяем скорость подачи электродной проволоки

Vпп = ,м/ч (4)

где Fн – площадь сечения металла, наплавленного на выбранном режиме,мм2 ( приблизительную площадь сечения металла определим путем нанесения схемы сварного шва на миллиметровую бумагу в соответствующем масштабе (рис. 10), в нашем случае Fн = 12,2 ),

ψ – коэффициент потерь металла, %,(из-за низких потерь металла процесса STT, данный коэффициент, учитывать при расчетах не будем).

Vпп = = 188,5 м/ч = 3,15 м/мин.

Ориентировочно определяют расход углекислого газа при сварке в СО2

Q= 10+() , л/мин (5)

Q=10+()= 12 л/мин

Определим коэффициент формы провара ψпр[12]

ψпр=е/(H+hр) (6)

где e - ширина валика (по рис.16) равна 5 мм;

Н - высота валика (по рис.16) равна 4 мм.

ψпр=5/(4+1,4)=0,93

Из [12] коэффициент формы провара должен находится в пределах 0,8-4, в нашем случае ψпр равен 0,93, что удовлетворяет показателю, данному в [12].

Для нахождения базового и пикового тока воспользуемся практическими измерениями, сделанными при сварке корневого прохода с зазором на весу (рис.11).

Из осциллограммы видим, что при установке пикового значения равного 420 амперам, действительное значение пикового тока не превышает значение в 375 ампер. По этому значения пикового тока будем считать постоянными и устанавливать на панели сварочного источника следует 420 ампер и более. Увеличение данного параметра на панели источника не приводит к действительному увеличению значения пикового тока, скорее всего это вызвано низким напряжением и частотой питающей сети. Уменьшать значения пикового тока мене 375 ампер не рекомендуется, т.к это приводит к сильному разбрызгиванию и выпуклости сварного валика.

Значения тока Пинч-эффекта, тоже следует считать постоянными т.к. уровни токов заданы аппаратно, а время действия данного тока, при стабильном протекании процесса, неизменно.

Время и ток ball – постоянны.

Значения fuse учитывать не будем из-за незначительного действия данного режима.

Описание процесса STT приведено в разделе 1.4 данного курсового проекта.

В итоге для установки сварочных параметров на источника STT-II нам необходимо рассчитать базовый ток по ранее рассчитанному среднему току сварочного процесса.

Рисунок 11- Осциллограмма процесса STT( при установке параметров: базовый ток-50 А, пиковый ток-425А, скорость подачи проволоки 3,6 м/мин.)

Согласно осциллограмме Iср процесса STT будет равен

Iср = , А. (7)

где tph – время действия тока Пинч-эффекта (1,72) мС;

Iph – средний ток Пинч-эффекта (281) А;

tp – время действия пикового тока + tailоut (3,08) мС;

Ip – средний пиковый ток + падающий ток tailоut (147) А;

tb- время действия ball (0,375) мС;

Ib- ток ball (10) А;

tbg – время базового тока (3,36) мС;

Ibg –базовый ток (50) А;

Т-время переноса одной капли электродной проволоки ( 8,56) мС.

При расчетах не учтено изменение временных интервалов при изменении скорости подачи проволоки.

Пользуясь формулой (7) получим формулу расчета базового тока

Ibg =( IсрТ-, А (8)

Ibg = (126/3.36 = 42 А.

Полученные режимы сварки корневого прохода занесем в таблицу 18.

Расчет сварочных параметров для заполняющих проходов (2-9).

Для исключения непроплавления, возьмем расчетную высоту валика H=3 мм. Для расчета глубины проплавления hр2 воспользуемся формулой (6). Используем коэффициент формы провара ψпр = 1,8. Ширина валика е = 8,5 мм.

ψпр=е/(H+hр2)

hр2 = – H, мм (9)

hр2 = - 3 = 1,72 мм.

Воспользовавшись формулой (1) найдем Iср2

Icр2 = 901.72= 155 А

Определяем скорость сварки по формуле (10)

Vсв = , м/ч (10)

где Ан - коэффициент наплавки

ρ – плотность наплавленного металла ( ρ=7.8 г/)

Площадь шва Fн2 = 21 =0,21 (рис.16) – для валика 2.

Ан = 3+0,08

Ан = 3+0,08 =13,8

Vсв = = 13 м/ч

Определяем скорость подачи проволоки по формуле (4)

Vпп = = 265,2 м/час =4,4 м/мин.

Определяем скорость подачи газа Q по формуле (5)

Q = 10 + 12.5 л/мин.

Базовый ток определяем по формуле (8)

Ibg = (155/3.36 = 115 А.

Пиковый ток более 420 ампер и режим tailout = 0-10.

Расчетные режимы заполняющих проходов занесем в таблицу 15.

Рассчитаем режимы сварки заполнений 10-12 и облицовочных валиков.

Возьмем расчетную высоту валика H=2 мм. Для расчета глубины проплавления hр3 воспользуемся формулой (9). Используем коэффициент формы провара ψпр = 2. Ширина валика е = 7 мм.

hр3 = - 2 = 1,5 мм.

Воспользовавшись формулой (1) найдем Iср2

Icр2 = 901.5= 135 А

Определяем скорость сварки по формуле (10)

Vсв = , м/ч

где Ан - коэффициент наплавки

ρ – плотность наплавленного металла ( ρ=7.8 г/)

Площадь шва Fн3 = 12,5÷15 =0,125÷0,15 (рис.16)

Ан = 3+0,08

Ан = 3+0,08 =12,43

Vсв = = 17,2÷14,3 м/ч

Определяем скорость подачи проволоки по формуле (4)

Vпп = = 209 м/час = 3,5 м/мин.

Определяем скорость подачи газа Q по формуле (5)

Q = 10 + 12 л/мин.

Базовый ток определим по формуле (8)

Ibg = (135/3.36 = 64 А.

Пиковый ток более 420 ампер и режим tailout = 0-5.

Расчетные режимы заполняющих проходов 10-12 и облицовочных проходов занесем в таблицу 15.