ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 4

«РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РУЧНОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ»

4.1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является исследование метода получения заготовок сваркой и разработка технологического процесса ручной электродуговой сварки.

4.2 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Изучение типов сварных соединений.

2. Изучение методики расчета сечений сварных швов.

3. Изучение основных операций технологического процесса получения отливок.

4.3 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Разработка технологического процесса сварки включает в себя:

- выбор типа сварного соединения;

- определение оптимального режима сварки;

- определение порядка наложения сварных швов;

- выбор сварочного оборудования.

4.3.1 Сварные соединения

В промышленности используют достаточно много типов сварных соединении: стыковые; угловые; тавровые; нахлесточные.

В табл. 4.1 приведены некоторые типы стыковых сварных соединений, а в табл. 4.2 – угловых.

В настоящей работе рассматриваются односторонние – У4, У6 и двухсторонние – У5, У7 угловые сварные соединения без разделки кромок и с разделкой одной кромки (см. табл. 4.2).

Тип сварного соединения приведен в варианте задания (табл. 4.10).

Площадь поперечного сечения основного наружного шва определяют по формуле

, мм² , (4.1)

где К_у – коэффициент увеличения. Коэффициент увеличения выбирают по табл. 4.3 в зависимости от величины катета A.

Таблица 4.1 – Стыковые сварные соединения при ручной дуговой сварке (ГОСТ 5264-80)

Форма подготовленных кромок	Характер сварного шва	Форма поперечного сечения		Толщина свариваемых деталей, мм	Условное обозначение соединения
		подготовлен- ных кромок	сварного соединения
с отбортовкой кромок	Одно- сторонний			1…4	С1
Без скоса кромок					С2
Со скосом одной кромки				3…60	С8
С двумя симметричными скосами кромок	Двух- сторонний			8…120	С25

Таблица 4.2 – Угловые сварные соединения при ручной дуговой сварке (ГОСТ 5264-80)

Форма подготовлен- ных кромок	Характер сварного шва	Форма поперечного сечения		Толщина свариваемых деталей, мм	Условное обозначение соединения
		подготов- ленных кромок	сварного соединения
Без скоса кромок	Одно- сторонний			1…30	У4
	Двух- сторонний			2…30	У5
Со скосом одной кромки	Одно- сторонний			3…60	У6
	Двух- сторонний				У7

Коэффициент увеличения учитывает наличие зазора между свариваемыми деталями и выпуклость (полноту) шва.

Площадь поперечного сечения внутреннего подварочного шва определяют по формуле:

, мм² . (4.2)

К_у выбирают по табл. 4.3 в зависимости от величины катета С.

Таблица 4.3 – Коэффициент увеличения К_у

Катет шва А или С, мм	2,5…3	3,5…4	4,5…5	5,5…6
Коэффициент увеличения Ку	1,5	1,45	1,4	1,35

Общая площадь поперечного сечения сварного соединения

мм² (4.3)

Толщину свариваемых заготовок А (толщина стенок заготовки) и величину катета подварочного шва С выбирают в соответствии с вариантом задания (см. табл. 4.10).

4.3.2 Порядок, последовательность и направление

наложения швов

Швы длиной до 250 мм можно варить напроход (рис. 4.1). Сварка напроход от середины к краям рекомендуется при длине шва 250…500 мм. При большей длине шва рекомендуется обратноступенчатая сварка. Шов выполняют короткими отрезками 1…4.

Напроход От середины к краям

Начало Конец 1 2

Обратноступенчатая

1 2 3 4

Рисунок 4.1 – Последовательность и направление наложения швов

Для уменьшения короблений свариваемой заготовки необходимы определенный порядок и последовательность наложения сварных швов. На рис. 4.2 приведен эскиз заготовки с размерами, соответствующими примеру оформления расчета. Порядок наложения швов аналогичен во всех вариантах задания. Последовательность может быть разной.

В вариантах с двухсторонними сварными соединениями У5 и У7 листы сначала прихватывают короткими внутренними подварочными швами, расположенными на расстоянии до 250 мм один от другого. Затем проваривают внутренний подварочный шов полностью. Подварочными швами соединяют все элементы заготовки. После этого заготовку переворачивают и выполняют основные наружные швы. В вариантах с односторонними сварными соединениями У4 и У6 внутренние швы не выполняют. Листы прихватывают снаружи. За­тем полностью проваривают наружные швы.

Размеры соответствуют

примеру оформления отчета

Рисунок 4.2 – Эскиз металлической заготовки с размерами: порядок наложения швов указан большими цифрами; последовательность – маленькими цифрами; направление сварки – стрелочкой.

4.3.3 Режим сварки и выбор оборудования

Режим сварки – совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварного шва заданного размера. При сварке открытой дугой такими характеристиками являются: марка и диаметр электрода; напряжение дуги; сила сварочного тока; род тока и полярность; скорость сварки.

Марка и диаметр электрода. При выборе марки электрода следует учитывать химический состав свариваемой стали и требования, предъявляемые к качеству сварного соединения.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла (табл. 4.4).

Таблица 4.4 – Выбор диаметра электрода

Толщина свариваемых листов, мм	3	4	5	6
Диаметр электрода dэл, мм	3	3	4	4

Марку сварочной проволоки и марку электродного покрытия выбирают по табл. 4.5 в зависимости от марки свариваемой стали.

Сила сварочного тока. Силу сварочного тока определяют по формуле

, А (4.4)

где I_уд – удельный сварочный ток, приходящийся на 1 мм диаметра электрода, А/мм.

Значение I_уд для сварки легированных и низкоуглеродистых сталей приведены в табл. 4.7. Меньшие значения силы тока используют при сварке легированных сталей, обладающих малым коэффициентом теплопроводности, с целью уменьшения перегрева. Большие значения удельного тока используют для определения силы тока при сварке низкоуглеродистых сталей.

Вид сварочного аппарата определён в задании. Если в номере варианта есть буква П – используйте сварочный преобразователь, В – выпрямитель. При отсутствии буквы – трансформатор.

Легированные стали, рекомендуется сваривать только на постоянном токе (сварочный преобразователь, выпрямитель). Причём лучше использовать обратную полярность, чтобы не допустить перегрева и выгорания легирующих элементов.

Используя табл. 4.6 выбирают тот сварочный аппарат, в диапазон регулирования которого попадает рассчитанное значение I_св.

Род тока и полярность выбирают в зависимости от физико-механических свойств свариваемой стали и используемой марки электрода. С целью упрощения выбора в табл. 4.5 подобраны и заданы род тока, и полярность для конкретных марок стали и электродов.

Таблица 4.5 – Электроды для сварки сталей

Марка электрода		Коэффици- ент расхода электродов на 1 кг наплавлен- ного металла	Коэф- Фици- ент наплав-ки Кн, г/(Ач)	Род тока	Поляр- ность	Марка свариваемой стали
Марка электрод- ного покрытия	Марка сварочной проволоки
AHO-4c	Св-08 Или Св-08А	1,7	8,5	Постоянный	Любая	Низкоуглеро- дистые Ст. 4 Сталь 20
MP-3		1,6		Переменный		Ст.1 Сталь 15
				Постоянный	Обратная	Ст.3 Сталь 25
				Переменный		Ст.2 Сталь 10
Э -138 /50 н	Св -10 ГН	1,7	9	Постоянный	Обратная	Низколегиро- ванные 12 ГС,15 ГФ 14Г2,14 ХГС
ЦЛ-45	Св-08 ХМ	1,65	9,5			15ХСНД, 12 Х1МФ, 15Х1М1Ф, 10ХСНД
ЭА-395/9	Св-10 Х16Н25АМ6	1,6	11			Легированные 08Х12Н8К5М2Т 08Х12Н7К7М4
ЭА-400/10У	Св - 04Х19Н11М3	1,8	12			10Х17Н13М2Т, 08Х18Н10Т

Таблица 4.6 – Технические характеристики сварочных аппаратов

Вид аппарата	Тип	Диапазон регулирования сварочного тока Iсв, А	Напряжение, В		Мощ- ность, кВт	Размеры, мм	Масса, кг
			Рабочее, Uд	Холос-того хода, Uхх
Трансфор- матор	ТСБ – 90 ТД-102У2 ТД-300У2 ТД-500У2	60…100 60…160 70…365 90…650	20 26 32 30	36 70 52, 80 59, 76	3,3 11,2 19,4 32,0	203 370 350 570 320 530 692 710 620 570 720 835	30 42 137 200
Выпрями- тель	ВКС -120 Вд - 201 УЗ ВД-502-1	30…130 30…200 50…500	25 28 40	65 68 80	4,8 15,0 42,0	785 628 953 622 716 775 810 550 1077	242 120 348
Преобра- зователь	ПСО-120 ПСУ-300 ПСУ-500-2	30…120 50…300 60…500	25 30 40	48…65 48 48	4,0 28,0 30,0	1055 550 730 1160 490 740 1075 650 1085	155 315 595

Примечание. Напряжение питающей сети для ТСБ-90 – 220 В, для всех остальных сварочных аппаратов – 380 В.

Низкоуглеродистые стали можно сваривать как на переменном токе, так и на постоянном. Сварка на постоянном токе и тем более с использованием обратной полярности позволяет повысить качество сварного соединения.

Таблица 4.7 – Сила тока I_уд, приходящаяся на 1 мм диаметра электрода

Легированные стали	Iуд= 40…45 А/мм
Низкоуглеродистые стали	Iуд= 45…50 А/мм

Рабочее напряжение дуги определяется её длиной и колеблется в пределах U_д = 20…40 В (см. табл. 4.6).

Масса наплавленного металла основных наружных швов, г,

G_н^осн = ( S_осн/1000)·L_осн· γ, (4.5)

где S_осн – площадь поперечного сечения основного наружного шва, мм²

L_осн – суммарная длина основных сварных швов, мм

γ = 7,8 г/см³ – плотность наплавленного металла.

Массу наплавленного металла подварочных швов находят аналогично

G_н^вн = ( S_вн/1000)·L_вн· γ, г (4.6)

где S_вн – площадь подварочного шва, мм².

L_вн – суммарная длина подварочных сварных швов, мм.

Общая масса наплавленного металла сварных соединений при соединении элементов металлической заготовки, г:

G_н = G_н^осн + G_н^вн , (4.7)

Расходов электродов на изготовление металлической заготовки, г:

G_эл = k·G_н, (4.8)

где k = 1,6…1,8 – коэффициент расхода электродов на 1 кг наплавленного металла. В табл. 4.5 заданы конкретные значения k. Коэффициент расхода k учитывает: массу электродного покрытия, потери металла на угар, разбрызгивание и огарки.

Время, необходимое для выполнения сварочных работ, ч:

Т_св = Т_осн + Т_обсл + Т_под + Т_отд , (4.9)

где Т_осн – основное технологическое время, ч;

Т_обсл – время, затрачиваемое на обслуживание оборудования, ч;

Т_под – подготовительное время на получение электродов, инструмента и др., ч;

Т_отд – время, затрачиваемое на отдых, ч.

Основное технологическое время рассчитывают, используя формулу

Т_осн = G_н/(К_нI_св) (4.10)

где G_н – масса наплавленного металла,

К_н – коэффициент наплавки

I_св – сила сварочного тока, А.

Коэффициент наплавки К_н – масса наплавленного на поверхность детали металла в граммах за один час, приходящаяся на силу тока в 1 ампер. В табл. 4.5 даны величины коэффициента наплавки для различных марок электродов.

Окончательное время, необходимое для выполнения сварочных работ при наложении внутреннего и основного швов, ч:

Т_св = Т_осн/К_исп , (4.11)

где К_исп – коэффициент использования сварочного поста.

Коэффициент использования сварочного поста К_исп учитывает время на обслуживание оборудования, на получение материалов, на отдых и др. Значение коэффициента использования приведены в табл. 4.8.

Таблица 4.8 – Коэффициент использования сварочного поста К_исп

При работе в цехе	Кисп = 0,6…0,8
При монтажных работах	Кисп = 0,5…0,7

Производительность сварки, г/ч:

G = K_н·I_св , (4.12)

Скорость сварки при формировании основного шва, м/ч:

V_св^осн = (К_н·I_св)/(γ·S_осн) , (4.13)

Скорость сварки при формировании внутреннего шва, м/ч:

V_св^вн = (К_н·I_св)/(γ·S_вн) , (4.14)

Расход электроэнергии рассчитывают, используя формулу:

Q = 0,001·U_д ·I_св·Т_осн , (4.15)

где U_д – рабочее напряжение дуги, В;

I_св – сила сварочного тока, А;

Т_осн – основное технологическое время сварки, ч.