2.1.2 Расчет размеров и формы шва

Режим сварки должен обеспечивать не только условия сплошности провара, но и получения сварных швов, обладающих высокой технологической и эксплуатационной прочностью, что в значительной степени зависит от формы и размеров шва.

Определение размеров сварного шва сводится обычно к отысканию действительной глубины провара Н, ширины шва е, коэффициента формы провара (отношение ширины шва к глубине провара) Ψ_пр коэффициента формы валика (отношение ширины шва к высоте валика) Ψ_в.

Для автоматической и механизированной сварки значения Ψ_пр должны составлять 0,8-4. При меньших значениях (Ψ_пр<0,8) получаются швы, склонные к горячим трещинам, при больших (Ψпр>4) – слишком широкие, что нерационально с точки зрения использования энергии дуги и возникновения повышенных сварочных деформаций.

Коэффициент формы валика Ψ_в должен находиться в пределах 7-10. Малым значениям соответствуют узкие и высокие валики, не имеющие плавного сопряжения с основным металлом. Швы с таким усилением обладают плохой работоспособностью при переменных нагрузках. При больших значениях Ψв>10 из-за колебаний уровня жидкой ванны возможно уменьшение сечения шва в сравнении с сечением основного металла.

Последовательность расчета размеров и формы шва следующая:

1. Определяется действительная глубина провара, Н

,

где А - коэффициент; А=0,00764 – при сварке углеродистых и низколегированных сталей под слоем флюса низкоуглеродистой проволокой; А=0,0081 при механизированной сварке в среде защитного газа проволокой СВ-08Г2С или СВ-08ГС;

q_п - погонная энергия, Дж см^-1,

;

Ψ_пр – коэффициент формы провара;

V_св – скорость сварки, см· с^-1

Значения эффективного к.п.д. нагрева η_и принимаются по таблице 10.

Значение эффективного к.п.д. нагрева во многом определяется конкретными условиями сварки. Рекомендуется при выполнении подварочного шва и первых проходов многопроходного (многослойного) шва принимать значения η_и , близкие к верхнему пределу диапазона его изменения. При выполнении последних проходов принимать η_и, близкие к нижнему пределу.

Возможно также устанавливать η_и по другим литературным данным, если описанные условия сварки соответствуют расчетным.

Таблица 10 - Экспериментальные значения η_и для различных способов дуговой сварки

Способ	Jсв, А	Ud, В	ηи,
Дуга под флюсом (стальной электрод)	600-900	28-34	0,80-0,90
Дуга в СО2 (стальной электрод)	350-400	24-28	0,80-0,90

На основании экспериментальных данных установлена следующая зависимость Ψ_пр от основных параметров режима сварки:

Ψ_пр = К' (19-0,01 J_св) d_э U_д / J_св ,

где К'- коэффициент, зависящий от рода тока и полярности;

d_э – диаметр электрода.

Величина К' при плотности тока j <120 А мм ^-2 при сварке на постоянном токе обратной полярности

К'=0,367j_э^0,1925;

при сварке на постоянном токе прямой полярности

К'=2,82/j_э^0,1925

где j_э- плотность тока в электроде, А мм^-2.

При j_э>120 А мм^-2 К' остается неизменным и равным для обратной полярности 0,92 и для прямой 1,12. При сварке на переменном токе во всем диапазоне плотности тока К'=1.

Если расчетная глубина проплавления Н_р отличается от требуемой Н, необходимо выполнить повторный расчет основных параметров режима сварки (U_д, V_св) и глубины проплавления Н, принимая во внимание, что увеличение или уменьшение глубины проплавления достигается соответственно увеличением или уменьшением сварочного тока относительно предыдущего.

При достижении расчетной глубины проплавления требуемой, определяются другие размеры шва и коэффициенты, определяющие его форму и форму валика.

2. Ширина шва находится при известных глубине провара Н и коэффициенте формы провара Ψ_пр:

е=Ψ_пр Н.

Расчетная ширина шва, высота валика должны соответствовать требования ГОСТ 8713 или ГОСТ 14771, регламентирующих типы и конструктивные элементы швов сварных соединений соответственно для сварки под слоем флюса и в среде защитного газа.

3. Определяется высота валика q, исходя из того, что

F_н = q∙e∙µ_{в ,}

где F_н – площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм²;

q, e – соответственно, высота и ширина валика, мм;

µ_в – коэффициент полноты валика.

По опытным данным µ_в=0,73, следовательно,

q = F_н/0,73 е

Площадь поперечного сечения наплавленного металла F_н определяется на основании выражения:

F_н γ V_св3600=α_н J_св,

где γ – плотность металла, г∙см^-3 (для стали γ=7,8);

V_св – скорость сварки, см∙с^-1;

α_н – коэффициент наплавки, г∙А^-1∙ч^-1

Расчет коэффициента наплавки при автоматической сварке под слоем флюса сводится к следующему.

Поскольку при сварке при слоем флюса потери электродного металла незначительны ( =1-2%), принимается, что коэффициент наплавки равен коэффициенту расплавления: α_н=α_р. Коэффициент расплавления α_р может быть определен по экспериментальным данным (рисунок 3) или расчетом.

Для выбора или определения возможности применения того или иного аппарата для механизированной сварки необходимо знать скорость подачи электродной проволоки V_э (м ч^-1), которая определяется по формуле:

V_э= J_св α_р/ F_э γ,

где F_э – площадь поперечного сечения электрода, мм²;

α_р – коэффициент расплавления, г А^-1 ч^-1;

γ – плотность металла, г см^-3 ( для стали γ=7,8).

В случае, если найденная скорость подачи не совпадает с данными скоростей подачи выбранного сварочного аппарата, необходимо произвести корректировку режима сварки или же выбрать другой аппарат.