Задание

Рассчитать параметры режима сварки и размеры стыковых швов без разделки и с разделкой кромок при автоматической или механизированной дуговой сварке. Марку стали и толщину листов взять из задания на курсовой проект

Тема 3 Расчет параметров режима и размеров угловых

швов при автоматической и механизированной сварке

тавровых, угловых и нахлесточных соединений

Сварные соединения образованы, в основном, двумя типами швов: стыковые – стыковыми швами, тавровые, угловые и нахлесточные соединения – угловыми швами. В данных рекомендациях рассматриваются вопросы расчета режима сварки и размеров угловых швов применительно к тавровым соединениям при использовании способов механизированной сварки в защитных газах (СО₂) и автоматической сварки под слоем флюса. Методика расчета справедлива также при сварке угловых и нахлесточных соединений.

Параметры режима сварки и размеры швов справедливы применительно к сварке основного металла типа углеродистых и низколегированных сталей при использовании углеродистых сварочных проволок сплошного сечения (Св-08, Св-08ГА и др.) и низколегированных (Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС и др.).

Методика расчета не может быть применена при сварке порошковой проволокой и проволоками сплошного сечения при сварке высоколегированных сталей и сплавов, при сварке цветных металлов и сплавов.

Конструктивные элементы подготовки кромок под сварку и размеры выполненных швов угловых, тавровых и нахлесточных соединений принимаются согласно стандартам ГОСТ 8713 и ГОСТ 14771.

3.1 Расчет режимов сварки и размеров углового шва

при сварке тавровых соединений.

3.1.1 Тавровое соединение без разделки кромок

Режим сварки тавровых соединений «в лодочку» может быть

определен также, как и для стыковых соединений с углом разделки α=90⁰ (рисунок 6).

а) б)

Рисунок 6 - Формирование углового шва

Однако режим сварки угловых швов, в частности плоских и выпуклых, необходимо выбирать более строго, учитывая особенности их формирования, а именно: ширина шва должна быть равна расстоянию по горизонтали между свариваемыми элементами; если ширина шва будет больше, то появятся подрезы ( рисунок 6 а). Следовательно, коэффициент формы шва таврового соединения

,

где С – полная высота шва, е – ширина шва.

Поскольку швы с малым коэффициентом формы шва (т.е. узкие швы с глубоким проваром (рисунок 6 б) склонны к образованию горячих трещин, необходимо сварку производить на несколько пониженных плотностях тока в электроде, указанных в таблице 11.

Таблица 11- Допустимые плотности тока при сварке угловых

швов

Диаметр электрода, мм	Допустимая плотность тока , , А мм^2
2 3 4 5	60-150 45-85 35-55 30-40

Последовательность расчета сварки угловых швов следующая:

1. Выбирается диаметр электрода. При выборе диаметра электродной проволоки необходимо иметь ввиду, что швы с катетом 3-4 мм можно получить проволокой диаметром не более 2мм, при сварке электродной проволокой диаметром 4-5мм обеспечивается минимальный катет 5-6 мм.

Не рекомендуется применять для угловых швов проволоку диаметром более 5 мм, так как при этом затрудняется провар вершины углового шва.

2. По допустимой плотности тока и выбранного диаметра электрода d_э рассчитывается сварочный ток:

.

3. Площадь поперечного сечения наплавленного металла находится по формуле

.

4. Определяется скорость сварки по формуле

При этом коэффициент наплавки берется из экспериментальных данных ( рисунок 3) или определяется расчетом.

Необходимо учитывать, что при автоматической однодуговой сварке скорость сварки по условиям нормального формирования шва должна находиться в пределах 15-60 м ч^-1. Верхний предел скорости при механизированной сварке составляется 30-35 м ч^-1.

В зависимости от соотношения тока и скорости сварки могут быть получены выпуклые, плоские и вогнутые швы.

Критический ток при котором получаются швы с плоской поверхностью, может быть найден из зависимости

,

где - условный критический ток; = 350 А для автоматической и механизированной сварки;

- коэффициент, значения которого приведены в таблице 12.

Таблица12- Значения коэффициента

, мм	, А ч м^-1
2 3 4 5	2 4,5 7 10

В зависимости от соотношения и шов имеет разную форму:

при = - плоскую;

> - выпуклую;

< - вогнутую.

5. Определяется напряжение на дуге по формуле

±1

Напряжение на дуге следует выбирать ближе к нижнему пределу диапазона оптимальных напряжений.

6. Определяется коэффициент формы провара

= К' (19-0,01J_св)·d_э∙U_d /J_св ,

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

d_э – диаметр электрода.

При сварке на постоянном токе обратной полярности

К' = 0,367 ,

на постоянном токе прямой полярности

К' =2,82/ ,

где - плотность тока в электроде, А мм².

При > 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.

7. Определяется погонная энергия (Дж·см^-1) по формуле

.

8. Определяется глубина провара Н по формуле

где А – коэффициент равный 0,0076 при сварке под слоем флюса и 0,0081при механизированной сварке в среде защитного газа СО₂.

9. Определяются основные размеры шва: ширина е и высота валика q.

,

q = F_н/0,73 е,

где F_н – площадь поперечного сечении наплавленного металла, мм².

q, е - соответственно, высота и ширина валика, мм;

0,73 – коэффициент полноты валика.

10. Определяется общая высота шва ( толщина шва) С:

С=Н+q

11. Поскольку общая высота С и ширина е шва остаются неизменными и не зависят от типа сварного соединения ( при неизменных параметрах режима сварки), то, следовательно, глубина проплавления Н₀ определяется как ( рисунок 6а).

Н'₀ = С - q'

где q' – высота заполнения разделки.

При отсутствии зазора (в=0) и α=90⁰ получим :

q' = .

12. Зная глубину проплавления Н₀, можно определить глубину проплавления вертикальной стенки S_в,

S_в = (0,8…1,0) Н₀.

S_в=0,8 Н₀ при плотности тока, близкой к нижнему пределу, приведенному в таблице 11, и S_в=Н₀ при плотности тока, близкой к верхнему пределу.

Аналогичным образом могут быть рассчитаны режим сварки и размеры шва, выполняемого с другой стороны таврового соединения. В ряде случаев требуется выбрать такие режимы сварки угловых швов, которые бы обеспечивали полный провар вертикальной стенки, т.е.

S_в'+ S_в"=S+К,

где S_в', S_в" – глубина проплавления вертикальной стенки с одной и другой сторон;

S – толщина вертикальной стенки;

К>0 – величина перекрытия швов.

В случае, если сварка угловых швов производится наклонным электродом, необходимо учитывать, что хорошее формирование шва без натеков на горизонтальную плоскость и подрезов вертикального листа получается при катете шва не более 8-9 мм.

Швы с большими катетами выполняются за несколько проходов:

при катете 9-14 мм - за два;

15-16 мм – за три;

17-20 мм – за четыре.

Если максимально допустимая плотность тока (таблица 11) не позволяет получить требуемую глубину проплавления вертикальной стенки (S_в<S при односторонней сварке или S_в'+ S_в"<S при двусторонней сварке), необходимо прибегать к разделке кромок.

2. Тавровое соединение с разделкой кромки

Если тавровое или угловое соединение выполнено с разделкой кромок, то расчет параметров режима сварки и размеров шва производится по методике, принятой для стыкового соединения с разделкой кромок.