Расчет наплавляемого металла при автоматической сварки. Учебное пособие: Методические указания по проведению практических занятий по дисциплине «Технология электрической сварки плавлением» Н
К параметрам режима сварки относятся сила сварочного тока, напряжение, скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), род тока, полярность и др.
Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и положения шва в пространстве.
При выборе диаметра электрода для сварки можно использовать следующие ориентировочные данные:
В многослойных стыковых швах первый слой выполняют электродом 3–4 мм, последующие слои выполняют электродами большего диаметра.
Сварку в вертикальном положении проводят с применением электродов диаметром не более 5 мм. Потолочные швы выполняют электродами диаметром до 4 мм.
При наплавке изношенной поверхности должна быть компенсирована толщина изношенного слоя плюс 1–1,5 мм на обработку поверхности после наплавки.
Сила сварочного тока, А, рассчитывается по формуле
где К – коэффициент, равный 25–60 А/мм; d Э – диаметр электрода, мм.
Коэффициент К в зависимости от диаметра электрода d Э принимается равным по следующей таблице:
| d Э , мм | 1-2 | 3-4 | 5-6 |
| К , А/мм | 25-30 | 30-45 | 45-60 |
Силу сварочного тока, рассчитанную по этой формуле, следует откорректировать с учетом толщины свариваемых элементов, типа соединения и положения шва в пространстве.
Если толщина металла S ≥ 3d Э , то значение I СВ следует увеличить на 10–15%. Если же S ≤ 1,5d Э , то сварочный ток уменьшают на 10–15%. При сварке угловых швов и наплавке, значение тока должно быть повышено на 10–15%. При сварке в вертикальном или потолочном положении значение сварочного тока должно быть уменьшено на 10–15%.
Для большинства марок электродов, используемых при сварке углеродистых и легированных конструкционных сталей, напряжение дуги U Д = 22 ÷ 28 В.
Расчет скорости сварки, м/ч , производится по формуле
(6.2)
где α Н – коэффициент наплавки, г/А· ч (принимают из характеристики выбранного электрода по табл. 9 приложения); F ШВ – площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке (или одного слоя валика при многослойном шве), см 2 ; ρ – плотность металла электрода, г/см 3 (для стали ρ =7,8 г/см 3).
Масса наплавленного металла, г, для ручной дуговой сварки рассчитывается по формуле
(6.3)
где l – длина шва, см; ρ – плотность наплавленного металла (для стали ρ =7,8 г/см 3).
Расчет массы наплавленного металла, г , при ручной дуговой наплавке производится по формуле
(6.4)
где F НП – площадь наплавляемой поверхности, см 2 ; h Н – требуемая высота наплавляемого слоя, см.
Время горения дуги, ч , (основное время) определяется по формуле
(6.5)
Полное время сварки (наплавки), ч , приближенно определяется по формуле
где t O – время горения дуги (основное время),ч; k П – коэффициент использования сварочного поста, который принимается для ручной сварки 0,5 ÷ 0,55.
Расход электродов, кг , для ручной дуговой сварки (наплавки ) определяется по формуле
где k Э – коэффициент, учитывающий расход электродов на 1 кг наплавленного металла (табл. 9 приложения).
Расход электроэнергии, кВт· ч , определяется по формуле
(6.8)
Режимы сварки выбираются после назначения способа сварки, выбора разделки кромок с учетом свойств, свариваемого материала. На основании большого количества экспериментального материала и расчетных методик созданы таблицы режимов и номограммы, которые позволяют устанавливать оптимальный режим, обеспечивающий высокое качества сварного соединения.
Основными параметрами режима при ручной сварке покрытыми электродами являются: род тока и его полярность, диаметр электрода и сила тока. Род тока и полярность выбираются в зависимости от состава покрытий, диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, сила тока жестко связана с диаметром электрода. При автоматической сварке основными параметрами режимов являются: род тока и полярность, диаметр электродной проволоки, сила тока, Iсв, напряжение на дуге Uд, скорость сварки Vcв, скорость подачи электродной проволоки Vпод, марка флюса или газа.
В случае сварки в защитной среде обязательно указывается расход газа, обеспечивающий защиту зоны сварки. Выбор всех этих параметров осуществляется в зависимости от марки свариваемого материала, способа сварки и типа сварного соединения, используя таблицы и номограммы, либо расчетные формулы.
Сварочное оборудование выбирается из условия обеспечения режимов сварки, применяемогоспособа сварки и свойств свариваемого материала, апри ручной сварке штучными электродами в зависимостиот химического состава покрытия и режимов сварки.
Для приварки люка выбран полуавтоматический метод сварки сплошной проволокой. Это связано с тем, что в монтажных условиях не всегда возможно устранить фактор нарушения газовой защиты от ветровых нагрузок. Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла.
Исходя из конструкции базовая толщина свариваемых изделий 5...8 мм, поэтому за основу принимаем катет 6 мм. Руководствуясь данными приведёнными в таблице 2, выбираем диаметр электродной проволоки равным 1,6 мм.
Данные по выбору диаметра электродной проволоки
Таблица 2
Характер расчета зависит от вида соединения, типа разделки, количества наплавленного металла.
Произведем расчет режимов сварки углового однопроходного шва с катетом 6.
Ширина шва Е ш зависит от катета, который для различных толщин задан ГОСТ 14771-76 применительно к угловым, тавровым соединениям.
Еш= 1,41 * k , (1)
где k – катет шва.
В данном расчете катет шва равен k = 6 мм
Еш = 1,4 *6 = 8,4 мм (2)
Для получения качественного сварного шва расчетное значение увеличиваем на 2…3 мм, т. е. Е=12 мм
Глубина проплавления рассчитывается из условия
h пр = (0,85 … 1) * k - 0,035 * k 2 , (3)
где k- катет шва.
Значение в скобках принимаем равное 0,85
h пр = 1*6 – 0,035 * 36 мм = 4.74 мм
По диаметру электродной проволоки определяем значение сварочного тока.
I св = 200 * d эл * (d эл – 0,5) + 50 , (4)
где d эл - диаметр электродной проволоки.
Для сварки данного изделия будет использоваться сварочная проволока диаметром равный 1,6 мм.
I св = 100 * 1,6 * (1,6 – 0,5) + 50 = 226 А.
Напряжение на дуге рассчитывается по формуле
U g = 20 + 0,05 * I св * d эл -0,5 (5)
где I св – значение сварочного тока, А;
d эл – диаметр электродной проволоки, мм.
U g = 20 + 0,05 * 226 * 1,6 -0,5 = 48.25 В.
Площадь сечения наплавленного металла F н определяется из соотношения
F н = 0,5 * k 2 * k у, (6)
где k – катет шва;
k у – коэффициент, учитывающий выпуклость шва.
Для катета 6 этот коэффициент равен 1,45
Подставляя данные в формулу (6) получим
F н = 0,5 * 36 * 1,45 = 26 мм 2
Скорость сварки определяется по формуле:
V св = α н * I св */ р * F н (7)
где р - плотность свариваемого металла (7,8 г/см 3);
α н -коэффициент наплавки.
Для механизированной сварки в защитных газах α н составляет 15 – 18 г/А*ч.
Коэффициент наплавки принимаем равный 15 г/А*ч.
V св = 15 *226 / 7,8 * 26 = 113 м/ч
Скорость подачи электродной проволоки равна,
V пп = 4 * V св * F н / *П * d эл 2 (8)
где V св – скорость сварки;
F н – площадь сечения наплавленного металла шва;
d эл – диаметр электродной проволоки.
V пп = 4 * 113 * 24/ 3,14 * 1.6 = 552 м/ч.
Значение расхода защитного газа принимаем в соответствие с таблицей 3
В рассматриваемом случае расход газа составит 10л/мин.
Зависимость напряжения и расхода углекислого газа от силы тока
Таблица 3
Таблица режимов сварки в среде защитных газов
Таблица 4
| I с | U д | V св | V пп | F | К | Е ш | h пр |
| А | В | м/ч | м/ч | мм 2 | Мм | мм | мм |
| Расчётные значения | |||||||
| 27.5 | 4,1 | ||||||
| Справочные значения | |||||||
| 120…250 | 25…28 | 12…15 | 250…280 | - | 4…7 | 8...12 | 4…6 |
| Заданные значения | |||||||
| 130…150 | 25…27 | 15…20 | 280…300 | 18…20 | 10…12 | 4…5 |
Таким образом, сварку предлагается выполнять методом механизированной сварки цельной проволокой. Применяемая проволока СВ08Г2С
относится к разряду омедненных. Характеристики проволоки сварочной СВ08Г2С соответствуют ГОСТ 2246-70. СВ08Г2С обеспечивает надежность соединений благодаря ее высоким сварочно-технологическим свойствам. Диаметр стальной сварочной проволоки СВ08Г2С варьируется от 0,8 до 4,0 мм, она поставляется в мотках и на кассетах. Проволока СВ08Г2С применяется для сварочных работ малоуглеродистых и низколегированных сталей. Сварка проводится и в смеси аргона AR и углекислого газа СО2 (соотношение рабочих газов в смеси 80/20) и в среде чистого углекислого газа.
В процессе сварки сварочная проволока расплавляется и сваривает раскаленным металлом свариваемые поверхности. Проволока омедненная для сварки соответствует ГОСТу 2246-70.
Рис.8 Сварочная проволока
Лабораторная работа № 23
Расчет и проверка режимов для полуавтоматической сварки в углекислом газе (СО2).
ПМ.01 Подготовка и осуществление технологических процессов изготовления сварных конструкций
МДК 01.01. Технология сварочных работ
Цель работы: освоить методику выбора режима сварки сталей в среде углекислого газа.
Материалы:
1. Сварочная проволока Св-08Г2С, Св-08 (d = 1,2…2,0 мм).
2. Пластины из низкоуглеродистой стали(100x100x10 мм).
3. Углекислота сварочная.
Оборудование, приспособления, инструмент
1.Пост для механизированной сварки в среде С02.
Краткие сведения из теории.
В основу выбора диаметра электродной проволоки положены те же принципы,
что и при выборе диаметра электрода при ручной дуговой сварке:
Толщина листа, мм
1- 2
3-6
6-24 и более
э d , мм
0,8-1,0
1,2-1,6
2,0
1. Расчет сварочного тока, А, при сварке проволокой сплошного сечения производится по формуле:
I св = (1)
где j – плотность тока в электродной проволоке, А/ мм 2 (при сварке в CO 2 j=110 ÷130 А/мм 2 ;
d э – диаметр электродной проволоки, мм .
Механизированные способы сварки позволяют применять значительно большие плотности тока по сравнению с ручной сваркой. Это объясняется меньшей длиной вылета электрода.
Напряжение дуги и расход углекислого газа выбираются в зависимости от силы сварочного тока по табл. 1.
Таблица 1
Зависимость напряжения и расхода углекислого газа от силы сварочного тока.
Сила сварочного тока, А
50÷60
90÷100
150÷160
220÷240
280÷300
360÷ 380
430 ÷450
Напряжение дуги, В
17-28
19-20
21-22
25-27
28-30
30-32
32-34
Расход СО2, л/мин
8-10
8-10
9-10
15-16
15-16
18-20
18-20
При сварочном токе 200 ÷ 250 А длина дуги должна быть в пределах 1,5 ÷ 4,0 мм.
Вылет электродной проволоки составляет 8 ÷ 15 мм (уменьшается с повышением сварочного тока).
2. Скорость подачи электродной проволоки, м/мин , рассчитывается по формуле:
V пп = (2)
где α р – коэффициент расплавления проволоки, г/Ач
γ – плотность металла электродной проволоки, г / см 3 (плотность стали 7,8 г/см3)
Значение α р рассчитывается по формуле:
а р = 3,0+ 0,08 (3)
3. Скорость сварки (наплавки), м/мин , рассчитывается по формуле:
Vсв =
где α н – коэффициент наплавки, г/А ч , он рассчитывается по формуле:
α н =α р ⋅ (1 −ψ ),
где ψ – коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание. При сварке в СО 2 ψ = 0,1 – 0,15;
F шв – площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке (или одного слоя валика при многослойном шве), см 2;
γ – плотность металла электрода, г/ см 3 .
4. Масса наплавленного металла, г, при сварке рассчитывается по следующей формуле:
G = F шв ⋅ l ⋅ γ , (5)
где l – длина шва, см .
5. Время горения дуги , мин, (основное время) определяется по формуле:
t 0 = (6)
6. Полное время сварки (наплавки), мин, приближенно определяется по формуле:
T= (7)
где k п – коэффициент использования сварочного поста, (kп = 0,6 ÷ 0,57).
7. Расход электродной проволоки, г, рассчитывается по формуле:
G пр = Gн (1 +ψ ), (8)
где Gн – масса наплавленного металла , г; ψ – коэффициент потерь, (ψ = 0,1 -0,15).
Порядок выполнения работы.
Задание: в соответствии со своим вариантом найдите:
Диаметр электродной проволоки
Сварочный ток.
Напряжение дуги.
Расход СО2.
Скорость подачи электродной проволоки.
Скорость сварки (наплавки).
Массу наплавленного металла.
Время горения дуги.
Полное время сварки (наплавки).
Расход электродной проволоки.
Выполнить сварку при заданном режиме и оценить качество выполненного шва.
Исходные данные вариантов:
Тип сварного соединения
Толщина св.
металла (б ), мм
Длина сварного
шва, см
Чертеж, вид разделки
кромок
Формула
Стыковой С15
С К-образной разделкой
кромок
F н1=0,0028· б ,см
F н2=0,0026· б ,см
F н= F н1+ F н2
б - толщина св.металла,
мм
Стыковой С8
С односторонней разделкой
кромок
F н=0,01· б , см
б - толщина св.металл
мм
Стыковой С23
С U -образной разделкой
кромок
F н=0,012· б ,см
б -толщина
свар.металла, мм
Стыковой С2
Без разделки кромок
F н=0,013 ·б ,см
б -толщина св.металла,
мм
Стыковой С25
С Х-образной разделкой кро-
мок
F н1=0,003· б , см
F н2=0,0028· б ,см
F н= F н1+ F н2
б - толщина св.металла
Мм
Стыковой С7
Двухсторонний без разделки
кромок
F н1=0,0034· б ,см
F н2=0,0032· б ,см
F н= F н1+ F н2
б - толщина св.металла,
мм
Стыковой С23
С U -образной разделкой
кромок
F н=0,012· б ,см
б -толщина
свар.металла, мм
Стыковой С2
Без разделки кромок
F н=0,013 ·б ,см
б -толщина св.металла,
мм
Стыковой С25
С Х-образной разделкой кро-
мок
F н1=0,003· б , см
В основу выбора диаметра электродной проволоки при сварке и наплавке в углекислом газе положены те же принципы, что и при выборе диаметра электрода при ручной дуговой сварке:
Расчет сварочного тока, А, при сварке проволокой сплошного сечения производится по формуле
где а – плотность тока в электродной проволоке, А/мм 2 (при сварке в СО 2 а =110 ÷ 130 А/мм 2 ; d Э – диаметр электродной проволоки, мм.
Механизированные способы сварки позволяют применять значительно большие плотности тока по сравнению с ручной сваркой. Это объясняется меньшей длиной вылета электрода.
Напряжение дуги и расход углекислого газа выбираются в
зависимости от силы
сварочного тока по табл. 6.1.
Таблица 6.1
| Сила сварочного тока, А | 50÷ 60 | 90÷ 100 | 150 ÷ 160 | 220 ÷ 240 | 280÷ 300 | 360÷ 380 | 430 ÷ 450 |
| Напряжение дуги, В | 17-28 | 19-20 | 21-22 | 25-27 | 28-30 | 30-32 | 32-34 |
| Расход СО 2 , л/мин | 8-10 | 8-10 | 9-10 | 15-16 | 15-16 | 18-20 | 18-20 |
При сварочном токе 200 ÷ 250 А длина дуги должна быть в пределах 1,5 ÷ 4,0 мм. Вылет электродной проволоки составляет 8 ÷ 15 мм (уменьшается с повышением сварочного тока).
Скорость подачи электродной проволоки, м/ч , расчитывается по формуле
(6.10)
где α Р – коэффициент расплавления проволоки, г/А· ч; ρ – плотность металла электродной проволоки, г/см 3 (для стали ρ =7,8 г/см 3).
Значение α Р рассчитывается по формуле
(6.11)
Скорость сварки (наплавки), м/ч, рассчитывается по формуле
(6.12)
где α Н - коэффициент наплавки, г/А ч; α Н = α Р · (1-Ψ ), где Ψ - коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание. При сварке в СО 2 Ψ = 0,1- 0.15 ; F B - площадь поперечного сечения одного валика, см 2 . При наплавке в СО 2 принимается равным 0,3 - 0,7 см 2 .
Масса наплавленного металла, г, сварке рассчитывается по следующим формулам:
при сварке
; при наплавочных работах
(6.13)
где l – длина шва, см; ρ – плотность наплавленного металла (для стали ρ =7,8 г/см 3); V Н - объем наплавленного металла, см 3 .
Время горения дуги, ч , определяется по формуле
Полное время сварки (наплавки), ч , определяется по формуле
где k П – коэффициент использования сварочного поста, (k П = 0,6 ÷ 0,57).
, (44)
где Vсв – скорость сварки, м/ч;
α н – коэффициент наплавки, г/Ач;
Iсв – сварочный ток, А;
Fн – площадь поперечного сечения, мм²;
γ – плотность наплавленного металла, г/см³;
0,9 – коэффициент, учитывающий потери на угар и разбрызгивание.
Коэффициент наплавки, г/Ач определяется по формуле, г/Ач
α н = α р (1 – ψ / 100), (45)
где ψ – потеря электродного металла вследствие окисления, испарения и разбрызгивания, % (ψ = 7-15%, принимают обычно ψ = 10%). Потери электродного металла возрастают с увеличением напряжения на дуге.
Напряжение на дуге принимают в интервале 16-34В. Большие значения соответствуют большей величине тока. Напряжение можно определить по графику (см. рисунок 11).
Рисунок 11
Напряжение на дуге предварительно подбирается и может быть установлено при настройке, например, по напряжению холостого хода источника тока. К параметрам режима сварки в среде углекислого газа относится удельный расход газа – q г, который зависит от положения шва в пространстве, скорости сварки, типа соединения и толщины свариваемого металла . Параметры режима сварки свести в таблицу 15
Таблица 15
2.8 Проектирование сборочно-сварочных приспособлений, выбор и обоснование выбора оборудования
Выбор и проектирование сборочно-сварочных приспособлений производится в соответствии с предварительно избранными способами сборки и сварки узлов и в целом заданной конструкции. Этот этап проектирования технологического процесса является одним из основных. Поэтому при разработке техпроцесса сборочно-сварочных работ на заданную конструкцию необходимо установить рациональный качественный и количественный состав требуемой оснастки и технологического оборудования.
Выбрать и обосновать выбор сборочно-сварочного механического оборудования с учетом его грузоподъемности, габаритных размеров изготавливаемых сварных конструкций, надежности и удобства в работе, безопасности и других технических параметров.
Описать кратко устройство и назначение узлов оборудования, принцип его работы, привести технические характеристики оборудования в виде таблиц или в виде пояснительной записке, или на втором чертеже курсового проекта.
Студент может предложить модернизацию выбранного оборудования. Не следует применять морально-устаревшее оборудование. При проектировании выполнить на втором чертеже курсового проекта приспособление для сборки и сварки заданного изделия, а в пояснительной записке выполнить компоновочный эскиз оборудования в двух проекциях одного из рабочих мест проектируемого техпроцесса и наоборот. .
