При глибині проплавлення меншій ніж товщина металу необхідно збільшити зварювальний струм, або зменшити швидкість зварювання

1.2.5 Визначення ширини шва

Знаючи глибину проплавлення і коефіцієнт форми провару,можна визначити ширину шва за формулою:

в=y_пр ·h (23)

Коефіцієнт форми провару і глибина проплавлення раніше визначені за формулами 1, 2, 19, 21.

1.2.6 Визначення величини підсилення шва

При зварюванні стикових з¢єднань без скосу кромок і зазору, площа поперечного перерізу валика F_в дорівнює площі наплавлення F_н і визначається за формулою:

F_в=F_н=m_в·в·а (24)

Площа наплавлення і ширина шва раніше визначені за формулами 16 і 25.

m_в - коефіцієнт повноти валика, а це є відношення площі валика до площі прямокутника, основа і висота якого відповідно рівні ширині і висоті валика. При автоматичному і напівавтоматичному зварюванні в захисному газі в діапазоні параметрів режиму, які забезпечують задовільне формування шва, коефіцієнт повноти валика змінюється в вузьких межах і практично має постійне значення, яке становить –0,73.

Величина підсилення шва визначається за формулою:

а= (25)

При наявності зазору між зварюваними виробами, за формулами 11 і 13 визначаються F₃ і F_в, а потім за формулою 25 підсилення шва (а).

1.2.7 Визначення коефіцієнта форми валика

Коефіцієнт форми валика визначається за формулою:

y_в= в/а, (26)

При автоматичному і напівавтоматичному зварюванні значення коефіцієнта форми проплавлення (y_пр) повинні знаходитися в межах 0,8…4. При значенні y_пр<0.8, будуть утворюватися шви, схильні до утворення гарячих тріщин, а при значенні y_пр>4 - будуть широкі шви з малою глибиною провару, що не раціонально з точки зору використання теплової потужності дуги і приводить до збільшення зварюваних деформацій.

Значення коефіцієнта форми валика (y_в) для добре сформованих швів не повинно виходити за межі 7…10. Значення y_в< 7 має місце при вузьких і високих швах. Такі шви не мають плавного переходу від шва до основного металу і мають недостатню працездатність при змінних навантаженнях. Значення Y_в>10 відповідає широким і низьким швам. Такі шви нераціональні по тих же причинах, що і шви з великим значенням Y_в.

2 СТИКОВІ ШВИ З РОЗРОБЛЕННЯ КРОМОК І ЗАЗОРОМ. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ РЕЖИМУ ЗВАРЮВАННЯ І ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ШВА

ГОСТ14771-76 передбачає зварювання з обов¢язковим розробленням кромок металу товщиною більше 10 мм при зазорах в межах 0…3 мм.

Розрахунок параметрів режиму зварювання стикових з¢єднань з зазором і розробленням кромок (рис.7) ведеться в наступній послідовності:

1) розраховують параметри режиму зварювання за формулами 1-10;

2) визначають основні геометричні розміри шва для зварювання без розроблення кромок і зазору за формулами 14-25. Виняток складає визначення коефіцієнта форми провару, який при наявності розроблення кромок дорівнює: Y_пр = в/S.

При наявності розроблення кромок глибина проплавлення і підсилення шва буде відрізнятися від отриманих при зварюванні стикових з¢єднань без розроблення кромок. Однак, розроблення і тип шва не впливають на форму шва. Практично контур провару і загальна висота шва (Н) при незмінних параметрах режиму зварювання залишаються однаковими для обох випадків рис.1 і рис.7.

Тому з достатньою точністю для практичних розрахунків можна прийняти, що:

Н=h+a=h^¢+a¢=const (27)

Знаючи загальну висоту шва, можна визначити глибину проплавлення при наявності зазору і розроблення кромок:

H^¢=H-a^¢ (28)

де Н-загальна висота шва;

h^¢-глибина проплавлення при наявності розроблення кромок і зазору. Величина підсилення шва визначається за формулою:

а^¢= ; (29)

де F_н - площа поперечного перерізу наплавлення для параметрів режиму зварювання стикового з¢єднання без розроблення кромок і зазору яка визначається за формулою 16;

d - висота розроблення кромок;

- кут розроблення кромок;

Н - загальна висота шва, виконаного без розроблення кромок і зазору, яка визначається за формулою 27;

е - зазор;

в - ширина шва, яка визначається за формулою 23.

3 БАГАТОПРОХІДНІ СТИКОВІ ШВИ. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ РЕЖИМУ ЗВАРЮВАННЯ І ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ШВА

При розрахунку параметрів режиму зварювання багатопрохідних швів необхідно забезпечити:

1) проплавлення притуплення;

2) заповнення розроблення кромок з отриманням валика шва необхідної форми.

Необхідна глибина проплавлення притуплення повинна бути забезпечена при виконанні першого шару шва (проходу).

При зварюванні на великих струмах можна отримати форму провару не сприятливу для кристалізації металу шва, яка приводить до утворення гарячих тріщин. Тому, допустиму густину струму в електродному дроті треба вибирати ближче до нижньої межі діапазону допустимих густин струму для даного діаметру електродного дроту (таблиця 3).

3.1 Розглянемо найбільш загальний випадок багатопрохідного двобічного зварювання стикових швів з розробленням кромок при наявності зазору (рис. 8).

Порядок розрахунку наступний:

1) визначаємо величину проплавлення притуплення за формулою 2 або 3.

2) визначаємо параметри шва за формулами 14-25, які мали місце при зварюванні на прийнятих параметрах режиму зварювання стикового з¢єднання без розроблення кромок і зазору;

3) визначаємо загальну висоту шва за формулою 27;

4) визначаємо висоту заповнення без розроблення кромок при зварюванні за один прохід за наступною формулою:

а₁=Н₁-h₁, (30)

або:

а₁= ; (31)

де F_н – площа наплавлення за один прохід на вибраних параметрах режиму, яка визначається за формулою 16;

Н ₁ – загальна висота шва виконаного на прийнятних параметрах режиму без розроблення кромок і зазору, визначається за формулою 21, 25 і 27;

е – зазор;

– кут розроблення;

5) розрахунок наступних проходів зварювання проводиться, виходячи з умов заповнення розроблення. Визначаємо загальну площу розроблення з одного боку зварного з’єднання і частину шва, що залишається після першого проходу, яку необхідно заповнити наступними проходами за формулою:

F_н=F_роз.–F_н1; (32)

де F_роз. – площа поперечного перерізу розроблення з врахуванням зазору (рис.7);

F_н1 – площа наплавлення першого проходу, яка визначається за формулою 16.

Параметри режиму зварювання наступних швів вибирають (розраховують) таким чином, щоб отримати гарно сформовані шви з плавним переходом від основного до металу шва. Це досягається застосуванням більшого діаметра електродного дроту в порівнянні з першим проходом. Вибравши параметри режиму зварювання наступних проходів,знаходимо площу наплавлення шарів за формулою 16. Площа кожного наступного заповнюючого шару не повинна перевищувати 70…100 мм².

Потім визначають кількість заповнюючих шарів за формулою:

n=F_н /F_з.ш; (33)

де F_з.ш – площа поперечного перерізу наплавлення заповнюючого шару.

Останнім виконується заключний шар, який забезпечує отримання зварного шва з даними коефіцієнтами форми проплавлення валика. Ширина шва повинна перекривати ширину розроблення на 2…3 мм з кожного боку.

При двобічному зварюванні параметри режиму першого проходу з другого боку повинні бути вибраними (розрахованими), таким чином, щоб забезпечити виконання умови (рис. 8):

h₁+h₂=c+m; (34)

де h₁ – глибина проплавлення притуплення від першого проходу з одного боку;

h₂ – глибина проплавлення притуплення від першого проходу з другого боку;

с – величина притуплення;

m – перекриття швів, дорівнює 1-3 мм.

Потім порядок розрахунку повторюється.

4 КУТОВІ ШВИ. РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ РЕЖИМУ ЗВАРЮВАННЯ І ГЕОМЕТРИЧНИХ РОЗМІРІВ ШВА

При розрахунку параметрів режиму зварювання необхідно забезпечити отримання катету шва, виходячи із вимог надійності.

Послідовність виконання розрахунку кутових швів при зварюванні в “човник”, можна з деяким наближенням брати таку ж, як для стикових швів з кутом розроблення a = 90^°. Параметри режиму зварювання кутових швів вибираються з врахуванням специфічних особливостей їх формування. При отриманні плоских або випуклих швів їх ширина повинна бути рівною відстані по горизонталі між зварюваними виробами (рис. 9). Якщо ширина шва буде більше цієї відстані, то виникають підрізи.

Порядок розрахунку параметрів режиму наступний:

1) визначаємо площу наплавленого металу за заданим катетом:

F_н=К²/2; (35)

де К – катет плоского шва;

2) визначаємо геометричні параметри шва:

а) висоту наплавленого металу визначаємо за формулою:

а = (36)

а якщо зварювання з розробленням кромок і зазором, то величину розраховуємо за наступною формулою:

а = (37)

б) ширина шва визначається за формулою:

в = , (38)

коефіцієнт форми шва таврового і кутового з¢єднання, дорівнює відношенню ширини шва до загальної його висоти, повинен бути в межах 0,8…2,0 і розраховується за формулою:

Y_ш = в/Н; (39)

3) вибираємо діаметр електродного дроту виходячи з товщини зварюваного металу з таблиці 1;

4) визначаємо зварювальний струм і швидкість подачі електродного дроту за формулами 5 і 8.

Практикою встановлено, що задовільне формування кутових швів отримують при зварюванні на параметрах режиму, при яких густина струму в електроді знаходиться в межах, вказаних в таблиці 10.

Таблиця 10 – Залежність густини струму від діаметра електродного дроту

Діаметр електроду, мм	1,6	2,0	3,0	4,0	5,0
Густина струму, А/мм2	25-200	60-150	45-85	35-55	30-40

Якщо величина густини зварювального струму виходить за межі вказаних діапазонів, то проводиться коректування і уточнення діаметра електродного дроту;

5) визначаємо швидкість зварювання, яка дозволяє отримати при даній величині зварювального струму необхідну площу наплавлення за формулами 9 або 10;

6) визначаємо напругу на дузі за формулою 7 або з графіка на рис.3, причому U_д необхідно вибирати ближче до нижньої межі її оптимального значення.

5 РЕКОМЕНДАЦІЇ ПО ВИБОРУ МАРКИ ЕЛЕКТРОДНОГО ЗВАРЮВАЛЬНОГО ДРОТУ ПРИ ЗВАРЮВАННІ РІЗНИХ МАРОК СТАЛЕЙ

Основною умовою при виборі марки електродного дроту при зварюванні різних марок сталей є те, що для забезпечення металу шва з такими ж механічними властивостями, як і основний метал, зварювальний дріт повинен мати ті ж легуючі елементи, що й зварюваний метал. Крім цього, при зварюванні в вуглекислому газі, який є активним окислювачем, в склад зварювального дроту вводяться розкислюючі елементи – кремній і марганець, а інколи і титан.

Для цього можна використати наступні рекомендації по виборі марок електродного зварювального дроту для різних марок сталей з таблиці 11.

Таблиця 11 – Рекомендовані марки електродного дроту для зварювання різних марок сталей

Марки зварюваних сталей	Марки дроту за ГОСТ 2246-70
Мало- і середньо-вуглецеві сталі	ВСт3сп, Сталь 10, Сталь 20, Сталь 35	Св-08ГС
Низько- і середньолеговані сталі	10ХСНД,15ХСНД,14ХГС,09Г2,14Г2	Св-08Г2С
20ХГС,25ХГС,30ХГСН, 30ХГСА	Св-10ГСМ, Св-10ГСМТ,Св-10ГХ2С
15ХМА,20ХМА,12ХМ, 15ХМ,34ХМ	Св-08ХГСМА, Св-08ХГ2СМ, Св-08ХГСМФ
Високолеговані сталі	0Х13,1Х13,12Х13,20Х13 15Х12ВНМФ, 15Х11В2ВНМФ, Х18Н10Т	Св-10Х13,Св-08Х14, Св-08Х14ГНТ, Св-15Х12НМВФБ, Св-08Х19НСТ, Св-06Х19Н10МСТ, Св-07Х18Н10Т

Вибір параметрів режиму зварювання для сталей, які гартуються, теплостійких і високолегованих сталей мають свої особливості, які пов¢язані з теплофізичними властивостями цих сталей і відношенням до термічного циклу зварювання.

Орієнтовні параметри режиму зварювання в вуглекислому газі високолегованих сталей без розроблення кромок приведені в таблицях 84 [2, с. 307], 10-28 [4, с. 615], 6-8 [6, с. 394].