Особливості розрахунку параметрів режиму зварювання в інертних газах

Дані методичні вказівки можуть бути також використані для розрахунку і вибору параметрів режиму зварювання і геометричних розмірів шва при зварюванні в інертних газах (аргоні, гелії) з врахуванням особливостей зварювальної дуги, плавлення електродного дроту і основного металу.

Для аргону і гелію необхідно вибирати відповідну марку електродного дроту, значення коефіцієнта К_а, напругу на дузі, коефіцієнт розплавлення електродного дроту і втрат електродного металу на розбризкування, ефективний ККД дуги і витрати захисного газу.

Марка електродного дроту вибирається виходячи із марки зварюваного металу [2-6], напруга на дузі при зварюванні в аргоні вибирається на 2-3 В менше порівняно із зварюванням в СО₂, внаслідок меншого значення градієнта потенціалу в стовпі дуги, а при зварюванні в гелії напруга на дузі на 20-35 % вище в порівнянні із зварюванням в аргоні. Коефіцієнт розплавлення електродного дроту в аргоні і гелії на 3-5 % менше в порівнянні з СО₂. Коефіцієнт втрат металу на розбризкування і вигоряння в аргоні складає 1-3%, а в гелії 7-10 %. Витрати аргону при зварюванні практично дорівнюють витратам вуглекислого газу, а витрати гелію на тих же параметрах режиму на 30-40% більше, внаслідок його малої густини.

Значення коефіцієнта К_а, і ефективного ККД дуги в аргоні і гелії в залежності від параметрів режиму, в розрахунках їх значення орієнтовно можна взяти з даних при зварюванні у вуглекислому газі (таблиця 2, рис. 6).

Орієнтовні параметри режиму зварювання в аргоні високолегованих сталей наведені в таблицях 83 [2, с. 306-307], 26 [3, с. 115], 6 [6, с. 391].

7 ПРИКЛАДИ РОЗРАХУНКУ І ВИБОРУ ПАРАМЕТРІВ РЕЖИМУ ЗВАРЮВАННЯ В ВУГЛЕКИСЛОМУ ГАЗІ

Приклад 1. Розрахувати і вибрати параметри режиму напівавтоматичного зварювання в вуглекислому газі стикового з¢єднання з маловуглецевої низьколегованої сталі товщиною 8 мм:

1) Згідно з ГОСТ 14771-76 для товщини металу 8 мм вибираємо двобічне зварювання без розроблення кромок з наступними конструктивними елементами /рис.2/:

- зазор між зварюваними виробами (е) - 1,5…1мм;

- ширина шва (в) -10 мм;

- величина підсилення шва (а)- 2…1,5 мм.

По кількості наплавленого металу даний вид зварного з¢єднання є найбільш економічним;

2) визначаємо глибину проплавлення за формулою 2:

h₁=h₂=0,6 S=0,6 8=4,8 мм.

При цьому виконується необхідна умова отримання повного провару товщини металу:

h₁+h₂=S+m;

перекриття швів становить m=1,6 мм;

3) визначаємо діаметр зварювального дроту з табл.1, а марку дроту з таблиці11.

Для низьколегованих сталей товщиною 8 мм вибираємо електродний дріт діаметром 1,6мм марки Св-0,8Г2С за ГОСТ 2246-70;

4) розраховуємо величину зварювального струму за формулою 5,взяв значення К_а з таблиці 2:

І_зв=

5) уточнюємо діаметр електродного дроту за формулою 6,з врахуванням даних таблиці 3:

d_e=1,13

діаметр електродного дроту приймаємо 1,6 мм;

6) визначаємо виліт електроду за таблицею 5. Виліт електроду вибираємо рівним 15 мм;

7) розраховуємо напругу дуги за формулою 7:

U_д=20+

Розрахована напруга дуги також відповідає даним таблиці 4 і рис.3.

8) розраховуємо швидкість подачі дроту за формулою 8, або визначаємо з графіку рис.5 і приймаємо - V_п.д=300м/год;

9) визначаємо швидкість зварювання за формулою 10 /параметри шва відомі/ попередньо вирахувавши площу поперечного перерізу наплавленого металу з одного боку за формулою 11:

F_н=F_в+F₃=m_в·b·a+h₁·e;

F_н=0,73·10·2+4,8·2=24,2 мм²;

V_зв=

Так, як зварювання напівавтоматичне, то зварник повинен орієнтуватися на цю швидкість;

10) визначаємо витрати вуглекислого газу з таблиці 7. Орієнтовні витрати вуглекислого газу за ГОСТ 8050-76 повинні складати 15 л/хв.

Відстань від сопла пальника до виробу вибираємо рівним 10-12 мм (табл.7).

Зварювання з зворотнього боку виконуємо на аналогічних параметрах режиму.

Параметри шва в даному прикладі не розраховуються так як вони задані ГОСТом.

Приклад 2. Розрахувати і вибрати параметри режиму автоматичного зварювання в вуглекислому газі стикового з¢єднання з малоковуглецевої сталі товщиною 14 мм:

1) за ГОСТ 14771-76 для товщини 14 мм вибираємо однобічний шов з V-подібним розробленням кромок з наступними конструктивними елементами підготовлення кромок і зварного шва /рис.7/:

- a-кут розроблення кромок - 40°;

- д-висота розроблення - 12±1 мм;

- е-зазор між виробами - 2±1 мм;

- с-величина притуплення кромок - 2±1 мм;

- в-ширина шва - 13±3 мм;

- а-величина підсилення шва - 1±1 мм;

2) визначаємо глибину проплавлення за формулою 1, приймаючи, що зварювання однобічне однопрохідне на флюсовій подушці

h = 0,7 · S = 0,7 · 14 = 9,8 мм.

3) визначаємо діаметр зварювального дроту з табл.1, а марку з табл.11.Для маловуглецевих сталей товщиною 14 мм, вибираємо дріт діаметром 1,6мм марки Св-08Г2С /ГОСТ2246-70/;

4) розраховуємо величину зварювального струму за формулою (5), взявши значення К_а з таблиці 2:

І_зв=

5) уточнюємо діаметр дроту за формулою з врахуванням даних табл.3, або табл.4:

d_e=1,13 .

Тому що, розраховане значення діаметра електродного дроту незначно перевищує вибране значення, а крім цього, зварювання виконується з розробленням кромок, то діаметр залишається попередній.

З даних таблиці 4 також можна вибрати діаметр електродного дроту 1,6 мм;

6) визначаємо величину вильоту електродного дроту з табл.5. з врахуванням величини розроблення кромок – 12 мм, виліт електроду приймаємо 20 мм;

7) розраховуємо напругу на дузі за формулою (7):

U_д=20+

Розраховане значення напруги дуги також відповідає даним таблиці 4 і рис.3.

8) розраховуємо швидкість подачі електродного дроту за формулою (8), або визначаємо з графіка рис.5.

В зв¢язку з відсутністю значення коефіцієнта розплавлення на графіку рис.4, орієнтовно визначаємо швидкість подачі (V _пд) з графіку рис.5. і приймаємо V _пд =700 м/год;

9) визначаємо швидкість зварювання за формулою (9). Значення “А”, вибираємо з таблиці 6:

V_зв=

Так, як конструктивні елементи розроблення кромок і зварного шва відомі з ГОСТу 14771-76, то швидкість зварювання можна визначити за формулою, попередньо вирахувавши площу поперечного перерізу наплавленого металу за формулою 11 /рис.7/.

F_н=F_p+F₃+F_b=2·1/2 д·д·tg(a/2)+S·e+m_в·b·a;

F_н=2·1/2·12²·0,364+14·2+0,76·14·2=100,8 мм²;

V _зв =

Дана швидкість зварювання не враховує витрати електродного металу на розбрискування. З врахуванням розбрискування металу, яке для зварювального струму 560 А складає 6-8 % /таблиця 8/, тоді розрахунок швидкості зварювання проводимо за формулою (17):

V_зв=

Коефіцієнт наплавлення визначаємо за формулою (17):

a_н = a_р (1-y);

Значення a_р, орієнтовно вибираємо з графіка, рис.4 a_р=25Г/А·год.

a_н = 25 (1-0,08) = 23,0 Г/А·год;

V_зв=

Із-за деяких неточностей при визначенні швидкості подачі дроту і коефіцієнта наплавлення отримуємо за формулами 10 і 16 різні значення швидкості зварювання. З метою отримання даного перерізу наплавленого металу зварювання проводимо з швидкістю, визначеною за формулою (10)-14 м/год;

10) визначаємо витрати вуглекислого газу з таблиці 7. Орієнтовні витрати вуглекислого газу і сорту за ГОСТ8050-76 повинен складати 18-20 л/хв. Відстань від сопла пальника до до виробу /з врахуванням розроблення кромок /вибираємо рівним 8 мм /табл.7/;

11) виконуємо перевірочний розрахунок глибини проплавлення за отриманими параметрами режиму, використовуючи формулу 21.

h=K·

попередньо визначаємо коефіцієнт форми провару за формулою (19):

y_пр=К·(19-0,01·І_зв)

h=0,0165·

Так, як величина проплавлення (h) перевищує товщину зварюваного металу S, то параметри режиму залишаємо без зміни.

Геометричні параметри шва в даному випадку не розраховуються тому,що вони задані ГОСТом.

Приклад 3. Розрахувати і вибрати параметри режиму автоматичного зварювання в вуглекислому газі таврового з¢єднання з маловуглецевої сталі товщиною 10 мм і катетом шва 5 мм.

1) за ГОСТ 14771-76 - для даного типу з¢єднання товщиною 10 мм і катетом шва 5мм вибираємо однобічне зварювання без розроблення кромок з зазором між виробами е = 0…1,5 мм;

2) визначаємо площу наплавленого металу за формулою (35):

F_н=

3) визначаємо висоту наплавленого металу за формулою (36):

а= ;

4) визначаємо ширину шва за формулою (38):

в=

5) визначаємо загальну висоту шва за формулою (39), попередньо вибравши значення y_ш з рекомендованої межі 0,8-2,0 мм:

y_ш = в/Н, тоді Н = в/y_ш = 7,3/1,0 = 7,3 мм.

Менше значення y_ш відповідає великим струмам,відповідно великій продуктивності зварювання.

6) визначаємо глибину проплавлення за формулою (22):

h₀ = H - a = 7,3 - 3,5 = 3,8 мм;

7) вибираємо діаметр електродного дроту з табл.1, а марку дроту з табл.2. Для маловуглецевої сталі товщиною 10 мм, вибираємо дріт діаметром 1,6 мм і марку Св-08Г2С /ГОСТ2246-70/;

8) визначаємо зварювальний струм за формулою (5), взявши значення К_а з таблиці 2:

І_зв=

Густина струму не виходить за межі вказаного діапазону згідно табл. 8:

j=

9) визначаємо швидкість подачі електродного дроту з графіка рис.4. Орієнтовно приймаємо для струму 220 А з графіка рис.5 швидкість подачі електродного дроту (V _пе) - 220м/год;

10) розраховуємо напругу дуги за формулою (7):

U_д=20+

11) визначаємо швидкість зварювання за формулою (10):

V_зв= см/с;

12) провіряємо чи забезпечують розраховані параметри режиму отримання потрібної площі наплавленого металу за формулою (16):

F_н= ;

Коефіцієнт наплавлення визначаємо за формулою (17):

a_н=a_р(1-Y);

Значення коефіцієнта розплавлення (a_р) вибираємо з графіка рис.3 і він становить a_р=14, Г/А·год.

.

Коефіцієнт втрат електродного металу на розбризкування визначаємо за формулою 18:

y=-4,72+17,7·10^-2·j-4,48·10^-4 ·j²=-4,72+17,6·10^-2·109-4.48·10^-4·109²=9,2 %;

тоді a_н=14 (1-0,091)=12,7 Г/А·год.

F _н =

Через витрати електродного металу на розбризкування розраховані параметри режиму не забезпечують отримання необхідної площі наплавленого металу, а тому проводимо коректування параметрів режиму зварювання за рахунок зменшення швидкості зварювання:

V_зв=

В ряді випадків можна зразу визначити швидкість зварювання за формулою 16;

13) визначаємо виліт електродного дроту з сопла пальника за табл. 5. Виліт електроду орієнтовно приймаємо рівним 15…18 мм;

14) визначаємо витрати вуглекислого газу з табл.7. Орієнтовні витрати вуглекислого газу і його сорту за ГОСТ 8050-76 становлять 15 л/хв. Відстань від сопла пальника до поверхні виробу вибираємо рівній 12-14 мм /таблиця 7/.