Определение расхода металлопроката и сварочных материалов

Расчет необходимого количества материалов для сварки ведется на основе существующих норм их потребления при применении того или иного вида сварки. Норма расхода сварочных материалов – это количество, необходимое для полного изготовления сварного изделия с учетом всех потерь и отходов. Данная норма включает в себя расход материалов на всех этапах технологического процесса, связанного со сваркой, а именно – во время проведения сборочных работ (установка и прихватка), ведения самих сварочных работ и возможностей последующей правки конструкции.

 

3.2.1. Расчет норм расхода покрытых электродов и сварочной проволоки при

     дуговой сварке

Норма расхода (Н_э) покрытых электродов и сварочной проволоки на изготовление сварной конструкции определяется исходя из длины сварных швов (L_шва) и удельной нормы расхода электродов (G_э) на 1 м шва данного типа размера.

Норма расхода Н_э (кг) определяется по формуле:

 

                                            Н_э = G_э •  L_ш,                                                                (1)

где Н_э – норма расхода покрытых электродов и сварочной проволоки

G_э – удельная норма расхода электродов на 1 м шва

    L_ш – длина сварных швов, м

Удельную норму расхода G_э (кг/м) в общем виде рассчитывают по формуле:

 

                                            G_э = k_p • m_н                                                                  (2),

где k_p - коэффициент расхода, учитывающий неизбежные потери покрытых электродов и сварочной проволоки;        

  m_н - расчетная масса наплавленного металла, кг/м.

Массу наплавленного металла m_н (кг/м) рассчитывают по формуле:

 

                                             m_н = ρ • F_н                                                                  (3),

где ρ - удельная плотность наплавленного металла, (ρ = 7,8г/см³ для углерод.сталей);

F_н - площадь поперечного сечения наплавленного металла шва.

Коэффициент расхода k_p, учитывающий неизбежные потери покрытых электродов, определен для электродов длиной 450 мм. При применении электродов другой длины необходимо в технологических расчетах использовать поправочный коэффициент k_п, который составляет 1,02 для длины электрода 400 мм, 1,04 для длины электрода 350 мм, 1,07 для длины электрода 300 мм, 1,12 для длины электрода 250 мм.

При ручной дуговой сварке коэффициент расхода k_p, учитывающий неизбежные потери покрытых электродов, определяется для каждой конкретной марки электрода по таблице 1.

 

Таблица 1 Коэффициенты расхода электродов для сварки сталей k_р

Группа      электродов	Коэффициент расхода kр	Марки электродов
I	1,4	ЛБ-52А «Гарант»; ОЗШ-1; ВСЦ-4А; ОЗЛ-25Б
II	1,5	УОНИ-13/45; АНО-11; ОЗС-18; ОЗС-6; ОЗС-17Н; ВСЦ-4; ОЗЛ-5; ОЗЛ-29; ОЗЛ-25; ОЗЛ-36; АНВ-20;
III	1,6	ОЗЛ-8; ОЗЛ-7; ОЗЛ-14А; ОЗЛ-3; ОЗЛ-21; УОНИ-13/55К; ЦУ-5;; ОЗС-25; СК2-50; УОНИ-13/55У; АНП-2; УОНИ-13/85; АНО-5; ОЗС-23; АНО-4; АНО-14; ОЗС-4; ОЗС-22Н; ОЗС-22Р; ЦЛ-39; ОЗЛ-6; ОЗЛ-2; АНЖР-2, ЛБ-52У; УОНИ-13/65
IV	1,7	ОЗЛ-37-1; ОЗС-24; АНО-6; АНО-18; ОЗС12; ОЗС-21; ОМА-2; ОЗЛ-9А; ГС-1; АНЖР-1; УОНИ-13/НЖ; ЦЛ11; ЦТ-15;ЦЛ-9; ОЗЛ-17У, УОНИ-13/55; МР-3;МР-3С; ОК-46.00; ОК-53.70;

 

При автоматической сварке под флюсом коэффициент расхода k_pучитывает потери электродного материала (проволоки, пластин, плавящихся мундштуков) на угар, концевые отходы при заправке в автоматы. При автоматической сварке под флюсом потери электродного материала минимальны, поэтому при расчетах коэффициент k_p принимается равным 1,02.

При дуговой сварке в защитных газах коэффициент расхода k_p, учитывающий неизбежные потери сварочной проволоки, определяется в зависимости от способа сварки и состава защитной среды по таблице 2.

 

Таблица 2 Коэффициенты расхода сварочной проволоки k_р

Способ сварки, состав защитной среды	Коэффициент расхода kр
Автоматическая   и полуавтоматическая сварка в среде CO2	1,15
Сварка толстолистовых сталей в углекислом газе	1,05
Автоматическая и полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в среде инертных газов; в смеси инертных и защитных газов (75% Ar + 25% CO2)	1,05
Автоматическая и полуавтоматическая сварка самозащитной порошковой проволокой	1,7
Автоматическая сварка в смеси (50% Ar + 50% CO2).	1,15
Сварка тонколистовых нержавеющих сталей в смеси (50% Ar + 50% CO2)	1,05
Ручная сварка неплавящимся электродом в среде инертных газов с присадкой	1,1

 

 

Удельная норма расхода покрытых электродов и сварочной проволоки при дуговой сварке должна быть увеличена при сварке вертикальных или горизонтальных швов на 5%, при сварке потолочных швов на 10%, при сварке прерывистыми швами на 15%.

 

3.2.2. Расчет норм расхода сварочных флюсов при дуговой сварке

Норма расхода (Н_ф) сварочного флюса на изготовление сварной конструкции определяется по расходу сварочной проволоки на изделие с учетом типа и конструктивных элементов сварного соединения.

 

Норма расхода Н_ф (кг) определяется по формуле:

 

                                            Н_ф = k_ф •  Н_э                                                               (4),

 где Н_э - норма расхода покрытых электродов и сварочной проволоки

  k_ф - коэффициент расхода флюса, учитывающий отношение массы израсходо-ванного флюса к массе сварочной проволоки и зависящий от типа сварочного соединения.

Флюс, подаваемый в зону сварки из бункера сварочного автомата, расплавляется теплотой дуги и превращается в шлаковую корку. При этом часть флюса (10 – 20 %) остается в исходном состоянии. Остатки нерасплавленного флюса собирают вручную или специальными устройствами – флюсоотсосами. При ручной уборке флюса потери достигают 20 %. При уборке флюса с помощью флюсоотсосов потери нерасплавленного флюса составляют от 5 до 10 %.

 Коэффициент расхода k_ф, учитывает неизбежные потери сварочного флюса, при автоматической дуговой сварке. Он определяется в зависимости от типа сварного соединения и конструктивных элементов свариваемых кромок по таблице 3.

 

 Таблица 3 Коэффициенты расхода сварочного флюса k_ф

Швы стыковых и угловых соединений		Швы тавровых соединений
без скоса кромок, с отбортовкой	со скосом кромок	без скоса и со скосом кромок
1,3	1,2	1,1

 

 3.2.3. Расчет норм расхода защитных газов при дуговой сварке

 Норма расхода (Н_г) защитного газа на изготовление сварной конструкции определяется исходя из длины сварных швов L_ш (м), с учетом типа и конструктивных элементов сварного соединения, а также дополнительного расход газа на подготовительно-заключительные операции.

 Норма расхода Н_г (л) определяется по формуле:

 

                                             Н_г = Q_г *  L_ш + Q_пз,                                                          (5)  

где Q_г - удельная норма расхода газа на 1 м шва, л;

L_ш - длина шва, м;

Q_пз - дополнительный расход газа на подготовительно-заключительные операции: настройку режимов сварки, продувку газовых коммуникаций перед началом сварки; защиту сварочной ванны от окисления после окончания сварки (заварку кратера).

Удельная норма расхода газа Q_г (л) определяется по формуле:

 

                                            Q_г = q_г •  t_o,                                                                  (6)

где q_г - оптимальный расход защитного газа по ротаметру, л/мин;     

 t_o - основное (машинное) время сварки 1 м шва, мин.

 Для расчета величина t_o может быть взята из нормативов времени на сварку в среде защитных газов.

Дополнительный расход газа Q_пз (л) на подготовительные и заключительные операции не зависит от скорости сварки и определяется по формуле:

 

                                            Q_пз = q_г • t_пз,                                                                  (9)

 где q_г - оптимальный расход защитного газа по ротаметру, л/мин;      

t_пз - время на подготовительно-заключительные операции, мин.

При сварке неплавящимся электродом t_пз ≈ 0,2 мин.

При сварке плавящимся электродом t_пз ≈ 0,05 мин.

Норма расхода защитного газа при сварке коротких швов (менее 50 мм) и при сварке мелкой арматуры диаметром менее 20 мм должна быть увеличена на 20%. Расход газа на прихватку составляет примерно 20% общего расхода газа на узел (сварную конструкцию). При сварке с применением газовой защиты обратной стороны шва дополнительный расход газа определяется умножением оптимального расхода газа q_г в формуле на коэффициент k_обр = 1,3 - 1,5.

 

Таблица 4 Содержание защитного газа в баллонах в состоянии поставки

Газ	Плотность, кг/м3	Состояние в баллоне	Содержание газа в баллоне объемом 40 л; м3
Аргон	1,783	сжатый	6
Углекислый газ	1,977	сжиженный	12,67
В баллон объемом 40 литров заправляется 25 кг жидкой углекислоты. При испарении 1 кг жидкой углекислоты образуется 506,8 литров углекислого газа

 

3.2.4. Расход электроэнергии

Расход электроэнергии важная технико-экономическая характеристика процесса сварки. Обыкновенно расход электроэнергии выражается в кВт/ч на 1 кг наплавленного металла и определяется по формуле:

 

А• G_н = [(U_д • I_св) / η•1000] • t₀ • W₀ • (T – t₀)

 

где, А – расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла в кВт/ч

  G_н – масса наплавленного металла за время Т, кг

  U_д – напряжение на дуге, В;

  I_св – сила сварочного тока, А;

 η – КПД источника питания, при переменном токе принимается 0,8-0,9;

W₀ – мощность источника питания, работающего на холостом ходе, кВт/ч

T – полное время сварки, ч;

  t₀ – время горения дуги, ч;

Значения мощности холостого хода источника питания (W₀) и КПД сварочного поста (η) приведены в таблице 6.

 

Таблица 6. Значения η и W₀ при сварке

Вид сварки	КПД сварочного поста	Мощность холостого хода источника питания, кВт/ч
Сварка на переменном токе	0,8 -0,85	0,2 – 0,3
Однопостовая сварка на постоянном токе	0,3 – 0,6	2,5 – 3
Многопостовая сварка на постоянном токе	0,24 – 0,43	-