Практическая работа №22

Тема: Расчет параметров режима РДС. Подбор сварочных материалов и ис­точника питания

Время выполнения заданий – 4 урок

 

Расчет режимов ручной дуговой сварки

Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающую получение сварных швов заданных размеров, формы и качества.

При ручной дуговой сварке основными параметрами режима являются

1. Диаметр электрода, d_эл, мм.

2. Сила сварочного тока, I_св, А.

3. Напряжение на дуге, U_д, В.

4. Скорость сварки, V_св, м/ч.

Дополнительными параметрами режима являются:

5. Род тока.

6. Полярность тока (при постоянном токе).

2.1. Расчет режима сварки швов стыковых соединений

Швы стыковых соединений могут выполнятся с разделкой и без разделки кромок по ГОСТ 5264-80.

Диаметр электрода при сварке швов стыковых соединений выбирают в зависимости от толщины свариваемых деталей.

При выборе диаметра электрода при сварке стыковых швов в нижнем положении следует руководствоваться данными таблицы 1.

Таблица 1 - Рекомендуемые диаметры электродов при сварке стыковых швов в нижнем положении, мм

Толщина свариваемых деталей	Рекомендуемый диаметр электрода
1,5 2,0 3,0 4 - 5 6 - 8 9 - 12 13 - 15 16 - 20 21 - 24	1,6 2,0 3,0 3 - 4 4,0 4 - 5 5,0 5 - 6 6 – 10

При сварке многослойных швов на металле толщиной 10 – 12 мм и более первый слой должен свариваться электродами на 1 мм меньше, чем указано в таблице 1, но не более 5 мм (чаще всего 4 мм), так как применение электродов больших диаметров не позволяет проникнуть в глубину разделки для провара корня шва.

При определении числа проходов следует учитывать, что сечение первого прохода не должно превышать 30-35 мм² и может быть определено по формуле:

F₁ = (6 – 8) · d_эл, мм², (1)

а последующих проходов – по формуле:

F_с = (8 – 12) · d_эл, мм², (2)

где F₁ – площадь поперечного сечения первого прохода, мм²;

F_с – площадь поперечного сечения последующих проходов, мм²;

d_эл – диаметр электрода, мм.

Для определения числа проходов и массы наплавленного металла требуется знать площадь сечения швов.

Площадь сечения швов представляет собой сумму площадей элементарных геометрических фигур, их составляющих. Тогда площадь сечения одностороннего стыкового шва выполненного без зазора можно определить по формуле:

F₁ = 0,75 е · g, мм², (3)

а при наличии зазора в соединении – по формуле:

(F₁ + F₂) = 0,75 е · g + S · в, мм², (4)

где е – ширина шва, мм; g – высота усиления шва, мм; S – толщина свариваемого металла, мм; в – величина зазора в стыке, мм.

Площадь сечения стыкового шва с V–образной разделкой и с подваркой корня шва (см. рис. 1) определяется как сумма геометрических фигур:

F = F₁ + F₂ + F₃ + 2F₄, (5)

Рисунок.1. Геометрические элементы площади сечения стыкового шва:

где S – толщина металла, мм; h – глубина проплавления, мм; c – величина притупления, мм; e – ширина шва, мм; e₁ – ширина подварки корня шва, мм; в – величина зазора, мм; g – высота усиления шва, мм; g₁ – высота усиления подварки корня шва, мм; α – угол разделки кромок.

Глубина проплавления опр еделяется по формуле:

h = (S - c), мм. (6)

Площадь сечения геометрических фигур (F₁ + F₂) определяют по формуле 4, F₃ – по формуле 3, а площадь прямоугольных треугольников F₄ определяют по формуле:

F₄ = h · x/2, мм², (7)

где x = h · tg α/2;

тогда:

F₄ = (h² ·tg α/2) /2, мм², (8)

Но рассматриваемая нами площадь V–образного шва состоит из двух прямоугольных треугольников, поэтому:

2F₄ = h² · tg α/2, мм². (9)

Подставляя значения элементарных площадей в формулу (5), получим:

F_н = 0,75 · е · g +в · S + 0,75 e₁ · g₁ + h² · tg α/2, мм². (10)

При X–образной разделке площадь наплавленного металла подсчитывают отдельно для каждой стороны разделки.

Зная общую площадь поперечного сечения наплавленного металла (F_н), а также площадь поперечного сечения первого (F₁) и каждого из последующих проходов шва (F_с), находят общее число проходов «n» по формуле:

n = (F_n-F₁/F_с) + 1. (11)

Полученное число округляют до ближайшего целого.

Расчет сварочного тока при ручной дуговой сварке производится по диаметру электрода и допускаемой плотности тока по формуле:

I_св = F_эл · j = (π · d_эл² / 4) · j, А, (12)

где π – 3,14;

j – допустимая плотность тока, А/мм²;

F_эл– площадь поперечного сечения электрода, мм²;

d_эл – диаметр электрода, мм.

Сварочный ток определяется для сварки первого прохода и последующих проходов только при сварке многопроходных швов.

Допустимая плотность тока зависит от диаметра электрода и вида покрытия: чем больше диаметр электрода, тем меньше допустимая плотность тока, так как ухудшаются условия охлаждения (см. табл. 2).

Таблица 2 - Допустимая плотность тока в электроде при ручной дуговой сварке

Вид покрытия	Диаметр стержня электрода, мм
	2	3	4	5	6 и более
Основное	15,0-20,0	13,0-18,5	10,0-14,5	9,0-12,5	8,5-12,0
Кислое, рутиловое	14,0-20,0	13,5-19,0	11,5-15,0	10,0-13,5	9,5-12,5

Напряжение на дуге при ручной дуговой сварке изменяется в пределах 20-36 В и при проектировании технологических процессов ручной дуговой сварки не регламентируется.

Поэтому напряжение на дуге следует принять какое – то конкретное.

Скорость перемещения дуги (скорость сварки) следует определять по формуле:

V_св = L_н · I_св / γ · F_н · 100, м/ч, (13)

где L_н – коэффициент наплавки, г/А час; (см. табл. 3)

γ – плотность наплавленного металла за данный проход, г/см³ (7,8 г/см³ – для стали);

I_св – сила сварочного тока, А;

F_н – площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм².

Скорость перемещения дуги (скорость сварки) определяют для первого прохода и последующих проходов только при сварке многопроходных швов. Результаты расчета режима сварки стыкового шва следует занести в табл. 3.

Таблица 3 - Режимы сварки стыкового шва и его размеры

Сварка	Режимы сварки
	dэл, мм	Iсв, А	Uд, В	Vсв, м/ч
Первого прохода
Последующих проходов

Расчет режима сварки угловых швов

При сварке угловых швов диаметр электрода выбирается в зависимости от катета шва.

Примерное соотношение между диаметром электрода и катетом шва при сварке угловых швов приведено в табл. 4.

Таблица 4 - Рекомендации по выбору диаметра электрода при сварке угловых швов

Катет шва, К, мм	2	3	4	5	6-8	9-12	12-20
Рекомендуемый диаметр электрода, dэл, мм	1,6-2	2,5-3	3-4	4,0	4-5	5,0	5,0

При ручной дуговой сварке за один проход могут свариваться швы катетом не более 8 мм.

При больших катетах швов сварка производится за два и более проходов Максимальное сечение металла, наплавленного за один проход, не должно превышать 30 – 40 мм² (Fmax = 30÷40 мм²).

Площадь поперечного сечения углового шва, которую необходимо знать при определении числа проходов, рассчитывают по формуле:

F_н = K_у ·К² / 2 мм², (14)

где F_н – площадь поперечного сечения наплавленного металла, мм²;

К – катет шва, мм;

К_у – коэффициент увеличения, который учитывает выпуклость шва и зазоры.

Для наиболее часто встречающихся угловых швов с катетом 2 – 20 мм, коэффициент К_увыбирают по табл. 5.

Таблица 5 - Рекомендации по выбору коэффициента увеличения, учитывающий выпуклость шва и зазоры

Катет шва, К, мм	2	3-4	4-5	6-8	9-12	12-20
Коэффициент увеличения (Ку)	1,8	1,5	1,35	1,25	1,15	1,10

Определив примерную площадь сечения углового шва и зная максимально возможную площадь сечения, получаемую за один проход, находят число проходов «n» по формуле:

n = F_n / (30-40). (15)

Полученное дробное число округляют до ближайшего целого.

Силу сварочного тока определяют по формуле:

I_св = (π · d²_эл /4) · j, (16)

где π – 3,14;

d_эл – диаметр электрода, мм;

j – допустимая плотность тока, А/мм².

Плотность тока выбирается в пределах, рекомендуемых табл. 2.

Напряжение на дуге при ручной дуговой сварке изменяется в пределах 20 – 38 В. Следует принять какое - то конкретное.

Скорость сварки определяют по формуле:

V_св = L_н · I_св / γ · F_н ·100, м/ч, (17)

где L_н – коэффициент наплавки, г/А час;

γ – плотность наплавленного металла, г/см³ (7,8 г/см³ – для стали);

F_н – площадь поперечного сечения наплавленного металла углового шва, см²;

I_св – сила сварочного тока, А.

Значения коэффициентов наплавки для различных марок электродов приведены в табл. 6.

Таблица 6 - Коэффициенты наплавки для различных марок электродов

Марка электрода	Ток и полярность	Напряжение на дуге, В	Коэффициент наплавки, г/А·ч
УОНИИ 13/45	Постоянный прямой полярности	20 – 25	8,0
УОНИИ 13/55		22 – 26	7,0 – 8,0
ЦМ - 7		27 – 30	10,0
АНО – 4С	Переменный	32 - 34	8,0 – 8,3

Результаты расчетов режима сварки угловых швов следует занести в табл. 7.

Таблица 7 - Режимы сварки угловых швов

Сварка	Режимы сварки
	dэл, мм	Iсв, А	Uд, В	Vсв, м/ч
Первого прохода
Последующих проходов

Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки приведены в приложении А.

Режимы ручной дуговой сварки стыковых швов без скоса кромок при односторонней и двусторонней сварке

Толщина металла, мм	Диаметр электрода, мм	Зазор, мм	Сила сварочного тока при положении шва, А
			в нижнем	верти-кальном	горизон-тальном
Односторонний тип шва
1,0 1,5 2,0 3-4	2,0 2,0 2,5 4,0	0-1 0-1 0-1 1-2	25-35 30-50 45-70 160-200	- - - 140-180	- - - 130-170
Двусторонний тип шва
5-6 7-8 9-10	4,0 5,0 6,0	1-2 1-2 1-2	200-240 240-300 280-340	180-220 230-250 250-270	160-200 170-210 190-220

Режимы ручной дуговой сварки V-образных стыковых швов

Толщина металла, мм	Диаметр электрода, мм		Зазор, мм	Число слоев	Сила сварочного тока при положении шва, А
	первый слой	после-дующие слои			в нижнем	верти-кальном	горизон-тальном
10 12 14 16-18	4,0 4,0 4,0 4,0-5,0	5,0 5,0 5,0-6,0 5,0-6,0-7,0	1,5-3,0 2,0-3,0 2,0-3,5 2,5-4,0	2-3 3-4 5-6 4-6	180-260 180-260 280-330 330-420	160-230 160-230 160-300 100-350	150-210 150-210 150-280 150-360

Ориентировочные режимы ручной дуговой сварки стыковых швов стали марки 30ХГС

Толщина металла, мм	Число слоев или проходов	Диаметр электрода, мм	Сила сварочного тока, А
0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 6,0-8,0 9,0-10,0 20,0	1 1 1 1 1 1-2 3 5х-6	1,5-2,0 2,0-2,5 2,5-3,0 3,0-4,0 3,0-4,0 4,0-5,0 4,0-5,0 4,0-5,0-6,0	10-20 20-50 40-100 80-120 90-120 120-160 140-180 140-220

Режимы ручной дуговой сварки стыковых и угловых соединений электродами ОММ-5

Толщина листа, мм	Величина зазора, мм	Диаметр электрода, мм	Сила сварочного тока, А	Скорость сварки, м/ч
Стыковое соединение без разделки кромок
4-5 6,0 8,0 10-12	1,0 1,5 2,0 2,5	5,0 6,0 6,0 6,0	200 250 350 425	24 24 24 24
Угловое соединение
4-6 6-8 10-12	- - -	5,0 6,0 6,0	250-300 300-350 350-800	- - -