Практическая работа № 25

Тема: Способы сварки, выбор сварочных материалов, особенности расчета режимов сварки.

Время выполнения заданий – 2 урок

Выбор сварочных материалов

Выбор сварочных материалов осуществляется с учётом химических и механических свойств свариваемого металла. Кроме того нужно учитывать технологические особенности свариваемой конструкции и способ сварки.

В зависимости от способов сварки выбираются следующие сварочные материалы:

ü Электроды

ü Сварочная проволока

ü Флюсы

ü Защитные газы

Все электроды, применяемые для ручной сварки, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

o Обеспечивать получение наплавленного металла требуемого химического состава и механических свойств

o Обеспечивать получение швов, стойких против горячих трещин, не склонных к холодным трещинам и без пор.

o Обеспечивать хорошие технологические свойства сварного узла

o Обеспечивать высокую производительность сварки

o Удовлетворять требованиям охраны труда

o Сварка с их применением должна быть экономически выгодной

Электроды следует выбирать с указанием ГОСТов, типа и марки, а также состав основных материалов шихты электродных покрытий.

Электродная проволока при автоматической и полуавтоматической сварке под флюсом и в среде защитных газов является одним из основных элементов, определяющих качество сварного соединения. Её выбирают в соответствии с химическим составом свариваемого материала, флюса и видом защитного газа. Механические свойства наплавленного металла должны быть не менее нижнего предела механических свойств свариваемого металла. Поэтому сварочная проволока должна содержать минимальное количество серы и углерода, а для обеспечения требуемых механических свойств проволока может иметь дополнительные легирующие элементы. Также следует учитывать марку применяемого флюса.

Стальная сварочная проволока классифицируется по группам и маркам стали. ГОСТ предусматривает три группы проволок: низкоуглеродистую – 6 марок, легированную – 30 марок и высоколегированную – 39 марок.

Флюс является одним из важнейших элементов для успешного проведения сварки, он во многом определяет качество металла шва. Основные требования, предъявляемые к флюсам:

o Обеспечение устойчивости процесса сварки

o Обеспечение отсутствия трещин и пор в металле шва

o Обеспечение требуемых механических свойств металла шва

o Обеспечение хорошего формирования шва и лёгкой отделяемости шлака

o Минимальное выделение вредных газов при сварке

o Сварка с их применением должна быть экономически выгодной

Выбранный флюс должен соответствовать требованиям ГОСТа и ТУ на данную марку.

Должен быть указан состав флюса.

Флюсы классифицируют по назначению, химическому составу, химическим свойствам, степени легирования металла шва, способу изготовления строения частиц, зависимости вязкости шлака от температуры.

Сварка в среде защитных газов имеет ряд преимуществ перед другими видами сварки:

o Отсутствие флюсов и покрытий, а следовательно, последующей необходимости очистки от шлаков

o Высокая производительность процесса

o Экономичность процесса при использовании углекислого газа

o Возможность сварки разнообразных металлов и сплавов разной толщины

o Возможность наблюдения за открытой дугой, что облегчает управление процессом сварки

o Возможность механизации и автоматизации процесса

Применяемый газ для сварки изделия должен соответствовать ГОСТу или ТУ. Следует описать физические и химические свойства газа.

Для сварки в качестве защиты применяются инертные газы, углекислый газ, азот и другие. Выбор газов осуществляется с учётом свойств свариваемого материала и требований к сварным конструкциям.

Электроды, флюсы, сварочная проволока должны храниться в специальных сухих отапливаемых помещениях при температуре не ниже 18°С и относительной влажности не более 50%.

Сварочные электроды и флюсы перед их выдачей в производство со склада должны подвергаться прокалке по режимам, приведённым в паспортах или ТУ.

Сварочная проволока должна храниться в условиях, исключающих её загрязнение и окисление. Защитные газы хранятся и транспортируются преимущественно в баллонах ёмкостью 40 – 50 литров при давлении 15 МПа, жидкая углекислота под давлением 6МПа.

. Выбор способов сборки

Для изготовления сварных конструкций высокого качества требуется правильная сборка деталей свариваемого изделия, т.е. их правильная взаимная установка и закрепление.

Процесс сборки свариваемого изделия состоит из ряда последовательных операций. Сначала детали подаются на рабочее место, затем собирается изделие или сварной узел.

Для этого необходимо установить детали в сборочном устройстве в определённом положении. В этом положении детали должны быть закреплены, после чего их сваривают.

Подача деталей к месту сборки и установка их в требуемом положении осуществляется универсальным или специальным подъёмно-транспортным оборудованием. Положение деталей во время сборки определяется установочными элементами приспособления или другими смежными деталями.

  Таким образом, основным назначением сборочного оборудования в сварочном производстве является фиксация и закрепление свариваемых деталей. Сборочное оборудование делится на сборочное и сборочно-сварочное.

На сборочном оборудовании сборка заканчивается прихваткой. На сборочно-сварочном оборудовании, кроме сборки, производится полная или частичная сварка изделия, а иногда и выдержка после сварки с целью уменьшения сварочных деформаций. При этом сваривать можно как после предварительной прихватки, так и без неё.

Назначение и конструкция оборудования определяется технологическим процессом, зависящим прежде всего от изделия – его формы, размеров, требуемой точности, типа производства, его программы, наличия производственных площадей, загрузки рабочих мест, вида сварки и других факторов.

Сборочно-сварочное оборудование применяется тогда, когда нецелесообразно вести сборку и сварку на разных местах. При этом качество изделия выше, если сварка следует непосредственно после сборки и изделие не подвергается перестановке и промежуточной транспортировке. Некоторые изделия не допускают прихваток. Во многих случаях перестановка со сборочного на сварочное приспособление удлиняет цикл изготовления изделия и увеличивает трудоёмкость. Поэтому в каждом отдельном случае требуется тщательный анализ всех технологических и технико-экономических факторов, определяющих выбор способа сборки конструкции.

При выборе способов сварки следует учитывать что, механизация и автоматизация сварочных работ является важнейшим фактором повышения производительности труда, качества сварного изделия и улучшения условий труда.

. Расчёт режимов сварки

Режимом сварки называется совокупность характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных соединений заданных размеров, формы и качества.

При ручной сварке такими характеристиками являются: диаметр электрода, сила сварочного тока, скорость перемещения электрода вдоль шва, род тока и его полярность.

Примерное соотношение между диаметром электрода и толщиной свариваемого металла может быть сведена в следующую таблицу:

                                                                                              Таблица 2

Толщина свариваемого изделия, мм	1-2	3	4-5	6-12	13 и более
Диаметр электрода, мм	1,5-2	3	3-4	4-5	5

 

 

При сварке многопроходных швов желательно сварку всех проходов выполнять на одних и тех же режимах, кроме первого прохода. При ручной сварке многопроходных швов первый проход выполняется электродами диаметром 3-4 мм. Для определения числа проходов и массы наплавленного металла требуется знать площадь сечения швов. Площадь сечения швов находят как сумму площадей элементарных геометрических фигур их составляющих.

Зная площадь сечения сварного шва, площадь сечения первого и последующих проходов, можно найти общее число проходов:

                                 

                                   n =

       где Fш - площадь сечения сварного шва

             F - площадь сечения первого прохода

             Fпр – площадь сечения последующих проходов

 

для приближённых расчётов сварочный ток может быть определён по эмпирической формуле:

                                          Icв = k·d

 

       где d – диаметр стержня электрода, мм

               k – коэффициент, принимаемый в зависимости от диаметра электрода

                                                                        таблица 3

Диаметр электрода d,мм	1-2	3-4	5-6
Коэффициент k, А/мм	25-30	30-45	45-60

 

Напряжение при ручной дуговой сварке изменяется в пределах 20 – 36 В и при проектировании технологических процессов не регламентируется.

Скорость перемещения дуги (м/ч) определяется по следующей формуле:

                                    Vп.д. =

            где  - коэффициент наплавки г/А·ч

                   - плотность наплавленного металла г/см³

                     F - площадь поперечного сечения наплавленного металла за данный проход, см²

   Основными параметрами режима автоматической сварки под флюсом являются: сварочный ток, напряжение на дуге, скорость перемещения дуги, диаметр и скорость подачи сварочной проволоки.

Величина сварочного тока рассчитывается по формуле:

 

                                                        I =

               где h – глубина проплавления

                        k – коэффициент пропорциональности, зависящий от рода тока и его полярности, от диаметра электрода, от состава флюса, мм/100А

                                                                                                                     таблица 4

 

Марка флюса	Род тока	Диаметр электрода, мм	k мм/100A стык без разделки	k мм/100A тавр стык с разделкой
АН-348А	переменный	5        2	1,1        1,0	1,5     2,0
АН-348А	постоянный обратной пол.	5	1,1	1,75
АН-348А	постоянный прямой пол.	5	1,0	1,25
ОСЦ-45	переменный	5	1,15	1,55

 

 

Напряжение на дуге принимается для стыковых соединений в пределах 32…40 В, для угловых 28…36 В. Большему току и диаметру соответствует большее напряжение на дуге.

Зная сварочный ток и напряжение на дуге, можно определить коэффициент формы провара по графикам его зависимости от сварочного тока и напряжения на дуге.

По глубине провара и коэффициенту формы провара можно определить ширину шва по формуле:

                                         е =

  выбрав оптимальное значение формы выпуклости, можно найти высоту выпуклости по формуле:

                                         q =

Площадь поперечного сечения наплавленного металла определяется в зависимости от формы сечения наплавленного металла по соответствующим геометрическим формулам.

Скорость перемещения дуги (м/ч) определяется по формуле:

                                                      Vпд =

При сварке постоянным током обратной полярности коэффициент наплавки ()                                        = 11,6 0,4

При сварке на постоянном токе прямой полярности и переменном токе

            = А + В

где dэл – диаметр электродной проволоки, мм; А и В – коэффициенты, значения которых зависят от марки флюса. Значения коэффициентов для марки флюса АН-348А приведены в таблице.

                                                                       таблица 5

коэффициент	А	В
прямая полярность	2,3	0,065
переменный ток	7,0	0,04

 

                                             

Скорость подачи сварочной проволоки определяется по формуле:

                                                

где γ – удельная плотность металла

   Сварка в среде СО2 характеризуется высокой производительностью и низкой стоимостью. Питание дуги обычно производится постоянным током обратной полярности. При сварке на обратной полярности допускаются большие пределы значения тока, позволяющие получить устойчивый процесс сварки и высокое качество шва.

Режимы сварки в углекислом газе сведены в таблицу:

                                                                                                            таблица 6

диаметр электрода в  мм	Толщина металла в мм	Сварочный ток в А	Вылет электрода в мм	Напряжение дуги в В	Скорость сварки в м/ч	Расход газа в л/ч
0,5 0,8	0,8; 1; 1,5 1,0; 1,5; 2,0	35; 45; 60 40; 80; 120	8 9	17…19 18…20	30…40 35…45	6 6
1,0 1,2	1,0; 1,5; 2,0   2,0	70; 90; 120 120	10 12	19…21 21	35…45 40…45	6 7
2	8…12	280…400		28…32	16…22	18…20

Основными параметрами режима электрошлаковой сварки проволочными электродами являются следующие параметры:

o Диаметр электродной проволоки – dэл (обычно принимается 3 мм)

o Скорость подачи электрода - Vп.э.

o Сварочный ток – Iсв

o  Напряжение на шлаковой ванне- Uшл

o  Скорость сварки – Vсв

o Толщина свариваемого металла – s

o Сухой вылет электрода – lс

o Скорость поперечных перемещений электрода - Vп.п.

o Время выдержки у ползуна при сварке с поперечными колебаниями – tв

o Недоход последующего электрода до предыдущего при сварке несколькими электродами с поперечными колебаниями – tн

o Количество сварочных проволок-электродов – n

o Зазор – b

o Глубина шлаковой ванны – hшл

o Недоход электрода до ползуна

o Марка флюса

Все эти параметры существенно влияют на качество и формирование сварного шва и должны правильно выбираться. При их выборе необходимо выполнять два условия:

1. выбранный режим должен гарантировать сплошность сварного соединения, т.е. отсутствие внутренних и внешних несплавлений и ширину провара кромок в пределах 6…10 мм на сторону.

2. при сварке на выбранном режиме с применением соответствующих сварочных материалов в шве не должны возникать горячие трещины.

При ЭШС форму и состав шва в основном определяет ширина шва. С изменением ширины шва меняются условия кристаллизации сварочной ванны, доля участия основного металла в шве, химический состав шва и его свойства.

Сварочный ток выбирается в зависимости от отношения толщины свариваемого металла к числу электродов:

                                           Iсв = А + В

               

где А и В – коэффициенты (А= 220…280, В=3,2…4,0)

сварочный ток при ЭШС зависит от скорости подачи электродной проволоки, поэтому скорость подачи электродной проволоки можно определить по формуле:

                                           Vп.э. =

  Напряжение шлаковой ванны определяется по формуле:

                       Uшл = 12 +

Глубина шлаковой ванны, от которой зависит устойчивость процесса и ширина провара, определяется по формуле:

                          hшл = Iсв (0,0000375Iсв – 0,0025) + 30 (мм)

Скорость сварки (м/ч) может быть определена по формуле:

                             Vсв =  

где kу – коэффициент, учитывающий выпуклость шва и принимается 1,05…1,1

Скорость поперечных перемещений (м/ч) может быть определена по формуле:

                             Vп.п. = 66 – 0,22

Время выдержки у ползуна определяется по формуле:

 

                              tв = 0,0375  + 0,75

Расстояние между электродами при поперечных перемещениях определяется по формуле:

                           m =

 

без поперечных перемещений                            m = s/n

Недоход электрода до ползунов принимается равным 5…7 мм.

Расчёт расхода сварочных материалов

Расчёт расхода сварочных материалов производится исходя из расчётов поперечного сечения швов и их длины. Площади поперечного сечения рассчитываются в зависимости от формы разделки кромок по геометрическим формулам. Затем определяется количество наплавленного металла и по нему определяется расход электродов при ручной сварке и расход сварочной проволоки при полуавтоматической и автоматической сварке. Расход флюса и защитных газов определяется по справочнику в зависимости от количества наплавленного металла.

Расход сварочных материалов (проволоки и электродов) рассчитывают по уравнению:

где М – расход электродов или проволоки, г;

F_н – площадь наплавленного металла шва, см²;

γ – плотность стали (равна 7,8 г/см³);

К_р – коэффициент расхода, учитывающий неизбежные потери металла на угар, разбрызгивание и относительный вес электродного покрытия.

Коэффициенты расхода для разных методов сварки приведены в табл.7.

 

Таблица 7