Расчет основных параметров режима ручной электродуговой

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а №  3

 

Определение параметров режима ручной

Электродуговой сварки

Цель работы:

1. Изучить типы сварных соединений и швов.

2. Освоить расчет основных параметров режима ручной дуговой сварки стыкового соединения.

3. Научиться правильно выбирать необходимое оборудование и материалы.

 

Классификация сварных соединений и швов

Сварным соединением, как конструктивным элементом, называют участок конструкции, в котором отдельные ее элементы соединены с помощью сварки. В сварное соединение входят: сварной шов, прилегающие к нему зоны термического влияния и участки основного металла. Сварной шов представляет собой закристаллизовавшийся металл, который в процессе сварки находился в расплавленном состоянии.

При изготовлении сварных конструкций применяют различные типы сварных соединений. Наиболее распространенными из них являются: стыковые (а), внахлестку (б), тавровые (в), угловые (г) и торцовые (д)         (рис. 17).

На практике широкое применение получили стыковые соединения. Они являются наиболее прочными, экономически выгодными и имеют следующие преимущества перед остальными:

1. Неограниченная толщина свариваемых элементов.

2. Более равномерное распределение напряжений при передаче усилия от одного элемента к другому.

3. Минимальный расход металла на образование сварного соединения.

4. Надежность и удобство контроля качества соединения рентгеновскими лучами.

                      а                            б

д

г

в

Рис. 17. Типы сварных соединений

 

Чтобы при сварке обеспечить полное проплавление основного металла и хорошее качество шва, необходимо подготовить кромки свариваемых заготовок. Подготовка кромок заключается: во-первых, в очистке места сварки от окисных пленок, ржавчины, жира и прочих загрязнений, и вовторых, в скосе кромок, величины притупления и зазора между кромками. Раскрытие кромок и зазор необходимы для обеспечения провара всего сечения (без разделки кромок при нормальных режимах ручной сварки можно обеспечить провар до 3–4 мм), а притупление предотвращает прожог.

Конструктивные элементы подготовки кромок и выполненных швов при ручной дуговой сварке углеродистых и низколегированных сталей регламентируются стандартом ГОСТ5264 – 80.

Вид подготовки кромок зависит от толщины свариваемых деталей (S), способа сварки, а также технологических и конструктивных особенностей свариваемого изделия. Наиболее распространенные виды подготовки кромок при ручной дуговой сварке для стыкового соединения следующие:

1. С отбортовкой кромок при S = до 3 мм.

2. Без подготовки кромок: при односторонней сварке S = 1–6 мм, при двусторонней сварке S = 3 – 8 мм.

3. С V-образной подготовкой со скосом одной или двух кромок S = 3 – 26 мм.

4. С U-образной подготовкой или с криволинейным скосом одной кромки S = 20 – 60 мм.

5. С K-образной подготовкой S = 12 – 40 мм.

6. С X-образной подготовкой S =12 – 60 мм.

7. С двойной U-образной разделкой S = 30 – 100 мм.

Ручная сварка позволяет выполнить швы в различных пространственных положениях. Условно их разделяют на нижние (а), вертикальные (б), горизонтальные (в) и потолочные (г) (рис. 18). Горизонтальные швы – это швы, выполняемые на вертикальной плоскости в горизонтальном положении.

 

а                    б                    в                           г

 

Рис. 18. Расположение швов в пространстве

 

Расчет основных параметров режима ручной электродуговой

Сварки стыкового соединения

Режимом сварки называют совокупность основных контролируемых параметров, определяющих условия сварки. При ручной электродуговой сварке такими параметрами являются: диаметр электрода (d_э), сила сварочного тока (I_св), напряжение на дуге, скорость перемещения электрода вдоль шва (V), род тока, полярность и др.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого изделия, и рекомендуются следующие соотношения между ними:

 

Толщина свариваемого изделия s, мм	1−2	3	4−8	9−12	13−15	16−20
Диаметр электрода dэ, мм	1,5−2,0	3	4	4,0−5,0	5	5−6

 

При сварке толстостенных материалов, где толщина металла 10–12 мм и более, сварку осуществляют многослойными швами. При этом сварку всех проходов стремятся выполнять на одних и тех же режимах, кроме первого. Первый проход выполняется электродами диаметром 3–4 мм, так как применение электродов большого диаметра не позволяет в необходимой степени проникнуть в глубину разделки для провара корня шва.

Общее число проходов при многослойной сварке можно определить по формуле

,                                               (1)

где F₁, F_n, F_ш – площади поперечных сечений сварного шва первого, каждого последующего и общая соответственно, мм².

Для нахождения площади поперечного сечения общего сварного шва F_ш, его разбивают на элементарные геометрические фигуры и определяют сумму этих площадей. Например, площадь поперечного сечения стыковочного шва с V-образной разделкой (рис. 19) определяется как сумма площадей геометрических фигур:

 

F_ш= S₁+S₂+2S₃,                                        (2)

 

где S₁ – площадь сегмента, которую упрощенно можно считать по формуле

 

S₁ = 0,75eq,                                               (3)

 

S₂ – площадь прямоугольника:

 

S₂ = sb,                                                   (4)

 

S₃ – площадь прямоугольного треугольника, ее определяют по формуле

 

S₃ = hх/2,

где х = htgα, тогда

S₃ = h²tgα/2,                                                     (5)

 

но рассматриваемая нами площадь V-образного шва состоит из двух прямоугольных треугольников, поэтому

 

2S₃ = h²tgα.

 

Подставляя значение элементарных площадей в формулу (1), получим

 

F_ш =0,75eq+ sb+ h²tgα.                                  (6)

 

По указанной методике могут быть рассчитаны площади сечения любого шва. В табл. 5 приведены формулы определения площадей некоторых геометрических фигур.

 

 

Рис. 19. Геометрические элементы площади сечения стыкового шва

 

Площадь поперечного сечения первого прохода шва может быть определена по формуле

 

,

 

при этом F₁ не должно превышать 30−35 мм².

Площадь сечения каждого из последующих проходов шва находят по формуле

 

.

 

Величина сварочного тока зависит от толщины свариваемого металла, типа соединения, скорости сварки, положения шва в пространстве, вида покрытия электрода и т.д. Практически величина сварочного тока I_св определяется в соответствии с выбранным диаметром электрода по эмпирической формуле:

I_св = Kd_э,

 

где K – опытный коэффициент, значение которого равно 40–60, А/мм.

Величина коэффициента К зависит от диаметра электрода, и рекомендуется следующее соотношение между ними:

 

dэ, мм	1–2	3–4	5–6
K, А/мм	25–30	30–45	45–60

 

Если толщина металла менее 1,5d_э при сварке в нижнем положении, то I_св уменьшают на 10–15% по сравнению с расчетным. Если толщина металла более 3d_э, то I_св увеличивают на 10–15% по сравнению с расчетным.

Если сварной шов многопроходный, то расчет параметров сварки осуществляется для первого и последующих проходов отдельно. Например, сила сварочного тока при многопроходной сварке определяется следующим образом:

для первого прохода

I_св.1 = Kd_э.1;

для последующих проходов,

I_св.п = Kd_э.п.

где I_св.1,·d_э.1и I_св.п·d_э.п. – сила сварочного тока и диаметр электрода для первого и каждого последующих проходов, соответственно.

Длина дуги оказывает существенное влияние на качество шва; чем короче дуга, тем выше качество наплавленного металла. Длину дуги, мм, определяют по формуле:

 

l_д = 0,5(d_э+2).

 

Падение напряжения на дуге зависит только от длины дуги и определяется по формуле:

 

U_Д = Uа.к.+U_l.l,

где Uа.к – сумма падения напряжения в прикатодной и прианодной области (Uа.к =10 − 18 В); U₁ – падение напряжения на 1 мм длины столба дуги        (U_l = 2,0 − 2,5 В/мм) – длина столба дуги, мм.

Масса наплавленного металла G_н, г, определяется по формуле

 

                                                   G_н= LF_шρ,

 

где L – длина шва, см; F_ш– площадь поперечного сечения шва, см²;  – плотность наплавленного металла, г/см³ (для стали ρ = 7,8 г/см³).

Масса электродного металла, наплавленная на заготовку, меньше чем масса расплавленного металла электрода. Поэтому расход электродов G_э подчитывается с учетом потерь от массы стержня электрода на огарки, угар, разбрызгивание и шлакообразование. В среднем коэффициент потерь ψ для качественных электродов равен 0,33 – 0,60, для стабилизирующих –        0,17 – 0,31. Расход электродов определяется по формуле

 

                                                   G_э = G_н(1 + ψ).

 

Основное время горения дуги, ч, можно определить по формуле

 

,

 

где G_н – масса наплавленного металла, г; α_н – коэффициент наплавки. У электродов для сварки конструкции из углеродистых и низколегированных сталей α_н изменяется в пределах от 8 до 14 г/А·ч (см. табл. 3).

Полное время, ч, определяется по следующей формуле:

 

                                                   ,

 

где K – коэффициент загрузки сварщика, равный 0,4–0,8 в зависимости от вида производства и характеристики выполняемых работ.

Скорость сварки, м/ч, можно определить по формуле:

 

                                                   ,

где L – длина шва, мм.

Производительность процесса сварки, г/ч, зависит от сварочного тока и коэффициента наплавки  применяемого электрода.

.

 

Расход электроэнергии W, кВт·ч, на производство сварочных работ можно определить по формуле

                                    ,

где η – КПД источника питания дуги при нагрузках, близких к номинальным; Р_х – мощность, потребляемая источником сварочного тока, при холостом ходе (для сварочного трансформатора Р_х = 0,2–0,4 кВт, для сварочного агрегата Р_х = 2–3 кВт).

Расход электроэнергии составляет в среднем на 1 кг наплавленного металла на переменном токе 3,5–4,5 кВт·ч, на постоянном токе − 7–8 кВт·ч.

 

 

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 308; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!