Технологические основы сварки плавлением и давлением

                                                      d Эл= 2√ Iсв/πj                                            (5.7)

                                        Iсв=π· dэл2/4·i,                                               (5.8)

где i – допускаемая плотность тока по табл.4.

Таблица 4

Или скорость сварки можно определить по формуле

Uсв=A/Iсв ,                                                           (5.9)

где А-коэффициент, назначается по табл. 6.

        Диаметр электродной проволоки назначается в зависимости от толщины свариваемого металла, согласно табл.5.

Таблица 5

     Значение коэффициента А при сварке под флюсом выбирают по табл.6.

Таблица 6

Зная величину сварочного тока и диаметр электродной проволоки, по кривым рис. 24 устанавливают оптимальное напряжение на дуге Uд и определяют коэффициент формы провара    при данном режиме сварки или

   Uд=20+0,05Iсв/ dэл0,5;                                        (5.10)

  Погонная энергия сварки

qn=8,64Iсв·Uд·hи /Vсв                                                (5.11)

где hи-эффективный к.п.д. процесса сварки под флюсом, принимается 0,9.

        Скорость подачи сварочной проволоки

Vnn=4·αн·Iсв/π dэл2 ρ,                                             (5.12)

где αн – коэффициент наплавки, г/Ач;(приложение 5)                                                   

После этого рассчитывают фактическую глубину провара по формуле (5.13) для малоуглеродистой стали при сварке стыкового бесскосного соединения и нулевом зазоре в стыке.

                                     h =0,0156√g/ ψпрVсв                                  (5.13)

Определив глубину провара h, по формуле , находят ширину шва b.

Теперь надо рассчитать коэффициент формы валика

Для этого  определяют площадь наплавки Fн по формуле

                              Fн= αн Iсв/100pVсв                                            (5.14)

при этом αн выбирается по рис.27,

а  p - удельный вес - для низкоуглеродистой  стали  7,8 г/см3

 Высота  валика определяется по формуле

                                   с = (1,35÷1,40) Fн/b                               (5.15)

    После этого находят коэффициент формы валика  

Значение коэффициента формы валика ψв должно быть в пределах от 7 до 10.  Значение ψв<6  даст высокие и узкие швы с резким переходом от основного металла к металлу шва. При этом концентрация напряжений в месте перехода от основного металла к шву может вызвать при знакопеременных нагрузках появление усталостных трещин. При ψв>12 швы получаются слишком широкие и низкие. В этом случае излишне расплавляется основной металл. Кроме того, вследствие колебаний уровня жидкого металла ванны могут возникать местные уменьшения сечения шва и на отдельных участках сечение шва может оказаться меньше сечения основного металла.

Если в результате расчета оказывается, что ψв<7, то необходимо делать разделку, чтобы убрать в нее излишнее количество наплавленного металла.

Одновременно следует иметь в виду, что при разделке глубина провара, определенная по формуле 5.13, изменится. Это следует учитывать при дальнейшем ходе расчета.

Как известно, согласно экспериментальным данным С.А. Островской, профиль провара при одном режиме сварки остается практически неизменным независимо от типа шва.  То есть - тип шва, зазоры или разделка влияют главным образом на соотношение долей основного и наплавленного металла, а контур провара во всех случаях практически одинаков (рис. 31).

Во всех случаях при неизменном режиме общая высота шва остается постоянной как при наплавке, так и при сварке в стык без разделки и с разделкой кромок, а также при сварке угловых швов:       Н =h +с =const                           (5.16)

Поэтому соотношения между основными размерами шва, определенные для сварки в стык без зазора, могут быть пересчитаны, если на этом же режиме сваривается соединение в стык с разделкой кромок или при наличии зазора.

Этот пересчет производится следующим образом. Зная h, b, с и Fн при сварке на данном режиме cтыкового шва без зазора и размеры разделки (глубину f и угол разделки α0 – см. рис. 17),  находят площадь разделки по формуле

 F= f2tg a/2  

Тогда   площадь   валика при разделке будет

                                                           Fв= Fн – Fр

Зная площадь валика Fв, можно найти высоту валика при разделке согласно формуле                                                с/ = (1.35 ÷ 1,4) F/b

Имея в виду, что Н = const [см. формулу (5.16)], можно определить и фактическую глубину провара при разделке:

                                                         h/ = Н - с/                                (5.17)

Если размеры разделки не заданы, а при сварке в стык без разделки ψв<7, то производится расчет размеров разделки в следующем порядке:

Задаются желаемой величиной коэффициента формы валика ψв' (в пределах 7-10) и, полагая, что ширина шва при разделке остается практически неизменной, определяют площадь валика Fв  по формуле

Fв =(1/1,35 ÷ 1/1,4) b с/ = (0,74 ÷ 0,715) b2 с/ /b = (0,74÷0,715) b2/ψв    (5.18)

Тогда необходимая площадь и глубина разделки определятся как:

                                           Fр= Fн – Fв                                                                                               (5.19)

                                           f =√ Fр/ tg a/2  

где   α  — угол разделки, который обычно принимают  равным 50 - 60°.

Определив таким образом режим сварки с первой стороны и основные размеры получающейся при этом части шва, в соответствии с формулой (5.3) назначают глубину провара для сварки со второй стороны.

Затем производят расчет режима сварки и основных размеров сечения шва, как было показано выше.

С целью расширения диапазона толщин, свариваемых в стык без скоса кромок, сборку под сварку в некоторых случаях производят с заранее заданным зазором в стыке (рис. 32).

При этом часть наплавленного металла размещается в зазоре, высота валика уменьшается, а глубина провара увеличивается.

При определении глубины провара при сварке стыковых  соединений с заранее заданным зазором сначала находят глубину провара, ширину шва, высоту валика и общую высоту шва, которые имели бы место при сварке на этом режиме стыкового соединения без зазора.

Затем определяют высоту валика с' с учетом размещения части наплавленного металла в зазоре (рис. 32).

В этом случае общая площадь наплавленного металла

                                   Fн = Н·а ÷ 0,73 с/  b - с/а

Отсюда                         с/= (Fн - Н·а)/ ( 0,73   b – а)                              (5.20)

Определив с', в соответствии с формулой (5.21) находят h'. 

                                     h/ = Н - с/                                                         (5.21)

Расчет режима сварки завершен.

Выполняется эскиз подготовки кромок, эскиз выполненного шва и таблица полученных результатов.

6.1            Расчёт параметров режима сварки угловых швов

механизированными способами

Угловой шов можно рассматривать как стыковой с углом разделки 90˚.

Диаметр сварочной проволоки выбирается в зависимости от катетов или толщины свариваемых деталей по табл.7.

Выбор диаметра электрода при положении углового соединения в “лодочку”,        (в нижнем положении).

Таблица 7

Плотность i тока выбирается в зависимости от диаметра применяемой проволоки по табл.8.

Таблица 8

Iсв=π dэл2/4·i;

Uд=20+0,05·Iсв/ dэл0,5 ;                                      (6.1)

Vсв=A/Iсв .                                                          (6.2)

Для определения коэффициента А можно пользоваться табл.6.

Критический ток определяется из уравнения

Iкр=I0+m·Vсв ,                                                     (6.3)

где I0 – условный критический ток при нулевой скорости сварки , А;

      m – коэффициент, Ач/м.

         Для сварки под флюсом I0=350 А.

        Коэффициент  m назначают в зависимости от dэл и способа сварки (табл.9).

        Для получения заданной поверхности углового шва корректируют скорость сварки и величину тока на основании зависимостей:

Iсв=Iкр – шов с плоской поверхностью;

Iсв>Iкр – шов с выпуклой поверхностью;

Iсв<Iкр – шов с вогнутой поверхностью.

        При определении погонной энергии qn по формуле (5.11) рекомендуется использовать значение ηи=0,85 (при механизированной сварке).

        Скорость подачи электродной проволоки определяется по формуле

Vп.п=4·αн·Iсв/π·d2эл· ρ ,                                     (6.4)

где  ρ – плотность основного металла – 7,8г/см3 ;

      αн – коэффициент наплавки 16 г/А·ч.

Таблица 9

Площадь внешней части поперечного сечения шва зависит от катета шва К

Fн=K2/2.                                             (6.5)

        Высота шва

H=d·K ,                                               (6.6)

где d – коэффициент.

        Глубина проплавления вертикального листа H равна

HI=в·K                                                (6.7)

        Коэффициенты d ,в определяются по табл. 10 в зависимости от dэл.

Таблица 10

  Ширина шва

в=ψпр·H.

7.  ОЦЕНКА  ГЕОМЕТРИИ  СВАРНОГО  ШВА

        Основными показателями, характеризующими формирование шва, являются коэффициент формы шва ψпр и коэффициент формы валика  ψв

ψпр= в/H                                                  (7.1)

где в ширина шва Н глубина проплавления.

Ψв =Fн/eh                                                  (7.2)

где g-величина технологического припуска (назначается по ГОСТу).

        Выражение (7.1) оценивает коэффициент формы шва, а (7.2) оценивает полноту валика для сварки без зазора и без разделки. Рекомендуется ψпр=1,6-2,5.

        Коэффициент ψпμ колеблется в пределах (0,67…0,75) и для большинства швов составляет 0,73. Отсюда (7.3)

h =Fн/0,73·в.                                              (7.3)

       После назначения режимов сварки можно оценить геометрию сварочного шва

                                                                H=0,156·√gn/ψпр Vсв.                                     (7.4)

По выражению (7.4) глубину проплавления можно оценить для односторонней сварки. Для двухсторонней сварки Η=0,6S:

в=ψпр·H;                                                   (7.5)

                       h =(100·Fн-h2·tgα)/0,73·в – шов с разделкой, но с нулевым зазором;

                       h =(100·Fн-H·b)/0,73·в – шов с разделкой и с зазором а.

Коэффициент формы провара определяются по формуле

ψпр=K'·(19-0,01·Iсв)·dэл·Uд/Iсв ,                                (7.6)

где К' – коэффициент, величина которого зависит от рода тока и полярности.

        При плотности тока i≥120 А/мм2 величина коэффициента К остаётся неизменной, постоянный ток обратной полярности К=1,12.

        При і<120 А/мм2 при сварке постоянным током обратной полярности

K'=0,367·i0,2.                                                           (7.7)

        При сварке постоянным током прямой полярности

K'=2,82/i0,2                                                              (7.8)

        При сварке переменным током во всех диапазонах К=1.

        Затем можно определить ширину шва

в=ψпр·H·10-2                                                              (7.9)

      Ширину шва,  зная площадь, можно определить  

                                                      в=Fпр/к0Н см,

к0-коэффициент заполнения =0,5…1

                            8.  РАСЧЁТНАЯ  ОЦЕНКА  ХИМСОСТАВА  ШВА

 И  СВОЙСТВА  ШВА  И  ЗТВ

Оптимизация технологического процесса сварки по химическому составу и по механическим характеристикам металла шва.

          При разработке технологического процесса сварки в зависимости от требований можно рассчитывать все или только отдельные промежуточные и выходные характеристики:

        а) температуру и скорость охлаждения металла и з.т.в., длительность его пребывания в опасном интервале температур (Тмах , wохл , tв);

        б) долевое участие основного металла в формировании шва, определяемое расчётом величин Fпр , Fн и коэффициентами γ, п;

        в) химический состав металла шва для всех легирующих элементов;

        г) механические свойства металла шва: предел прочности σвш, предел текучести σтш, относительное удлинение δш, относительное поперечное сужение ψш, ударную вязкость aкш.

        Расчёты по пунктам а и б обычно выполняют для всех сталей. Для конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей имеются приближённые формулы для расчётов по пункту г. Для закаливающихся можно выполнять расчёты по пунктам а – г, кроме того, с помощью термокинетических или изотермических диаграмм распада аустенита, оценить ожидаемую структуру металла шва и з.т.в., возможность возникновения закалочных структур и трещин.

        С увеличением скорости охлаждения металла шва, вместо сравнительно мягких равновесных структур ферритно-перлитной стали, происходит образование неравновесных, мелкозернистых структур сорбита, бейнита и троостита, что приводит к заметному повышению прочности и уменьшению пластичности металла шва. Аналогичное явление проходит в сталях, которые с целью повышения их прочности, подвергаются процессу термического упрочнения стали (рис.2).

Рис. 2. Диаграмма изотермического превращения  аустенита  углеродистой стали

        Механические свойства для конструкционных сталей оценивают с помощью безразмерных коэффициентов согласно рис.3.

Рис. 3. График для определения безразмерных коэффициентов

        Из рис.3. видно, что значения коэффициента связано со скоростью остывания металла шва.

        Зная скорость охлаждения для заданного режима сварки, определяют безразмерные коэффициенты и механические свойства металла шва по выражениям:

                                   σвш=φ(σ)·σво;

                                    σтш=φ(σг)·σто;

                                      ψш=φ(ψ)·σо;                                                         (8.1)

                                   ΗΒш=φ(σо)·ΗΒо;

                                        δш=0,43ψш.

        Некоторые авторы  для конструкционных сталей рекомендуют использовать эмпирические зависимости:

σвш= 4,8 + 50C + 25,2Mn + 17,5Si + 23,9Cr + 7,7Ni + 8W + 70Ti + 17,6Cu + 2,9Al + 16,8Mo,  кг/мм2                                                              (8.3)

Страницы: 1, 2, 3