Расчет параметров режима сварки и расхода сварочных материалов

Для выполнения сварных швов прежде всего определяется режим сварки, обеспечивающий хорошее качество сварного соединения, установленные размеры и форму сварного шва при минимальных затратах материалов, электроэнергии и труда. Для обеспечения качества сварных соединений необходимо соблюдать установленные режимы сварки.

Методика расчета

Основными параметрами режима ручной дуговой сварки являются диаметр электрода, сила сварочного тока, род и полярность тока, напряжение дуги и скорость сварки.

Диаметр электродаd _э выбирается в зависимости от толщины свариваемого материала. Соотношения между толщиной свариваемого материала и диаметром электрода приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Соотношение между толщиной свариваемого материала и диаметром электрода

При ручной дуговой сварке многослойных сварных швов первый слой обычно выполняется электродами диаметром 2,5 или 3,0 мм, т.к. применение электродов большего диаметра затрудняет провар корня шва.

Слой сварного шва — часть металла сварного шва, которая состоит из одного или нескольких валиков, располагающихся на одном уровне поперечного сечения шва (таблица 5.2).

Таблица 5.2

Рекомендуемое число слоев при сварке стыковых и угловых швов

Сила сварочного токаI может быть определена в зависимости от выбранного диаметра электрода по формулам:

– при диаметре электрода d _э<3мм

– при диаметре электрода d _э≥3мм

где k – коэффициент, зависящий от положения сварного шва в пространстве (для нижних швов k = 1; для вертикальных швов k = 0,9; для потолочных швов k = 0,8).

Полученное значение сварочного тока корректируется, учитывая толщину свариваемого материалаи тип сварного соединения.

Если толщина свариваемого материала <1,5· d _э, то

Если толщинасвариваемого материала >3· d _э, то

Если используется угловое соединение, то значение силы сварочного тока должно быть повышено на 10…15%:

Для зажигания дуги необходимо напряжение не менее 50 В. При сварке оно снижается за счет ионизации дугового промежутка и связано с силой сварочного тока соотношением:

Для большинства марок электродов, используемых при сварке углеродистых и легированных конструкционных сталей, напряжение дуги составляет U _Д= 22…28 В.

Расчет скорости сваркиV _свпроводится по формуле:

где α _н – коэффициент наплавки, г/А·ч (принимается из характеристики выбранного электрода); F _шв – площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке (или одного слоя валика при многослойном шве), см²; ρ – плотность металла электрода, г/см³ (для стали 08Х18Н10Т ρ = 7,9 г/см³).

При определении числа слоев сварного шва следует учитывать, что площадь поперечного сечения первого слоя A ₁может быть определена по формуле:

Площадь поперечного сечения слоя сварного шва A _c при последующих проходах может быть определена по формуле:

Погонная энергия сварки (тепловложение) — электрическая энергия, расходуемая на единицу длины сварного шва. Погонная энергия сварки рассчитывается по формуле:

где k – тепловой коэффициент полезного действия (для ручной дуговой сварки k = 0,8); U _д– напряжение дуги, В; I _св– сварочный ток, А; V _св – скорость сварки, мм/с.

Масса наплавленного металлаM _нм для ручной дуговой сварки рассчитывается по формуле:

где F _шв– площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке (или одного слоя валика при многослойном шве), см²; l _шв– длина шва, см; ρ– плотность наплавленного металла (для стали 08Х18Н10Т ρ = 7,9 г/см³).

Расход электродовG _э для ручной дуговой сварки определяется по формуле:

где k _Э – коэффициент, учитывающий расход электродов на 1 кг наплавленного металла (1,4…1,7, для электродов УОНИ-13/45 k _э = 1,5 [[6]]).

Результаты расчета параметров режима сварки при выполнении сварочных операций сведены в карту технологического процесса, приведенную в таблице 7.1.

5.2 Расчет параметров режима и расхода сварочных материалов при сварке фланца 2-50-1,0 струбойÆ57´4,0 мм

Внешний вид сварного соединения приведен на рисунке 5.1.Количество сварных соединений – 3 шт.

Рисунок 5.1. Внешний вид сварного соединения «Фланец 2-50-1,0 ⇄ТрубаÆ57´4,0 мм»

Толщина свариваемых материалов составляет 4,0 мм. В соответствии с данными таблицы 5.2 требуемое количество слоев для выполнения сварного соединения составляет 1. Поэтому для выполнения сварного шва в соответствии с данными таблицы 5.1 выбраны электроды Æ3,0 мм.

Сила сварочного тока для выполнения сварного соединения в нижнем положении (коэффициент k = 1) по формуле (5.2):

Корректировка полученного значения сварочного тока с учетом толщины свариваемого материала по формуле (5.3):

Напряжение дуги при сварке в соответствии с формулой (5.6) составляет:

Коэффициент наплавки электродов ЦЛ-11 составляет α _н = 11,5 г/А∙ч[[7]].

Площадь поперечного сечения сварного шва по формуле (5.8) составляет:

Длина сварного шва составляет (соединение элементов Æ57 мм):

Скорость сварки по формуле (5.7) составляет:

Погонная энергия сварки (тепловложение) по формуле (5.10):

Масса наплавленного металла по формуле (5.11) составляет:

Расход электродов по формуле (5.12) составляет:

5.3 Расчет параметров режима и расхода сварочных материалов при сварке фланца 2-80-1,0 струбойÆ89´5,0 мм

Внешний вид сварного соединения приведен на рисунке 5.2. Количество сварных соединений – 1 шт.

Рисунок 5.2. Внешний вид сварного соединения «Фланец 2-80-1,0 ⇄ТрубаÆ89´5,0 мм»

Толщина свариваемых материалов составляет 5,0 мм. В соответствии с данными таблицы 5.2 требуемое количество слоев для выполнения сварного соединения составляет 1. Поэтому для выполнения сварного шва в соответствии с данными таблицы 5.1 выбраны электроды Æ3,0 мм.

Сила сварочного тока для выполнения сварного соединения в нижнем положении (коэффициент k = 1) по формуле (5.2):

Напряжение дуги при сварке в соответствии с формулой (5.6) составляет:

Коэффициент наплавки электродов ЦЛ-11 составляет α _н = 11,5 г/А∙ч[6].

Площадь поперечного сечения сварного шва по формуле (5.8) составляет:

Длина сварного шва составляет (соединение элементов Æ89 мм):

Скорость сварки по формуле (5.7) составляет:

Погонная энергия сварки (тепловложение) по формуле (5.10):

Масса наплавленного металла по формуле (5.11) составляет:

Расход электродов по формуле (5.12) составляет:

5.4 Расчет параметров режима и расхода сварочных материалов при сварке фланца 2-100-1,0 с трубой Æ108´6,0 мм

Внешний вид сварного соединения приведен на рисунке 5.3. Количество сварных соединений – 1 шт.

Рисунок 5.3. Внешний вид сварного соединения «Фланец 2-100-1,0 ⇄ТрубаÆ108´6,0 мм»

Толщина свариваемых материалов составляет 6,0 мм. В соответствии с данными таблицы 5.2 требуемое количество слоев для выполнения сварного соединения составляет 2. Поэтому для выполнения сварного шва в соответствии с данными таблицы 5.1 выбраны электроды Æ3,0 и Æ4,0 мм.

Сила сварочного тока для выполнения сварного соединения в нижнем положении (коэффициент k = 1) по формуле (5.2):

– для электродов Æ3,0 мм

– для электродов Æ4,0 мм

Корректировка полученного значения сварочного тока с учетом толщины свариваемого материала по формуле (5.3):

– для электродов Æ3,0 мм

Напряжение дуги при сварке в соответствии с формулой (5.6) составляет:

– для электродов Æ3,0 мм

– для электродов Æ4,0 мм

Коэффициент наплавки электродов ЦЛ-11 составляет α _н = 11,5 г/А∙ч[6].

Площадь поперечного сечения сварного шва по формуле (5.8) составляет:

– площадь поперечного сечения первого слоя (электроды Æ3,0 мм)

– площадь поперечного сечения второго слоя (электроды Æ4,0 мм)

– общая площадь поперечного сечения сварного шва

Длина сварного шва составляет (соединение элементов Æ108 мм):

Скорость сварки по формуле (5.7) составляет:

– для сварки первого слоя (электроды Æ3,0 мм)

– для сварки второго слоя(электроды Æ4,0 мм)

Погонная энергия сварки (тепловложение) по формуле (5.10):

– для сварки первого слоя(электроды Æ3,0 мм)

– для сварки второго слоя(электроды Æ4,0 мм)

Масса наплавленного металла по формуле (5.11) составляет:

– для электродов Æ3,0 мм

– для электродов Æ4,0 мм

Расход электродов по формуле (5.12) составляет:

– расход электродов Æ3,0 мм

– расход электродов Æ4,0 мм

5.5 Расчет параметров режима и расхода сварочных материалов при сварке трубы Æ57´4,0 мм собечайкой Æ600´15 мм

Внешний вид сварных соединений приведен на рисунке 5.4. Количество сварных соединений – 3 шт.

Рисунок 5.4. Внешний вид сварных соединений «Труба Æ57´4,0 ⇄ Обечайка Æ600´15»

Толщина свариваемых материалов в угловом соединении составляет «4,0 мм ⇄ 15,0 мм». В соответствии с данными таблицы 5.2 требуемое количество слоев для выполнения сварного соединения составляет 2 (с каждой стороны двухстороннего сварного шва). Поэтому для выполнения сварного шва в соответствии с данными таблицы 5.1 выбраны электроды Æ3,0 и Æ4,0 мм.

Сила сварочного тока для выполнения сварного соединения в вертикальном положении (коэффициент k = 0,9) по формуле (5.2):

– для электродов Æ3,0 мм

– для электродов Æ4,0 мм

Корректировка полученного значения сварочного тока с учетом толщины свариваемого материала по формуле (5.3):

– для электродов Æ3,0 мм

Напряжение дуги при сварке в соответствии с формулой (5.6) составляет:

– для электродов Æ3,0 мм

– для электродов Æ4,0 мм

Коэффициент наплавки электродов ЦЛ-11 составляет α _н = 11,5 г/А∙ч[6].

Площадь поперечного сечения сварного шва по формуле (5.8) составляет:

– площадь поперечного сечения первого слоя двухстороннего шва (электроды Æ3,0 мм)

– площадь поперечного сечения второго слоя двухстороннего шва (электроды Æ4,0 мм)

– общая площадь поперечного сечения сварного шва

Длина сварного шва составляет (соединение элементов Æ108 мм):

Скорость сварки по формуле (5.7) составляет:

– для сварки первого слоя(электроды Æ3,0 мм)

– для сварки второго слоя(электроды Æ4,0 мм)

Погонная энергия сварки (тепловложение) по формуле (5.10):

– для сварки первого слоя(электроды Æ3,0 мм)

– для сварки второго слоя(электроды Æ4,0 мм)

Масса наплавленного металла по формуле (5.11) составляет:

– для электродов Æ3,0 мм

– для электродов Æ4,0 мм

Расход электродов по формуле (5.12) составляет:

– расход электродов Æ3,0 мм

– расход электродов Æ4,0 мм

5.6 Расчет параметров режима и расхода сварочных материалов при сварке трубы Æ89´5,0 мм с обечайкой Æ600´15 мм

Внешний вид сварного соединения приведен на рисунке 5.5. Количество сварных соединений – 1 шт.

Рисунок 5.5. Внешний вид сварного соединения «Труба Æ89´5,0 ⇄ Обечайка Æ600´15»

Толщина свариваемых материалов в угловом соединении составляет «5,0 мм ⇄ 15,0 мм». В соответствии с данными таблицы 5.2 требуемое количество слоев для выполнения сварного соединения составляет 2 (с каждой стороны двухстороннего сварного шва). Поэтому для выполнения сварного шва в соответствии с данными таблицы 5.1 выбраны электроды Æ3,0 и Æ4,0 мм.

Сила сварочного тока для выполнения сварного соединения в вертикальном положении (коэффициент k = 0,9) по формуле (5.2):

– для электродов Æ3,0 мм

– для электродов Æ4,0 мм

Корректировка полученного значения сварочного тока с учетом толщины свариваемого материала по формуле (5.3):

– для электродов Æ3,0 мм

Напряжение дуги при сварке в соответствии с формулой (5.6) составляет:

– для электродов Æ3,0 мм

– для электродов Æ4,0 мм

Коэффициент наплавки электродов ЦЛ-11 составляет α _н = 11,5 г/А∙ч[6].

Площадь поперечного сечения сварного шва по формуле (5.8) составляет:

– площадь поперечного сечения первого слоя двухстороннего шва (электроды Æ3,0 мм)

– площадь поперечного сечения второго слоя двухстороннего шва (электроды Æ4,0 мм)

– общая площадь поперечного сечения сварного шва

Длина сварного шва составляет (соединение элементов Æ108 мм):

Скорость сварки по формуле (5.7) составляет:

– для сварки первого слоя (электроды Æ3,0 мм)

– для сварки второго слоя(электроды Æ4,0 мм)

Погонная энергия сварки (тепловложение) по формуле (5.10):

– для сварки первого слоя(электроды Æ3,0 мм)

– для сварки второго слоя(электроды Æ4,0 мм)

Масса наплавленного металла по формуле (5.11) составляет:

– для электродов Æ3,0 мм

– для электродов Æ4,0 мм

Расход электродов по формуле (5.12) составляет:

– расход электродов Æ3,0 мм

– расход электродов Æ4,0 мм

5.7 Расчет параметров режима и расхода сварочных материалов при сварке трубы Æ108´6,0 мм с днищем Æ600´15 мм

Внешний вид сварного соединения приведен на рисунке 5.6. Количество сварных соединений – 1 шт.

Рисунок 5.6. Внешний вид сварного соединения «Труба Æ108´6,0 ⇄ДнищеÆ600´15»

Толщина свариваемых материалов в угловом соединении составляет «6,0 мм ⇄ 15,0 мм». В соответствии с данными таблицы 5.2 требуемое количество слоев для выполнения сварного соединения составляет 2 (с каждой стороны двухстороннего сварного шва). Поэтому для выполнения сварного шва в соответствии с данными таблицы 5.1 выбраны электроды Æ3,0 и Æ4,0 мм.

Сила сварочного тока для выполнения сварного соединения в вертикальном положении (коэффициент k = 0,9) по формуле (5.2):

– для электродов Æ3,0 мм

– для электродов Æ4,0 мм

Корректировка полученного значения сварочного тока с учетом толщины свариваемого материала по формуле (5.3):

– для электродов Æ3,0 мм

Напряжение дуги при сварке в соответствии с формулой (5.6) составляет:

– для электродов Æ3,0 мм

– для электродов Æ4,0 мм

Коэффициент наплавки электродов ЦЛ-11 составляет α _н = 11,5 г/А∙ч[6].

Площадь поперечного сечения сварного шва по формуле (5.8) составляет:

– площадь поперечного сечения первого слоя двухстороннего шва (электроды Æ3,0 мм)

– площадь поперечного сечения второго слоя двухстороннего шва (электроды Æ4,0 мм)

– общая площадь поперечного сечения сварного шва

Длина сварного шва составляет (соединение элементов Æ108 мм):

Скорость сварки по формуле (5.7) составляет:

– для сварки первого слоя(электроды Æ3,0 мм)

– для сварки второго слоя(электроды Æ4,0 мм)

Погонная энергия сварки (тепловложение) по формуле (5.10):

– для сварки первого слоя(электроды Æ3,0 мм)

– для сварки второго слоя(электроды Æ4,0 мм)

Масса наплавленного металла по формуле (5.11) составляет:

– для электродов Æ3,0 мм

– для электродов Æ4,0 мм

Расход электродов по формуле (5.12) составляет:

– расход электродов Æ3,0 мм

– расход электродов Æ4,0 мм

5.8 Расчет параметров режима и расхода сварочных материалов при сварке днища Æ60´15 мм с обечайкой Æ600´15 мм

Внешний вид сварных соединений (2 шт.) приведен на рисунке 5.7. Количество сварных соединений – 2 шт.

Рисунок 5.7. Внешний вид сварных соединений «ДнищеÆ600´15⇄ОбечайкаÆ600´15»

Толщина свариваемых материалов составляет 15,0 мм. В соответствии с данными таблицы 5.2 требуемое количество слоев для выполнения сварного соединения составляет 5. Поэтому для выполнения сварного шва в соответствии с данными таблицы 5.1 выбраны электроды Æ4,0 мм.

Сила сварочного тока для выполнения сварного соединения в нижнем положении (коэффициент k = 1) по формуле (5.2):

– для первого слоя

– для второго и последующих слоев

Корректировка полученного значения сварочного тока с учетом толщины свариваемого материала по формуле (5.3):

– для первого слоя

Напряжение дуги при сварке в соответствии с формулой (5.6) составляет:

– для первого слоя

– для второго и последующих слоев

Коэффициент наплавки электродов ЦЛ-11 составляет α _н = 11,5 г/А∙ч[6].

Площадь поперечного сечения сварного шва по формуле (5.8) составляет:

– площадь поперечного сечения первого слоя (электроды Æ4,0 мм)

– площадь поперечного сечения второго слоя (электроды Æ4,0 мм)

– площадь поперечного сечения третьего слоя (электроды Æ4,0 мм)

– площадь поперечного сечения четвертого слоя (электроды Æ4,0 мм)

– площадь поперечного сечения пятого слоя (электроды Æ4,0 мм)

– общая площадь поперечного сечения шва

Длина сварного шва составляет (соединение элементов Æ600 мм):

Скорость сварки по формуле (5.7) составляет:

– для сварки первого слоя (электроды Æ4,0 мм)

– для сварки второго слоя (электроды Æ4,0 мм)

– для сварки третьего слоя (электроды Æ4,0 мм)

– для сварки четвертого слоя (электроды Æ4,0 мм)

– для сварки пятого слоя (электроды Æ4,0 мм)

Погонная энергия сварки (тепловложение) по формуле (5.10):

– для сварки первого слоя(электроды Æ4,0 мм)

– для сварки второго слоя(электроды Æ4,0 мм)

– для сварки третьего слоя(электроды Æ4,0 мм)

– для сварки четвертого слоя(электроды Æ4,0 мм)

– для сварки пятого слоя(электроды Æ4,0 мм)

Масса наплавленного металла (электроды Æ4,0 мм) по формуле (5.11) составляет:

Расход электродовÆ4,0 мм по формуле (5.12) составляет: