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

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 определяется 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

^ 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