Как найти скорость сварки

Скорость сварки

На качество получаемого при сварке шва оказывают влияние многие факторы. Одним из них является скорость сварки. Эта характеристика представляет собой скорость, с которой электрод перемещается вдоль свариваемого шва. Ее влияние сказывается в тех режимах, при которых применяются электроды, то есть при ручной сварке и полуавтоматической.

При выборе слишком большой скорости металл не успеет нагреться до нужной температуры и появится непровар. Это чревато хрупкостью шва и его недолговечностью. При слишком маленькой скорости сильное плавление металла приведет к образованию наплывов. Поэтому важно выбирать оптимальное значение.

Как осуществляется расчет скорости сварки

Скорость сварки находится в прямой зависимости от размера тока, поэтому вначале следует разобраться с ним. Расчет сварочного тока производится с помощью формул.

Существуют формулы, по которым скорость сварки рассчитывается в зависимости от значения силы тока. Она в свою очередь может быть рассчитана по формуле сварочного тока. Грамотно применив формулу расчета сварочного тока, можно найти его значение и выбрать оптимальную величину скорости сварки, которая зависит от различных характеристик.

Так, например, зная параметры наплавляемого металла и значение тока, можно применить такую формулу:

αн – это коэффициент наплавки;
γ – плотность металла электрода в г/см3;
Fн – площадь металла в см².

Коэффициент наплавки αн зависит от характеристик электрода. Под площадью металла понимается площадь поперечного сечения свариваемого шва при условии однопроходного варианта или одного слоя, если осуществляется многослойное покрытие.

Для расчета этой характеристики необязательно применять формулу скорости сварки. Помочь могут нормативные документы, в которых содержатся рекомендации по выбору для каждого типа металла. При задаче как рассчитать скорость сварки можно ориентироваться не только на формулы, но и на указанные в них значения.

Влияние величины скорости на конфигурацию шва

С увеличением величины скорости сварки происходит уменьшение ширины шва. Глубина провара сначала имеет тенденцию увеличиваться, а потом начинается ее снижение.

Компенсация осуществляется увеличением значения силы тока. При высоком значении скорости сварки возможно образование подрезов свариваемого шва, причем с обеих сторон. Это объясняется прогревом, недостаточным для получения качественного шва.

При большой толщине металла имеет смысл сваривать его неширокими швами, обеспечив при этом высокую скорость. Медленная сварка может способствовать появлению в металле дефектов в виде пор.

Ручная сварка

Скорость ручной дуговой сварки выбирает сам сварщик, поэтому многое зависит от его квалификации. На его выбор влияют:

• свойства основного металла;
• характеристики используемого электрода;
• положение шва в пространстве.

Требование, которое предъявляется к результату выбора, – он должен гарантировать небольшое возвышение расплавленного металла, находящегося в сварочной ванне, над кромками основного. Также должен быть обеспечен плавный переход жидкого металла к основному без возникновения дефектов в виде наплывов и подрезов. Когда происходит сваривание высоколегированных сталей, то с целью недопущения перегрева сварку осуществляют с большой скоростью.

Этот параметр находится в зависимости от покрытия применяемых электродов. При использовании электродов, имеющих рутиловое покрытие, выбирается скорость сварки, находящаяся в диапазоне 6-12 м/ч, при электродах с целлюлозным покрытием – 14-22 м/ч.

Из таблицы скорости сварки при ручной дуговой сварке можно найти величину этого параметра в зависимости от толщины металлического материала.

Сварка полуавтоматом

Аппарат для сварки полуавтоматическим методом представляет собой устройство, в котором роль электрода выполняет проволока, подающаяся на место сварки автоматическим способом. При сварке полуавтоматом необходимо выставлять две скорости. Обе устанавливает сварщик. Первая из них – это скорость, с которой подается проволока. Правильный выбор обеспечит стабильное горение сварочной дуги.

Вторая – скорость сварки зависит от скорости, с которой перемещается горелка. Толстостенные соединения сваривают на высокой скорости с формированием узких швов. При высокой скорости необходимо следить, чтобы при выходе из зоны защиты газом не происходило окисления конца проволоки и поверхности металла. Так же, как и при ручной дуговой сварке, силу тока и скорость подачи электрода, в данном случае проволоки, сварщик должен выставить сам, руководствуясь своим опытом и квалификацией. Отталкиваться приходится в частности от типа сплавляемых металлов.

С помощью сварочного полуавтомата можно соединить две металлические детали быстро и качественно. Таким аппаратом имеется возможность сваривать металлы различной ширины. По сравнению с ручной сваркой полуавтомат имеет значительные преимущества.

Перед началом процесса необходимо рассчитать основные характеристики – ток, напряжение дуги и скорость сварки. Последний параметр можно рассчитать, зная выбранные силу тока и напряжение, поскольку скорость сварки полуавтоматом находится в зависимости от них.

Ток и напряжение, в свою очередь, выбирают в соответствии с толщиной металла. Получается, что скорость сварки полуавтоматом находится в зависимости от толщины металла.

Сначала по формуле рассчитывается сила тока. Ее вычисляют в зависимости от диаметра электрода и плотности тока. Зная вычисленную силу тока и диаметр электрода по формуле можно определить значение напряжения сварочной дуги. После этого можно выбрать оптимальную скорость сварки.

Преимущества правильного выбора

Правильно выбранные параметры обеспечат получение качественного соединения металлов, которое может прослужить долгие годы. Применение готовых формул облегчает выбор параметров. Но это не освобождает от изучения ГОСТов и других нормативных материалов.

Опытный сварщик должен справиться при наличии нестандартной ситуации и внести свои коррективы. Правильный выбор характеристик при сварке, в частности, ее скорость, с которой ее будут осуществлять, позволит получить качественные и долговечные швы.

Интересное видео

При ручной дуговой сварке (наплавке) к параметрам режима сварки относятся сила сварочного тока, напряжение, скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), род тока, полярность и др.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и положения шва в пространстве.

При выборе диаметра электрода для сварки можно использовать следующие ориентировочные данные:

В многослойных стыковых швах первый слой выполняют электродом 3–4 мм, последующие слои выполняют электродами большего диаметра.

Сварку в вертикальном положении проводят с применением электродов диаметром не более 5 мм. Потолочные швы выполняют электродами диаметром до 4 мм.

При наплавке изношенной поверхности должна быть компенсирована толщина изношенного слоя плюс 1–1,5 мм на обработку поверхности после наплавки.

Сила сварочного тока, А, рассчитывается по формуле:

где К – коэффициент, равный 25–60 А/мм; d_Э – диаметр электрода, мм.

Коэффициент К в зависимости от диаметра электрода d_Э принимается равным по следующей таблице:

Силу сварочного тока, рассчитанную по этой формуле, следует откорректировать с учетом толщины свариваемых элементов, типа соединения и положения шва в пространстве.

Если толщина металла S ≥ 3d_Э, то значениеI_СВ следует увеличить на 10–15%. Если же S ≤ 1,5d_Э, то сварочный ток уменьшают на 10–15%. При сварке угловых швов и наплавке, значение тока должно быть повышено на 10–15%. При сварке в вертикальном или потолочном положении значение сварочного тока должно быть уменьшено на 10–15%.

Для большинства марок электродов, используемых при сварке углеродистых и легированных конструкционных сталей, напряжение дуги U_Д= 22 ÷ 28 В.

Расчет скорости сварки, м/ч, производится по формуле:

где α_Н – коэффициент наплавки, г/А ч (принимают из характеристики выбранного электрода по табл. 9 приложения); 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 ρ =7,8 г/см³).

Масса наплавленного металла, г, для ручной дуговой сварки рассчитывается по формуле:

где l – длина шва, см; ρ – плотность наплавленного металла (для стали ρ=7,8 г/см³).

Расчет массы наплавленного металла, г, при ручной дуговой наплавке производится по формуле:

где F_НП – площадь наплавляемой поверхности, см²; h_Н – требуемая высота наплавляемого слоя, см.

Время горения дуги, ч, (основное время) определяется по формуле:

Полное время сварки (наплавки), ч, приближенно определяется по формуле:

где t_O – время горения дуги (основное время),ч; k_П – коэффициент использования сварочного поста, который принимается для ручной сварки 0,5 ÷ 0,55.

Расход электродов, кг, для ручной дуговой сварки (наплавки) определяется по формуле:

где k_Э – коэффициент, учитывающий расход электродов на 1 кг наплавленного металла (табл. 9 приложения).

Расход электроэнергии, кВт ч, определяется по формуле:

где U_Д– напряжение дуги, В; η– КПД источника питания сварочной дуги; W_O–мощность, расходуемая источником питания сварочной дуги при холостом ходе, кВт; Т– полное время сварки или наплавки, ч.

Значения η источника питания сварочной дуги и W_O можно принять по таблице:

Выбор и обоснование источника питания сварочной дуги может быть осуществлен по табл. 1–5 приложения.

Расчет режимов сварки.

4.1
Расчет режимов сварки для ручной дуговой
сварки покрытыми электродами.

Определение режимов
сварки обычно начинают с диаметра
электрода, который назначают в зависимости
от толщины листов при сварке швов
стыковых соединений.

Так при толщине
листов 4-8 мм диаметр электрода равен,
[3, C.
180]: d_э
= 4 мм.

При ручной дуговой
сварке в соответствии с ГОСТ 5264-80
установлены следующие геометрические
размеры подготовки кромок под сварку
и размеры сварного шва, которые приведены
в таблице 6.

Таблица 4.1 – ГОСТ
5264-80, геометрические размеры подготовки
кромок под сварку и сварного шва

Условное обозначение сварного соединения	Конструктивные элементы	S=S1	b	e, не более	g
подготовленных кромок свариваемых деталей	сварного шва	Номин.	пред. откл.	8	Номин.	пред. откл
С2			5	2	+1,0 -0,5	2	+1,0 -1,0

Расчет производим
согласно формулам [3,C.180]
:

Определим площадь
поперечного сечения наплавленного
металла по формуле:

(1)

Данные (смотри
таблицу 6) подставим в формулу (3) и
получим:

Определим силу
сварочного тока.

При ручной
дуговой сварки сила тока выбирается в
зависимости от диаметра электрода и
допускаемой плотности тока:

,
(2)

где d_э
– диаметр
электрода;

j
– плотность тока, согласно [3,С.182, таблица
40] для электродов с фтористо-кальциевым
покрытием и диаметром 4мм, плотность
тока равна:j
= 10 – 14,5 А/мм².

Тогда, сила тока
равна:

А
.

Расчетные
значения тока отличаются от фактических,
то для электродов марки ЦЛ-11 диаметром
4мм для сварки в нижнем положении по
ГОСТ 9466-60, принимаем:

Определим
напряжение дуги по формуле:

,
(3)

.

Напряжение дуги
при ручной дуговой сварке изменяется
в сравнительно узких пределах и при
проектировании технологических процессов
сварки выбирается на основании
рекомендаций сертификата на данную
марку электродов, [3,c.182].

Для вычисления
величины сварочных деформаций и некоторых
других расчётов бывает необходимо
учесть тепловое воздействие на свариваемый
металл, определяемой погонной энергией,
[3,с.182]:

(4)

где U_д–
напряжение дуги, В;

η_и
– эффективный
К.П.Д. дуги ; для дуговых способов сварки
он равен,[4. с.25]: η_и=
0,6 ÷0,9;

V_св–
скорость сварки, которая определяется
по формуле, [3,с.183]:

(5)

где α_н
– коэффициент наплавки, г/А·ч; α_н=11,5
г/А·ч;

γ
– плотность наплавляемого металла γ
= 8,1 г/см³;

F_н
– площадь наплавленного металла; F_н
= 0,22 см²
.

Таким образом:

.

V_св=10,3м/ч.

Следовательно,
погонная энергия равна:

.

Определим количество
проходов, которое необходимо для
образования соединения.

Согласно [5,
С.7], количество проходов определим по
формуле:

(6)

где F₁
– площадь поперечного сечения металла
наплавляемая за один проход;

F_n
– площадь поперечного сечения металла
наплавляемая за последующий проход.

Площадь
поперечного сечения металла наплавляемая
за один проход определим по формуле,
[5, С.6]:

(7)

где d_э
– диаметр электрода; d_э
= 4 мм.

Таким образом:

.

Площадь
поперечного сечения металла наплавляемую
за последующий проход определим по
формуле, [5, С.6]:

(8)

Тогда:

.

Следовательно
количество проходов равно:

.

Принимаем n
= 1.

Максимальную
температуру на расстоянии r рассчитывают
по формуле:

отсюда получаем
изотермы плавления:

,
(9)

где qп – погонная
энергия.

где qэ-эффективная
тепловая мощность источника, Вт

где сρ= 4.7 Дж/см3·град
– объемная теплоемкость.

Подставляя значения
получим:

Для одного прохода:

Глубина провара

Примем глубину
провара равной 4,6мм.

Для этого определим
площадь проплавления по формуле

;

где е=8мм – ширина
шва, Н=3,9мм – глубина провара, (на основании
таблицы 17).

;

Площадь наплавленного
металла
.

Рассчитаем долю
участия основного металла в металле
шва по формуле[1,cтр.85]:

где Fпр- площадь
проплавления;

Fн- площадь
наплавки.

Тогда:
γ₀=.

Определим
расстояние от центра сварочной ванны
до изотермы плавления, которая для
низкоуглеродистых сталей вычисляется
по формуле, [3, С.184]:

,
(10)

где е = 2,718;

q_п
= 10150 Дж/см;

Т_пл
= 1425°С;

–
объемная теплоемкость Дж/см3·град (для
аустенитных сталей
= 4,7Дж/см3·град);

Таким образом:

.

Определим
глубину провара по формуле [3, С.184]:

(11).

Таким образом:

.

В ходе данных
расчётов выбрали режимы для ручной
дуговой сварки покрытыми электродами,
которые обеспечивают формирование
геометрии шва согласно ГОСТ 5264-80.

4.2
Для сварки под слоем флюса.

Таблица 4.2 -Тавровое
сварное соединение С2 для дуговой сварки
под флюсом.

(ГОСТ 8713-79).

Условное обозначение сварного соединения	Конструктивные элементы	S=S1	b	e, не более	g
подготовленных кромок свариваемых деталей	сварного шва	Номин.	пред. откл.	8	Номин.	пред. откл
С2			5	2	+1,0 -0,5	2	+1,0 -1,0

Для сварки под
флюсом пластин толщиной 5мм принимаем
диаметр проволоки d_э=2мм.

1) Площадь
наплавленного металла:

F_н=К²/2,

(12)

где К – катет шва,
мм;

F_н=7²/2=24,5мм²=0,245см²

2) Сила сварочного
тока I_св:

I_св=π×d_э/4
× j,
(13)

где d_э
– диаметр электрода, мм;

j – допускаемая
плотность тока, А/мм²
[1, с. 196].

I_св=((3,142²)/4)150=471
А

3) Напряжение дуги:

U_д=20+50×10^-3/_э
×I_св
,
(14)

U_д=20+((5010^-3)/)471)
=36,8 В.

4) Скорость сварки:

V_св=(α_нI_св)/(3600γF_Н),

(15)

где α_н
– коэффициент наплавки, г/А ч;

γ=8,1 – плотность
наплавленного металла, г/см³.

Так как при сварке
под флюсом потери металла составляют
2-3%,то α_нα_р.

α_р=6,3+((70,210^-3)/(
d_э^1,035))I_св,

(16)

α_р=6,3+((70,210^-3)/(
2^1,035))471
=22,44 г/А ч

V_св=(13,46471)/(36008,10,25)=0,86
см/с=30,96 м/ч

5) Погонная энергия:

g_п=I_св×И_g×η_и/V_св,

(17)

где I_св
– сварочный
ток;

И_g
– напряжение;

V_св
– скорость
сварки;

η_и=0,850,95
– эффективный КПД для дуговых методов
под флюсом.

g_п=(47136,80,85)/0,86=17,13
кДж/см=4111,2 кКалл/см

6) Глубина провара:

H=
А,

(18)

где А=0,0156 для сварки
под флюсом.

Ψ_пр=
К(19-0,01I_св),

(19)

где К – коэффициент
проплавления.

К=0,367×i^0.1925
,

(20)

К=0,367×45^0,1925=0,763

Ψ_пр=0,763(19-0,01471)=10,7

Н=0,0156=0,48
см

7) Ширина валика:

е=F_н/0,73q,

(21)

е=0,245/0,730,2=1,7см

8) Общая высота
шва:

С=Н+q,

(22)

С=0,48+0,2=0,68 см

9)
Мгновенная скорость охлаждения металла
в околошовной зоне:

,

(23)

где ω=f()
– безразмерный критерий;

λ – теплопроводность,
Вт/см*⁰С;

сρ – обьемная
теплоемкость, Дж/см³*⁰С;

T₀
– начальная
температура изделия, ⁰С;

T
– температура наименьшей устойчивости
аустенита, ⁰С.

Для большинства
аустенитных сталей :

λ=0,16 ; сρ=4,9 ;

Т=550-600 ⁰С
; Т₀=20
⁰С

(24)

⁰С/С

Согласно рекомендациям
[1,с.292] для сварки заданной марки стали
во избежание коробления нужно применять
способы и режимы сварки, обеспечивающие
максимальную концентрацию тепловой
энергии. Большее почти в 5 раз, чем для
углеродистых сталей, удельное сопротивление
металла является причиной большого
разогрева сварочной проволоки и
электродного металла, что обуславливает
повышенный коэффициент расплавления.
Учитывая это, при сварке снижают вылет
электрода и увеличивают скорость подачи
проволоки. Примем
.

Т.к.
при сварке постоянным током обратной
полярности удельное количество теплоты,
выделяющееся в приэлектродной области,
изменяется в небольших пределах, и
составляющая

Величина
второй составляющей коэффициента
расплавления может быть рассчитана по
уравнению, предложенному Б. К. Панибратцевым.

(25)

Где
–
вылет электрода, см;dЭ
– диаметр электрода, см.

Величину вылета
электрода при сварке под флюсом выбирают
в пределах 20-80 мм.

Меньшим
диаметром электрода соответствуют
меньшие значения вылета и наобарот.

Тогда

Определяем
скорость сварки:

;

Погонная энергия:

;

(26)

где
η_и=0,850,95
– эффективный КПД для дуговых методов
под флюсом;

Примем
η_и=0,9;

Мгновенная скорость
охлаждения металла в околошовной зоне
[2,стр.213, п 7.4]:

λ= 0,16 Вт/см К –
теплопроводность, [2,стр.152,табл.5.1];

сρ =4,9 Дж/см³
К – объемная
теплоемкость высоколегированных
аустенитных сталей;

T₀
= 20⁰С
– начальная температура изделия;

T
=550-600 ⁰С
– температура наименьшей устойчивости
аустенита;

w
– безразмерный критерий процесса
охлаждения, который зависит от свойств
свариваемого металла и условий сварки,
выраженных через безразмерную величину
1/θ, определяемую по формуле:

по
[2,стр.215, рис.7.7] ω = 0,1 при
;

Согласно
рекомендаций [5,стр.28] желательно
обеспечить повышенную скорость охлаждения
металла после сварки для измельчения
структуры металла шва, снижению степени
ликвации легирующих элементов. И
произвести нормализующий отпуск при
температуре 650-700 С для предотвращения
межкристалидной коррозии и уменьшению
внутренних деформаций в ЗТВ

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #