3. Расчет параметров режима сварки

3.1. Ручная дуговая сварка

Расчет параметров режима ручной дуговой сварки покрытыми металлическими электродами проводится в следующем порядке:

I) Выбирается по ГОСТ 5264-80 форма и конструктивные элементы подготовки кромок на стандартные сварные соединения, исходя из толщины свариваемого изделия. При этом следует иметь в виду, что для одной и той же толщины свариваемого металла имеется несколько вариантов выполнения подготовки кромок, причем с увеличением толщины количество вариантов растет. Поэтому при выборе оптимального варианта необходимо, исходя из конструкции сварного изделия и технических условий на его изготовление, оценить доступ к сварному шву с лицевой и обратной стороны и возможности кантовки изделия, условия выполнения корневого шва и необходимость обеспечения обратного формирования корня шва. На основании этого устанавливается наиболее приемлемая в технологическом отношении возможная форма подготовки кромок.

В случае средних и больших толщин предпочтение отдается двухсторонним швам. Поочередная сварка с лицевой и обратной стороны снижает остаточные угловые деформации, позволяет получить качественные корневые швы, снизить массу наплавленного металла. Однако в этом случае необходимо обеспечить кантовку изделия. В монтажных условиях двухсторонний доступ к шву и кантовке соединения может оказаться невозможным, и характер выполнения швов будет односторонний.

2) Исходя из состава свариваемого материала и толщины выбирается тип, марка и диаметр электрода. При этом следует пользоваться рекомендациями таблиц 3.1 и 3.2.

При выборе диаметра электрода следует иметь в виду:

– при сварке первого (корневого) шва стыковых и угловых многопроходных швов диаметр электрода выбирается не более 4 мм, чтобы обеспечить необходимый доступ в глубину разделки;

– при сварке вертикальных стыковых и угловых швов допускается диаметр электрода не более 5 мм, а горизонтальных и потолочных швов - не более 4 мм для предупреждения вытекания металла из сварочной ванны.

Таблица 3.1

Выбор диаметра электрода для стыкового шва

Толщина свариваемого изделия, мм	1-2	3	4-5	6-12	13 и более
Диаметр электрода, мм	1,5-2,0	3	3-4	4-5	5

Таблица 3.2

Выбор диаметра электрода для углового шва

Катет углового шва, мм		2	2,5	3-7,5	8-9	Более 9
Диаметр электрода, мм	Сварка в «угол»	2,5	2,5-3	3-4	4-5	5-6
	Сварка в «лодочку»	2,5-3	3	3-5	5-6	5-6

Тип и марку электродов выбирают по рекомендациям, приведенным в приложении 2.

3) В зависимости от состава и типа покрытия определяется род тока и полярность При использовании покрытий типа Б применяется как правило постоянный ток обратной полярности.

4) Определяется число проходов. При этом следует иметь в виду, что максимальное поперечное сечение металла, наплавленного за один проход, не должно превышать 30-40 мм². При сварке угловых швов за один проход выполняют швы катетом не более 8-9 мм.

Число проходов определяют по формуле

(3.1)

где: F_ш – общая площадь поперечного сечения шва, мм²;

F₁ – площадь поперечного сечения первого валика, мм²;

F_n – площадь поперечного сечения последующих валиков, см².

Общую площадь поперечного сечения наплавленного металла шва можно определить по графикам (см. рис. 3.1), либо расчетным путем, как сумму площадей элементарных геометрических фигур (рис. 3.2).

Рис. 3.1. График для определения площади наплавленного металла во шве

а) – стыковой шов; б) – угловой шов

а) б)

Рис. 3.2. Схема разбивки сечения наплавленного металла

а) – стыковой шов; б) – угловой шов

Для стыкового шва:

F_ш = F_н1 + F_н2 +F_н3+F_н4 = 0,75 ℓ·g + b·S + (S-с)²·tg α + 0,75ℓ₁·g (3.2)

Для углового шва:

F_ш= F_н1+F_н2=1,06 kg + 0,5 k² (3.3)

Площадь поперечного сечения первого валика определяется по формуле:

F₁=(6 ÷ 8) d_э . (мм²) (3.4)

Площадь поперечного сечения последующих валиков определяется по формуле:

F_n = (8 ÷ 12) d_э . (мм²) (3.5)

5) Определяется сила сварочного тока. Величина сварочного тока зависит от диаметра электрода, состава и типа покрытия, положения шва в пространстве. Нижний предел тока ограничивается стабильностью процесса сварки, верхний - допустимой температурой нагрева покрытия (для типа покрытия А, Б и Р - не более 600 ^оC, для Ц - не более 200°С), хорошим формированием шва и др.

Для приближенных расчетов:

I_св=(К₁+К₂d_э)d_э, (3.6)

где : К₁ – коэффициент, К₁ = 20;

K₂ – коэффициент, определяется в зависимости от типа

покрытия и положения шва в пространстве по табл. 4.3.

В таблице 3.3 приведены предельные значения. Большие значения К₂ соответствуют меньшим диаметрам электродов.

Таблица 3.3

Значения коэффициентов К₂

Тип покрытия	Пространственное положение шва
	Нижнее	Вертикальное	Горизонтальное и потолочное
Кислое А	4,6÷6,8 5,7	2,4÷4,1 3,3	3,7÷5,7 4,7
Рутиловое Р	4,6÷7,3 6,0	2,8÷4,4 3,7	3,8÷6,1 5,0
Основное Б	2,6÷4,7 3,6	1,6÷2,8 2,2	1,7÷3,1 2,4
Целлюлозное Ц	2,0÷4,6 3,3	1,6÷3,4 2,5	1,6÷3,4 2,5

6) Определяется напряжение дуги U_д в зависимости от типа покрытия и уточняется по паспортным данным для каждой марки электродов (см. Приложение 1).

7) Скорость сварки (скорость перемещения дуги)

, (см/с), (3.7)

где: α_н – коэффициент наплавки, г/А·ч, определяется

по прилож.1

ρ – плотность наплавленного металла, г/см³,

F_н –площадь поперечного сечения наплавленного за

1 проход металла, см².

8) Погонная энергия сварки

, (Дж/см), (3.8)

где η – эффективный КПД дуги, для РДС η = 0,7;

9) Глубина проплавления определяется по формуле

, (см) (3.9)