А  форма разделки; б  схема заполнения разделки; в  форма и параметры корневого слоя; г  форма и параметры последующих слоев

В подгруппу Вф1 включим сварные соединения, сечения корневого шва которых определены формой соединения: С12, С21, С39, С40, С41, У3, У7, Т2, Т4 и Т7.

Из геометрии следуют выражения для определения площади наплавленного металла корневого прохода этой группы соединений:

для С12, С21 Аф и С21 Афк : ; (1)

для С21 Афш : , (₀=25°); (2)

для С39-С41: , (₀=25°); (3)

для У3 и У4 : , (₀=45°); (4)

для У7, Т2 и Т7 : . (5)

Подгруппа Вф2 объединяет соединения, свариваемые на медном ползуне и при остающейся металлической подкладке: С9, С10, С11, С18, С19, С20, С34, С35 и С37. Выполнение корневого и последующих слоев сварных соединений этой подгруппы можно рекомендовать на одинаковых режимах, выбирая F₁=Fп и равные максимальному допустимому значению для конкретной стали.

Подгруппу Вф3 составляют соединения С9, С15, С18, С25, С32, С33, С36, С38, Т8 с V, K и Х-образной разделкой, корневые швы которых выполняют на весу или на флюсовой подушке. Для сварных соединений этой подгруппы площадь следует ограничить величиной 30–35 мм² с целью предупреждения образования прожогов.

В подгруппу Вф4 объединим соединения с одно- и двухсторонней Y-образной разделкой: С23, С26, С31 и Т5. Выполнение корневого шва этих соединений следует производить во избежание прожога на весьма низких параметрах режима сварки, для этого площадь корневого шва ограничим значением 15–25 мм² (F₁=15 мм² для С31 и Т5, F₁=20 мм² для С23 и F₁=20-25 мм² для С26).

Для определения сечения последующих швов нужно прежде всего рассчитать общую площадь наплавленного металла многопроходного шва F_но, которая определяется геометрией разделки и формой шва. Для этого необходимо вычертить разделку сварного соединения с контуром шва, разбить площадь наплавленного металла на элементарные фигуры, и вычислить их площади через известные размеры.

Задавшись граничными значениями F_{п min} и F_{п max}, количество последующих проходов m и сечение последующих швов F_п можно определить из следующих соотношений:

– если разность F_но – F₁  F_{п max} , то принимаем m=1, если нет, то определяем

; (6)

– если F_но – F₁  m_мF_{п max} , где m_м – целая часть числа m_н, то принимаем m=m_м, если нет, то m=m_м+1.

Площадь сечения каждого последующего шва найдем по выражению

. (7)

Сформулированные здесь требования к выбору F₁ и F_п для сварных соединений с разделкой кромок по ГОСТ8713-79 могут быть распространены и на негостированные соединения, выполняемые под слоем флюса.

Определение требуемых и расчетных значений глубины проплавления и ширины шва

Для соединений подгруппы Вф1 требуемые значения глубины проплавления и ширины шва определены формой соединения, и их вычисление не вызывает затруднений:

для С12, С21 Аф и С21 Афк : ; (8)

для С21 Афш : ; (9)

для С39, С40, С41, У3 и Т4: ; (10)

для У7, Т2 и Т7 : . (11)

Ширина шва (требуемая расчетная) для стыковых соединений этой подгруппы задана в соответствующих таблицах ГОСТ 8713-79, а для соединений У7, Т2 и Т7 ее расчетное значение с учетом прибавки e_ш=3 – 5 мм может быть найдено по выражению

, (12)

а для соединений У3 и Т4

. (13)

Расчетное значение глубины проплавления найдем исходя из условия равенства общей высоты шва H₁, ширины шва e_шр1 и площади наплавленного металла F₁ при сварке на одинаковых режимах. Из этих соображений получим следующие формулы для вычисления h_1р :

для С12, С21 Аф и С21 Афк ; (14)

для С21 Афш, С39, С40 и С41

, (₀=25°); (15)

для У3 и Т4

, (₀=45°); (16)

для У7, Т2 и Т7

. (17)

Зная площадь наплавленного металла корневого шва F₁ (выражения (1) – (5) ), его расчетную ширину e_шр1 и высоту h_1р , можно рассчитать параметры режима сварки.

Для соединений подгруппы Вф2 прежде всего следует определить требуемые значения h₁ и e_ш1.

Для случая, когда толщина свариваемых элементов небольшая и сварку можно выполнять за один проход, h₁ = S, а ширина шва e_ш1 = e_шр1 и выбирается по соответствующей толщине по ГОСТ 8713-79 (табл. 12-14, 20-22, 27, 28 и 31). Если F₁  F_но, то требуемые расчетные значения глубины проплавления и ширины шва следует определять исходя из геометрии разделки. Так, по выражениям (6) и (7) находим значение площади корневого шва F₁ = F_н .

Для С9 – С11 значения h₁ и e_ш1 найдем исходя из следующего выражения для площади корневого шва (см. рис.1):

. (18)

После преобразований получим

. (19)

Решение этого уравнения дает

. (20)

Ширину корневого шва в соответствии с рис.1 определяем из равенства

, (21)

если h₁С₀, то e_ш1=b.

Увеличив требуемое значение e_ш1, ограниченное боковыми гранями свариваемых кромок, на 5 мм, получим расчетную величину ширины шва:

; (22)

Для соединений С18 – С20 и С36 из формулы

(23)

найдем выражения для определения h₁ и e_ш1 :

; (24)

. (25)

Для соединений С34 и С35 расчет h₁, h_1p, e_ш1 и e_шр1 осуществляем по схеме, представленной ниже.

Выражения для определения h₁ и e_ш1 для соединений подгруппы Вф3 будут практически совпадать с таковыми для аналогичных соединений подгруппы Вф2. Разница только будет в значении F₁, которое в данном случае ограничивается величиной 30 – 35 мм². Так, для соединений С9, С15 и Т8 при определении h₁ и е_ш1 будем использовать выражения (18) – (21), а для С18, С33, С36 и С38 выражения (23) – (25).

Для соединений подгруппы Вф4 требуемые значения h₁ и e_ш1 можно принять следующими:

для С23 h₁=7 мм при S38 мм и h₁=9 мм при S>38 мм, e_ш1=12 мм, е_шр1=16 мм;

для С26 h₁=10 мм, e_ш1=12 мм, е_шр1=16 мм;

для С31 h₁=4 мм, e_ш1=7 мм, е_шр1=12 мм;

для Т5 h₁=5 мм, e_ш1=7 мм, е_шр1=12 мм.

Расчетные значения глубины проплавления найдем по следующему соотношению:

, (26)

принимая, что усиление корневого шва в разделке равно нулю.

Таким же образом определяем h₁, e_ш1, h_1p и e_шр1 для негостированных сварных соединений.

Расчет параметров режима сварки корневого шва

Исходными данными для расчета являются диаметр и марка сварочной проволоки, площадь сечения F₁, глубина проплавления h_1p и ширина e_шр1 корневого валика.

Расчет осуществляем по следующей схеме. В соответствии со свариваемым металлом назначаем марку сварочной проволоки и флюса. По толщине свариваемых элементов по табл. 1 выбираем диаметр проволоки наибольшим из рекомендуемых с учетом наличия на заводе.

Таблица 1

Рекомендуемые диаметры сварочной проволоки

Толщина S (катет K), мм	Диаметр проволоки dэ, мм
2…3,9	3; 2; 1,6; 1,2; 1
4…4,9	4; 3; 2; 1,6
5…5,9	5; 4; 3; 2; 1,6
 6	6; 5; 4; 3; 2; 1,6

Для автоматической сварки диаметр проволоки необходимо выбирать из 2–6 мм, а полуавтоматической – из 1–2 мм. Наиболее часто для АСФ используется сварочная проволока диаметром 3, 4 или 5 мм.

В зависимости от dэ задаемся весьма приближенным значением сварочного тока I_св, А [4]:

, (27)

определяем напряжение на дуге U_д, В, и плотность тока j, А/мм² :

, (28)

(29)

и затем методом итераций уточняем значение I_св (а соответственно U_д и j) в зависимости от параметров швов (расчетных значений ширины шва e_ш и глубины проплавления h_p). Уточненное значение сварочного тока определяем в зависимости от требуемой формы шва и других параметров режима по формуле

. (30)

Здесь коэффициент k' принимает следующие значения:

– при сварке на переменном токе k'=1;

– при сварке на постоянном токе прямой полярности при j120 А/мм² k'=2,82j^-0,1925, а при j120 А/мм² k'=1,12;

– при сварке на постоянном токе обратной полярности при j120 А/мм² k'=0,367j^0,1925, а при j120 А/мм² k'=0,92.

Уточнение осуществляем до тех пор, пока разница между предыдущим и последующим значением I_св не превышает 1 А.

Расчет скорости сварки осуществляем по формуле

. (31)

Для этого определяем коэффициент расплавления. Величина коэффициента расплавления _р состоит из двух слагаемых [1]. Первую составляющую коэффициента расплавления _р , обусловленную тепловложением дуги при сварке, определяем по формуле, г/Ач:

– на переменном токе

; (32)

– на постоянном токе прямой полярности

; (33)

– на постоянном токе обратной полярности

. (34)

Вторая составляющая коэффициента расплавления _р зависит от тепловложения вследствие предварительного нагрева вылета электродной проволоки протекающим током и определяется по формуле, г/Ач :

, (35)

где Q_рр – количество теплоты, расходуемое на предварительный подогрев вылета электродной проволоки протекающим по ней током:

, (36)

где , Р_1,2 – коэффициенты, определяемые по формулам

, (37)

, (38)

где ₀ – удельное электрическое сопротивление электродной проволоки при 0°С;

v_эл – условная скорость подачи электродной проволоки (при нулевом вылете), см/с:

. (39)

Рекомендуемые значения длины вылета электродной проволоки l_в, см, приведены в табл.2.

Таблица 2