Исходные данные для расчета :

Диаметр обечайки – 1,6 м

Длина обечайки – 2 м

Толщина стенки обечайки – 10 мм

Шов – Продольный, односторонний

Материал обечайки – ВСт3сп

Для автоматической электродуговой сварки под флюсом подобрать тип шва, определить основные параметры и режим сварки согласно исходным данным.

1 Определение типа шва :

Сталь ВСт3сп является сталью конструкционной углеродистой обыкновенного качество, по степени раскисленности «спокойная», согласно ГОСТ 380-71 [5] без ограничений к свариваемости, т.е. сварка производится без подогрева и последующей термообработки.

Согласно ГОСТ 14771-76 [7] для заданной толщины основного металла (S) и способа сварки определим тип соединения. Толщина свариваемых деталей S=10 мм.

Предварительно выберем стыковой тип соединения С17 [7]. Форма подготовленных кромок – со скосом двух кромок. Характер выполненного шва – односторонний. Эскиз стыкового соединения приведен на рисунках 1 и 2.

Рисунок 1. Стыковое соединение со скосом кромок [7]

Рисунок 2. Конструктивное исполнение шва сварного соединения [7]

Оптимальными размерами (см. рис. 1 и 2) для дальнейшего расчета выбираем [7]:

толщина свариваемых деталей – S=S₁=10 мм;

зазор притупления – b=1 мм;

высота притупления – c=1 мм;

ширина шва – е=10 мм;

высота валика – g=1 мм;

угол скоса кромки – α=20º.

2 Определение площади наплавки и числа проходов :

При определении площади наплавки F_H учитываются разделка, которая характеризуется зазором, углом разделки, высотой притупления, шириной шва:

где h – высота провара, мм, рассчитываемая по формуле:

Тогда площадь наплавки:

При назначении числа проходов учитывают, что корень шва необходимо проваривать на малых токах:

F₁=(6 - 8)·d_эл,

где d_эл – диаметр электрода, при наличии притупления диаметр электрода выбираем минимальным [1], d_эл = 3 мм.

F₁=7·3=21 мм²

Последующие проходы выполняют с большим поперечным сечением:

F_n=(10 - 12)·d_эл

F_n=11·3=33 мм²

Общее количество проходов определяется по формуле [1]:

Таким образом, выбираем один проход для заданных параметров обечайки и выбранного типа сварного соединения (см. рис. 3).

Рисунок 3. Схема заполнения разделки

3 Выбор марки сварочной проволоки и режимов сварки :

Для заданных условий сварки выберем согласно [1] сварочную проволоку СВ-08А по ГОСТ 2246-70, флюс АН-348А по ГОСТ 9087-81.

Основными параметрами режима автоматической сварки под флюсом, оказывающими влияние на размеры и форму шва, являются: сварочный ток, напряжение на дуге, скорость сварки, диаметр электрода или плотность тока в электроде.

Основное влияние на размеры и форму шва оказывает количество теплоты, выделяемое дугой, и условия ввода этого тепла в изделие.

Увеличение силы сварочного тока приводит к возрастанию мощности дуги, вследствие чего увеличивается количество расплавленного металла, как электродного, так и основного. Поэтому увеличение сварочного тока приводит к возрастанию глубины провара, высоты валика и ширины шва. При этом, вследствие увеличения давления дуги, жидкий металл более интенсивно вытесняется в хвост сварочной ванны и дуга оказывает прямое воздействие на «дно» сварочной ванны, как бы заглубляясь в металл; поэтому главным образом сварочный ток оказывает влияние на глубину провара и высоту валика, а ширина шва увеличивается незначительно. Коэффициенты формы провара и формы валика вследствие этого интенсивно уменьшаются.

Увеличение напряжения на дуге также приводит к росту тепловой мощности дуги. Так как при возрастании напряжения длина дуги увеличивается, то тепло вводится в изделие по большей площади, что приводит к интенсивному росту ширины шва и снижению высоты валика.

Характер влияния напряжения на дуге на глубину провара зависит от величины сварочного тока.

При больших токах, когда дуга «заглублена» в основной металл, увеличение напряжения на дуге первоначально приводит к увеличению глубины провара; дальнейший рост напряжения связан со значительным удлинением дуги, и увеличение тепловой мощности не компенсирует возрастающих потерь поверхностью столба дуги. При этом существенно уменьшается давление дуги на металл сварочной ванны, который накапливается в основании столба дуги достаточно толстым слоем, препятствуя непосредственному воздействию дуги на основной металл. Вследствие этого глубина провара начинает падать.

При сварке на средних токах увеличение напряжения на дуге приводит к росту глубины провара лишь в диапазоне очень низких напряжений. Дальнейшее увеличение напряжения вызывает снижение глубины провара.

При сварке на малых токах напряжение на дуге оказывает незначительное влияние на глубину провара.

Расчет режима сварки начинают с того, что задают требуемую глубину провара при сварке, которая устанавливается равной 9 мм (см. выше).

Затем определяют сварочный ток, имея в виду, что в среднем каждые 80-100А дают глубину провара 1 мм [1]:

Выберем сварочный ток I_св=800 А.

Скорость сварки определим по формуле:

где А – коэффициент, принимаемый согласно [1], А=15·10³ А·м/ч для d_эл=3 мм.

При автоматической сварке скорость сварки не должна выходить за пределы 15-60 м/час. Полученная скорость сварки удовлетворяет данному условию.

Зная величину сварочного тока и диаметр электродной проволоки, по кривым приложения 1 устанавливаем оптимальное напряжение на дуге U_д≈40 В и определяют коэффициент формы провара при данном режиме сварки:

Также напряжение на дуге возможно рассчитать по формуле:

Принимаем окончательно напряжение на дуге U_д=44 В.

Скорость подачи сварочной проволоки:

где α_н – коэффициент наплавки, г/А·ч, принимаемый согласно приложения 2, α_н=20 г/А·ч; ρ – удельный вес стали, ρ=7,8·10⁶ г/м³.

Окончательный эскиз сварочного шва приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. Эскиз сварочного шва