Выбор режима ручной дуговой сварки

Для выполнения сварного шва прежде всего определяют режим сварки, обеспечивающий хорошее качество сварного соединения, установленные размеры и форму при минимальных затратах материалов, электроэнергии и труда.

Режимом сварки называется совокупность параметров, определяющих процесс сварки: вид тока, диаметр электрода, напряжение и значение сварочного тока, скорость перемещения электрода вдоль шва и др.

Основными параметрами режима ручной дуговой сварки являются диаметр электрода и сварочный ток. Остальные параметры выбирают в зависимости от марки электрода, положения свариваемого шва в пространстве, вида оборудования и др.

Определение диаметра электрода d_э производится в зависимости от толщины S свариваемого металла

d_э= + 1, мм. (14)

По расчётному значению d_э в соответствии с ГОСТом принимается ближайшее значение диаметра.

При толщине металла свыше 20 мм, диаметр электрода будет 8, 10 или 12 мм.

После определения всех параметров приводится запись выбранного электрода в соответствии с ГОСТ 9467–75 с расшифровкой обозначений.

Сила сварочного тока I_св определяется по формуле

I_св = К ∙ d_э, (15)

где: К – коэффициент плотности тока, А/мм

Значения К принимают с учетом диаметра электрода d_э.

dэ
К	25…30	30…45	35…50	40…45	45…60

Силу сварочного тока при ручной электродуговой сварке в нижнем положении определяют также по формуле К.К. Хренова:

I_св= (20+6d_э)d_э, А. (16)

При сварке легированных сталей применяется мягкий режим

I_св =(0,8…0,9)I , (17)

где I – сила сварочного тока для углеродистых сталей.

При сварке на переменном токе выбирается повышенное значение сварочного тока по сравнению с постоянным.

I _св.пер = (1,1…1,2)I _{св.пост} , (18)

где I _св.пер – сила сварочного тока при сварке на переменном токе.

I _{св.пост} – сила сварочного тока при сварке на постоянном токе.

Окончательно силу сварочного тока устанавливают с учётом соотношений толщины металла S и диаметра электрода d_Э. При толщине металла S>3 d_Э силу тока увеличивают на 10…15%. Сварку вертикальных и потолочных швов ведут при силе тока на 10…15 меньшей, чем при сварке нижних швов.

В среднем расход электрической энергии на 1 кг наплавленного металла при ручной сварке на переменном токе составляет 3,5…4,5 кВт∙ч, на постоянном токе – 7…8 кВт∙ч.

Длина сварочной дуги:

= 0,5(d_э + 2), мм. (19)

Напряжение сварки (для «жесткой» части вольтамперной характеристики дуги):

_с = _ак + ∙ , (20)

где _ак- падение напряжения на аноде и катоде, не зависящее от длины дуги, равное 10…12 В;

- падение напряжения, на 1 мм длины дуги, равное 2…3 В на 1 мм.

ТИПЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Сварным соединениемназывают элемент сварной конструкции, состоящей из двух или нескольких деталей конструкции и сварного шва, соединяющего эти детали. Сварные соединения бывают стыковыми, угловыми, тавровыми и нахлесточными. Стыковым называется сварное соединение двух элементов, расположенных в одной плоскости или на одной поверхности (рис.65).

а б

в г

Рисунок 65 - Стыковые соединения: а – без скоса кромок; б – с V-образным скосом; в – с Х-образным скосом; г – с криволинейным скосом

По форме подготовки кромок свариваемых деталей стыковые соединения бывают с отбортовкой кромок, без скоса кромок, с V-образным прямолинейным скосом одной или двух кромок, с V-образным криволинейным скосом одной или двух кромок, с К-образным симметричным и несимметричным скосом одной кромки, с Х-образным прямолинейным или криволинейным скосом двух кромок. По выполнению стыковые соединения бывают односторонние и двусторонние, а по применению подкладок – без подкладок и с подкладками.

Угловым называется соединение двух элементов, расположенных под прямым или произвольным углом и сваренных в месте примыкания их краев (рис. 66).

а б в

Рисунок 66 - Угловыесоединения: а – без скоса кромок; б - со скосом одной кромки; в – с двумя скосами одной кромки

По форме подготовки кромок свариваемых деталей угловые соединения бывают с отбортовкой кромок, без скоса кромок, с одним скосом одной кромки, с двумя скосами одной кромки или с односторонним скосом двух кромок. По выполнению угловые соединения бывают односторонние и двусторонние.

Тавровым называется сварное соединение, в котором к боковой поверхности одного элемента примыкает под углом и приварен торцом другой элемент (рис.67).По форме подготовки кромок свариваемых деталей тавровые соединения бывают без скоса кромок, с одним и с двумя скосами одной кромки. По выполнению тавровые соединения могут быть односторонние и двусторонние, а по протяженности – сплошные и прерывистые.

а б в

Рисунок 67 - Тавровые соединения: а – без скоса кромок; б – со скосом одной кромки; в – с двумя скосами одной кромки

Нахлесточным называется сварное соединение, в котором свариваемые элементы расположены параллельно и перекрывают друг друга (рис.68). По форме подготовки кромок свариваемых деталей нахлесточные соединения бывают без скоса кромок, с круглым и удлиненным отверстием. По характеру выполнения шва нахлесточные соединения могут быть односторонними и двусторонними, а также односторонними прерывистыми и односторонними со сплошным швом.

Рисунок 68 - Нахлесточное сварочное соединение

Элементами геометрической формы подготовки кромок под сварку (рис.70) являются: угол разделки кромок α; угол скоса кромки β (30–50º); зазор между стыкуемыми кромками b; притупление кромок c; длина скоса листа при наличии разности толщин L; смещение кромок относительно друг друга Δ.

Угол разделки кромок α = (60–90º) выполняется при толщине металла более 3 мм, поскольку его отсутствие (разделки кромок) может привести к непровару по сечению сварного соединения, а также к перегреву и пережогу металла; при отсутствии разделки кромок для обеспечения провара электросварщик всегда старается увеличить величину сварочного тока. Разделка кромок позволяет вести сварку отдельными слоями небольшого сечения, что улучшает структуру сварного соединения и уменьшает возникновение сварочных напряжений и деформации.

Зазор b, правильно установленный перед сваркой, позволяет обеспечить полный провар по сечению соединения при наложении первого (корневого) слоя шва, если подобран соответствующий режим сварки. b = 1…4 мм в зависимости от толщины металла.

Длиной скоса листа L, L₁ регулируется плавный переход от толстой свариваемой детали к более тонкой, устраняются концентраторы напряжений в сварных конструкциях. Длина L одностороннего скоса кромок определяется по формуле :

L=5(S1 – S)+6, (21)

a длина L₁ двухстороннего – по формуле:

L₁ =2,5(S1 – S)+3. (22)

Притупление кромок c выполняется для обеспечения устойчивого ведения процесса сварки при выполнении корневого шва. Отсутствие притупления способствует образованию прожогов при сварке с = 1..3 мм в зависимости от свариваемого материала.

а б в

г д

е ж

Рисунок 69 - Конструктивные элементы разделки кромок:

а, б – разделка одной кромки; в – разделка двух кромокс V-образным скосом. г – разделка двух кромок с Х-образным скосом; д – разделка двух кромок с криволинейным скосом; е,ж – разделка кромок листов разной толщины.

Смещение кромок Δ (рис.70) ухудшает прочностные свойства сварного соединения и способствует образованию непровара и концентраций напряжений (табл. 11).

Рисунок 70 - Смещение свариваемых кромок

Таблица 11 - Допускаемое смещение кромок

Толщина металла, мм	до 4	4–10	10–100	свыше 100
наибольшее допускаемое Δ, мм	0,5		0,1S, но не более 3 мм	0,01S+2, но не более 4

Элементами геометрической формы сварного шва при стыковых соединениях будут: ширина шва е; высота шва h; при тавровых, угловых и нахлесточных соединениях высота шва p и катет шва К (рис. 71).

а б

Рисунок 71 - Основные геометрические параметры сварного шва:

а – стыковой шов; б – угловой шов; a – толщина углового шва; b – зазор; s – толщина свариваемого металла; е – ширина шва; q – выпуклость шва; h – глубина провара; t – толщина шва; к – катет углового шва; p – расчетная высота углового шва.

По внешней форме сварочные швы подразделяются на выпуклые (рис. 72, а), нормальные (рис. 72, б) и вогнутые (рис. 72, в).

а б в

Рисунок 72 - Формы сварных швов: а – выпуклые, б – нормальные, в – вогнутые

Выпуклые швы имеют большее сечение и поэтому называются усиленными. Однако большая выпуклость для швов, работающих при знакопеременных нагрузках, вредна, так как вызывает концентрацию напряжений в местах неплавного перехода от шва к поверхности основной детали. Вогнутые (ослабленные) швы применяют, как правило, в угловых соединениях. В стыковых соединениях они не допускаются. Нормальные швы по сечению соответствуют расчетным и приняты как основной вид сварного шва.