Контрольная по МДК 01.01 гр. Св

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»
филиал в г. Северодвинске Архангельской области
ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ
ЕВДОМАЩЕНКО Е.А.
Контрольная работа
по МДК 01.01
Технология сварочных работ
Северодвинск
2015
Е.А. Евдомащенко: Контрольная работа по МДК 01.01 Технология
сварочных работ
В данных методических указаниях предложены задания к контрольной
работе, даны практические рекомендации по ее выполнению, а также список
источников для самостоятельной работы студентов.
Методические указания предназначены для студентов заочной формы
обучения.
________________________________
© Е.А.Евдомащенко
© Технический колледж
Методические указания по выполнению контрольной работы
1. Общие положения по расчету режимов сварки
При проектировании режимов сварки приходиться удовлетворять требованиям,
которые нередко оказываются в противоречии друг к другу. Например, требования
получения заданной формы шва и требования к структуре металла ЗТВ и его
технологическим эксплуатационным свойствам; требование к производительности сварки
и требование к точности изготовления изделия, а именно обеспечение допустимых
значений общих и местных деформаций. Оптимизация нахождение компромисса между
противоречивыми требованиями. Поэтому произвести расчет в один прием удается не
всегда, приходится идти методом последовательных приближений.
Рассчитанный таким образом режим не может быть использован без
экспериментальной проверки. Режимы сварки, указанные в технологической
документации НИИ, прошли текущую проверку и используются непосредственно на
производстве.
Однако использование такой документации не позволяет выявить механизм
образования соединения и связи между режимом сварки и технологическим
эксплуатационными свойствами.
Расчет позволяет овладеть механизмом формирования технологических свойств
соединения и установить режим для ситуации не предусмотренной в документации.
2.
Общая схема расчета
2.1. Выбор способа сварки
Проектирование режима сварки начинается с выбора способа сварки.
Исходными данными служат:

чертежи конструкций;

принципиальная технология изготовления конструкций;

условия повышенной производительности труда;

свариваемость материала конструкций.
2.2. Выбор сварочных материалов
При выборе сварочных материалов учитывается:

способ сварки;

требования к эксплуатационным свойствам свариваемого материала,
сварных соединений и швов (прочности, пластичности плотности, коррозионные
стойкости и т.д.);

отработанные практикой технические рекомендации по применению
сварочных материалов для конкретных сталей (Приложение 2).
2.3.
Подготовка кромок
Подготовка (разделка) кромок может быть либо выбрана в соответствии с
государственными стандартами (ГОСТ 5264-80, ГОСТ 8713-79, ГОСТ 14771-76 и др.),
либо спроектирована одновременно с расчетом режимов по геометрическим параметрам
шва (при сварке под флюсом стыковых и угловых швов, выполняемых за один проход с
каждой стороны)
2.4. Расчет режимов сварки
Расчет состоит из определения следующих параметров режима сварки: рода тока,
полярности постоянного тока, диаметра электрода, значений тока, напряженности и
скорости сварки. Указанные параметры должны обеспечить полный провар кромок и
плавное сопряжение металла шва с поверхностью основного металла, этот тип расчета
выполняется при механизированной сварке плавящимся электродом (под флюсом, в
углекислом газе, смеси газов).
Необходимым критерием пригодности режима сварки является получение
коэффициента формы ванны в пределах
𝛹в =
Вш
Нв
= 1,25 … 5,0
(2.1)
коэффициент формы усиления
В
𝛹ус = Н ш = 6 … 12
(2.2)
ус
Для многопроходных швов расчет режимов ведется в два этапа. Первый этап расчет режимов сварки первого прохода, обеспечивающий заданную величину
проплавления притупления. Второй этап – распределение режима сварки второго и
последующего проходов, формирующих разделку и усиление шва.
2.5. Оптимизация режимов сварки
Удовлетворительное формирование швов – необходимый, но еще недостаточный
критерий пригодности режима сварки. Режим должен обеспечивать также требуемый
химический состав и механические свойства металла шва и не вызывать существенного
ухудшения свойств околошовной зоны.
2.5.1. Оптимизация
по
характеристикам металла шва
химическому
составу
и
механическим
Метод и режимы сварки оказывают влияние на химический состав металла шва,
который, в свою очередь, существенно влияет на его технологическую и
эксплуатационную прочность. Для обеспечения технологической прочности металла шва
при сварке конструкционных деталей в нем должно содержаться не более 0,12% углерода,
0,75-1,5% марганца, 0,2 – 0,5% кремния. При сварке высоколегированных аустенитных
сталей для исключения образования горячих трещин в металле аустенитного шва должно
содержаться не менее 6% молибдена или 5-7% марганца, или не менее 2% ферритной
фазы.
Обеспечение равнопрочности металла шва и основного металла при сварке
низкоуглеродистых сталей обычно не вызывает затруднений. При сварке легированных
сталей необходимо обеспечить статическую прочность металла шва на уровне основного,
т.е. обеспечить выполнение условия:
𝜎тш (𝛿 + 2ℎус ) ≥ 𝜎том 𝛿
(2.3)
Примечание: значительное превышение прочности металла шва не допускается по
экономическим соображениям.
Значения ударной вязкости, относительного удлинения, твердости, также должны
соответствовать значениям, установленным для данной стали соответствующими
ОСТами, техническими условиями или требованиями регистра РФ.
2.5.2. Оптимизация режима сварки по структурным критериям металла шва и ЗТВ.
Механические свойства металла зависят от скорости охлаждения металла, то есть
от способа и режимов сварки. Повышение скорости охлаждения даже при сварке
низкоуглеродистых сталей может привести к появлению закалочных структур в металле, а
следовательно, к снижению механических свойств. Поэтому механические
характеристики металла шва для углеродистых и низколегированных сталей необходимо
пересчитать с учетом скорости охлаждения.
При сварке сталей с повышенным содержанием углерода и других легирующих
элементов (среднеуглеродистых, среднелегированных, теплоустойчивых,
высоколегированных хромистых), склонных к закалке, наиболее опасным участком
сварного соединения является зона термического влияния. Наличие мартенситной
структуры в закаленных участках, обладающих низкой пластичностью, приводит к
образованию горячих трещин.
Приближенно оценить влияние термического цикла сварка на закаливаемость ЗТВ
и установить необходимость дальнейшей оптимизации режима можно по величине
эквивалента углерода Сэ, который определятся по формуле Дирдена О’Нейля:
Сэ = С +
𝑀𝑛
6
+
𝐶𝑟
5
𝑉
+5+
𝑀𝑜
4
𝑁𝑖
𝐶𝑢
𝑃
+ 15 + 13 + 2
(2.4)
где С, Mn и др. – процентное содержание соответствующих химических элементов.
При Сэ ≤ 0,45% можно считать, что расчетные режимы обеспечивают
необходимое качество сварного соединения.
При Сэ ≥ 0,45% проверка режима сварки продолжается и режим оценивается по
допустимым скоростям охлаждения или допустимому количеству мартенсита в металле
ЗТВ.
2.5.3. Оптимизация по склонности к межкристаллической коррозии.
Нагрев аустенитных хромоникелевых сталей может ухудшить свойства металла, в
частности, привести к потере стойкости против коррозии. Поэтому необходимо проверить
пригодность режима сварки по фактическому времени пребывания металла шва и
оклошовной зоны при «опасных» температурах и сравнить его с критическими
значениями.
2.5.4. Оптимизация по критерию точности.
В зависимости от размеров конструкции и толщины металла при сварке на одних и
тех же режимах, конструкция может получить различные отклонения от проектируемых
размеров и форм. Поэтому следует рассчитать деформации конструкции при данных
режимах и сравнить их с допускаемыми.
3.
Расчет режимов сварки
3.1. Выбор рода тока и полярности
Род тока и полярность оказывает влияние на распределение тепла дуги и
металлургические процессы в сварочной ванне.
При ручной сварке покрытыми электродами обеспечивается устойчивость дуги, а
значит, выбор рода тока и полярности зависит от типа покрытия. Так, при использовании
покрытия основного типа требуется постоянный ток обратной полярности.
При автоматической сварке под флюсом, при использовании постоянного тока
обратной полярности больше глубина проплавления, чем при сварке на прямой
полярности и переменном токе. Если требуется увеличить производительность наплавки,
рекомендуется использовать переменный ток или постоянный прямой полярности.
Однако в этом случае в наплавленном металле будет большое количество водорода, что
приемлемо не для всех металлов.
При сварке в среде защитного газа плавящимся электродом рекомендуется
постоянный ток обратной полярности, т.к. при других условиях существует очень сильное
разбрызгивание.
При сварке в инертных газах неплавящимся электродом используется постоянный
ток прямой полярности, т.к. в этом случае тепла выделяется больше и больше окисление
вольфрамового электрода (анода).
При сварке алюминиевых сплавов неплавящимся электродом применяют
переменный ток, что способствует разрушению окисной пленки.
3.2. Механизированная сварка стыковых и угловых соединений
Процесс ориентирован на использование проплавляющей способности дуги для
получения полного провара требуемой глубины при сварке стыковых и угловых швов за
один или за два прохода по одному с каждой стороны и первого (корневого) прохода
стыковых и угловых швов с разделкой, имеющих притупление.
В основе расчета лежит теоретическая связь между площадью расплавления и
погонной энергией дуги.
Теоретическое значение площади находится из уравнения максимальных
температур для быстродвижущегося точечного источника тепла Н.Н. Рыкалина
2
𝑞
𝑇𝑚𝑎𝑥𝑦 = 𝑇пл − 𝑇о = 𝜋𝑒𝑐𝜌𝑟 2 ∗ 𝑉
св
(3.1)
Площадь расплавленного металла есть площадь полуокружности с радиусом 2
(рис. 1а), и ее значение
𝐹пр =
𝜋𝑟 2
2
𝑞
1
св
пл −𝑇о )
= 𝑉 ∗ 𝑒𝑐𝜌(𝑇
(3.2)
Реальный шов отличается от полуокружности. Его можно описать полуэлипсом с
длинами полуосей равными Нв и Вш/2. Тогда
𝐹пр =
𝜋𝐻в2
4
𝐵
𝜋
∗ 𝐻 = 4 𝐻в2 𝜑в
(3.3)
Сравнивая 3.2 и 3.3, находим глубину ванны при наплавке на поверхность листа
(формула В.И. Дятлова)
4
𝑞
𝐻в2 = √𝜋𝑒 ∗ √𝑉 ∗ 𝑐𝜌(𝑇
1
пл −𝑇о )𝜑в
св
(3.4)
или
𝑞
𝐻в0 = 0.685√𝑉 ∗ 𝑐𝜌(𝑇
св
1
пл −𝑇о )𝜑в
(3.4)
Коэффициент формы ванны вычисляется по эмпирической формуле, полученной
путем обработки экспериментов по наплавке валиков на пластину (рис.1б).
Эмпирическое значение Нв учитывает: несоответствие модели точечного источника
реальной схеме ввода тепла в изделие; отклонение формы расплавления от теоретической;
род и полярность тока, значения тока, напряжения и диаметр электрода.
𝜑в = 𝐾 ′ ∗ 𝐾"(19 − 0.01𝐼)
𝑑э 𝑈
𝐼
(3.5)
где К – коэффициент, величина которого зависит от рода тока и полярности,
плотности тока (см. приложение 3)
Кn – зависит от способа сварки и при сварке под флюсом равен I, а при сварке в
CO2 – 0.826
При наплавке на поверхность листа глубина ванны и глубина провара совпадают.
При наличии разделки, зазора они различны и глубина провара определяется по формуле:
Hпр = С – h’ус
(3.6)
С = Hв + hус
(3.7)
Величина С называется высотой шва и является, как свидетельствует эксперимент,
постоянной величиной, зависящей только от режима сварки, но не зависящей от формы
разделки кромок (см. рис.2)
Величина валика (усиления) hус (см. рис. 1) в первом (корневом) проходе стыкового
(рис. 2 в) и углового шва (рис. 2г, д)является высотой заполнения разделки.
3.2.1. Последовательность расчета
1)
Задать требуемую глубину проплавления Нпр:

при сварке стыкового шва с полным проваром за один
проход в
мм;
Нпр = (0,75 … 0,8)δ;
(3.8)

при сварке стыкового шва с двух сторон рекомендуются симметричные
швы, но допускаются и ассиметричные (рис. 3):
Нпр = δ/2 + К
(3.9)
где К – перекрой, равный 1 …. 3 мм.
2)

Вычислить значение тока:
при сварке проволокой dэ 3мм (ток не должен превышать 1100А):
I = (75 … 90) Нпр

при сварке проволокой dэ ≤ 2мм
I = (50 … 70) Нпр
при сварке аустенитной проволокой значение тока уменьшить на 25%
3)
(3.10)
Уточнить диаметр проволоки, мм:
(3.11)
Рис. 3

низколегированная проволока
dэ = 1,5*10-3 * I1.16

(3.12)
аустенитная проволока
dэ = 4,45*10-8 * I2,86
4)
Проверить
(Приложение 4):
(3.13)
выбранные
параметры
4𝐼
𝑗 = 𝜋𝑑2
э
5)
Вычислить напряжение на дуге:
по
допустимой
плотности
тока
(3.14)
𝑈 = 20 +
50∗10−3
√𝑑э
𝐼±1
(3.15)
6)
Вычислить скорость сварки:

при dэ ≤ 2мм 𝑉св =

при dэ ≥ 2мм 𝑉св =
(8,2𝑑э −6,3)103
𝐼
(4𝑑э +2)103
𝐼
(3.16)
(3.17)
7)
Проверить глубину проплавления Нпр по формуле (3.4). При этом погонная
энергия дуги вычисляется по формуле:
𝑞п =
𝐼𝑈𝜂𝑢
(3.18)
𝑉св
где ηu = 0,85 … 0,9 – сварка под флюсом;
ηu = 0,6 … 0,7 – сварка плавящимся электродом в среде защитного газа.
Коэффициент формы провара рассчитывается по формуле (3.5). Если значение
𝛹пр ≤ 1,25, то необходимо увеличить напряжение, уменьшить ток или то и другое,
и рассчитать значение 𝛹пр снова.
8)
Рассчитать ширину шва и высоту усиления:
Ширина шва:
Вш = Нпр∗ 𝛹в
(3.19)
Высота усиления:
hус = Fус/0,75Вш
(3.20)
Значение площади усиления Fус вычисляется по выражению:
Fус = Fн - Fр
Fн и Fр – соответственно значения площадей наплавленного металла и разделки с учетом
зазора (рис. 2а, 2б, 2в).
Значения площадей разделки и зазора определяется геометрически.
Площадь металла, наплавленного за один проход, мм2:
𝛼 𝐼
𝐹н1 = 𝜌𝑉н
(3.21)
св
где Vсв – скорость сварка, м/ч.
Коэффициент наплавки определяется по таблице (см. приложение 5) или
вычисляется по формулам:
I.
для постоянного тока обратной полярности
𝛼ноп = (12 +
0,022
𝑑1,5
𝜑%
𝐼) (1 − 100)
(3.22)
Коэффициент потерь при сварке под флюсом равен 1, при сварке в активных газах:
Ψ = 4,72 +0,176j -0.445*10-4j2
II.
для постоянного тока прямой полярности
𝛼нпп = (6,3 +
III.
(3.23)
0,07
𝑑э1,035
𝐼)
(3.24)
для переменного тока
𝛼нп =0,2025(I/d)0,6
(3.25)
IV.
Проверить размеры шва по критерию формы усиления (2.2). Если
Ψус≤ 6, то выполнение требования (2.2) можно обеспечить следующим способом:
a.
путем проектирования рациональной разделки кромок, т.е. выбором угла
раскрытия ɑ и глубины разделки с:
глубину разделки можно установить следующим образом: задать величину Ψус и,
считая ширину валика неизменной, определить площадь усиления по формуле:
𝐵2
′
𝐹ус = 0.73Вш ℎус
= 0.73 𝜑ш′
(3.26)
ус
где hус – новая высота усиления, равная Вш/ Ψус
Тогда необходимая площадь разделки
Fр = Fн – Fус
a.
глубина разделки кромок (см. рис 2б)
𝐹𝑝
𝐶′ = √ 𝛼
𝑡𝑔
(3.27)
2
b.
увеличением зазора (см рис. 2а);
c.
одновременным изменением этих параметров;
d.
коррекцией режима сварки: увеличением напряжения, уменьшением тока
или изменением обоих параметров.
В любом случае необходимо определить новую глубину провара.

Аналогично рассчитать параметры режима сварки и размеры шва с другой
стороны. При этом глубина провара Нпр выбирается из условия обеспечения сплошности
шва, т.е.
Нпр = δ+ К - Нпр
(3.28)
где К – величина перекроя, равная 1 … 3 мм.
3.2.2. Последовательность расчета режимов сварки корневых проходов,
стыковых швов и угловых, выполняемых в «лодочку»
В рассматриваемых случаях (см рис.2 в-д) необходимо получить проплавление
притупления или стенки. Угловые швы, свариваемые «в лодочку», можно рассматривать
как стыковые с углом разделки α=90о. Однако, чтобы избежать порезов, коэффициент
формы ванны должен быть не более двух.
при сварке первым проходом на больших токах можно получить очертания
провара, создающие неблагоприятные условия кристаллизации приводящие к
образованию горячих трещин. Поэтому допустимую плотность тока ограничивают
нижним значением, приведенным в приложении 4.
Расчет режимов ведется в последовательности:

выбирается диаметр проволоки (для обеспечения провара корня шва
рекомендуется dэ ≤ 4мм);

𝐼=
вычисляется сварочный ток:
𝜋𝑑2
4
j
(3.29)

вычисляется напряжение по формуле (3.15), скорость сварки (3.16), (3.17),
погонная энергия (3.18), размеры шва (3.19), (3.20).

вычисляется высота заполнения разделки:
𝐹н −С𝛼
𝐶′ = √

𝑡𝑔
вычисляется глубина проплавления притупления:
Но = С – С’

𝜑в =
(3.30)
𝛼
2
(3.31)
вычисляется коэффициент формы ванны (провара) (рис. 2 в-д) по формуле:
Вш
С
(3.32)
Если 𝛹в < 1,25, то необходимо изменить параметры режима. Для углового шва
коэффициент формы провара должен быть не более двух, иначе возможны подрезы. При
𝛹в > 2 необходимо уменьшить напряжение или увеличить ток. Повторить расчет.

Вычисляется глубина проплавления
соединение):
Нс = 0,8Но
вертикальной стенки (тавровое
(3.33)
Если расчетная величина Нс < (δc /2) + 1 и необходим полный провар стенки, то
следует предусмотреть разделку кромки или уменьшить величину притупления.
3.3. Расчет режимов сварки по условию заполнения разделки и
формированию усиления шва
Методика расчета не зависит от способа сварки и подходит для ручной сварки
плавящимся или неплавящимся электродом, механизированной сварки многопроходных
стыковых или угловых швов. Отличие состоит в выборе параметров режима в
зависимости от способа сварки.
Рассматриваются виды соединений, представленные на рис. 4.
Для случая сварки соединений с притуплением расчет режимов первого прохода
показан в разделе 3.2.2.
При механизированной сварке соединений без притупления (рис.4), необходимо
предусматривать ручную или полуавтоматическую подварку корня шва, двустороннюю
или одностороннюю.
Расчет режима сварки последующих слоев начинается с выбора диаметра
проволоки, который устанавливается с учетом производительности.
Значение тока вычисляется по формуле (3.29), напряжение по формуле (3.15),
скорость сварки (3.16), (3.17), площади наплавки последующих слоев Fн (3.21).
Затем следует определить число проходов:
𝑛=
Σ𝐹н −Fн1
𝐹п
+1
(3.33)
ΣFн = Fp + Fус – площадь поперечного сечения и разделки усиления, подлежащая
заполнению. Площадь разделки включает в себя площадь, образующуюся за счет скоса
кромок, и площадь зазора. Значения площадей Fp и Fус находя как сумму площадей
элементарных геометрических фигур.
Размеры усиления задаются или определяются из условия равнопрочности (2.3).
При этом необходимо учитывать, что усиление шва может выполнятся другими
сварочными материалами, тогда условие равнопрочности запишется:
ус
𝜎тш + 𝛿 + 2𝜎т ℎус = 𝜎том 𝛿
(3.34)
Сварка углового шва наклонным электродом ведется при расположении узла,
показанном на рис.4. Электрод расположен под углом 20-30о к стенке.
При сварке за один проход без разделки диаметр проволоки выбирается по катету
шва. На практике диаметр проволоки не ограничивается величиной, равной 3 мм.
По допустимой плотности выбирать значение тока (3.29).
Напряжение дуги при сварке проволокой dэ < 2мм рассчитывать по формуле (3.16),
при сварке проволокой dэ > 2мм, по формуле:
U = 12+0,064*I
(3.35)
Напряжение должно быть не менее 18В.
Скорость сварки для одного прохода определяется катетом (Fн):
𝛼 𝐼
𝑉 = 𝜌𝐹н
н
(3.36)
При значении К 10 для сварки проволокой, dэ > 2мм и К = 8 для сварки
проволокой dэ < 1,6 мм площадь наплавки за один проход
𝐹н1 =
К2
К
(3.37)
При катетах, больших указанных значений и при сварке с разделкой вычислить
скорость сварки для dэ < 2мм по формуле (3.16), для dэ > 2мм – по формуле (3.21) и
количество проходов по формуле (3.33).
3.4. Расчет режимов ручной сварки
3.4.1. Сварка плавящимся электродом
Расчет следует вести в такой последовательности:
I.
Выбрать диаметр электрода в зависимости от толщины металла или катета
углового шва при сварке без разделки (Приложение №6). При сварке в разделку первый
проход должен выполнятся электродами dэ < 4мм для обеспечения провара корня шва.
II.
Вычислить значение тока по диаметру электрода и допускаемой плотности
тока (Приложение 4) по формуле (3.29) или приближено по формуле:
I = A dэ
(3.38)
где А – коэффициент, зависящий от диаметра электрода (для ферритных
электродов)
dэ, мм
2
3
4
5
А
25-30
30-45
35-50
40-55
При сварке аустенитными электродами величину тока, вычисленную по формуле
(3.38), следует уменьшить на 15-20%. По формулам (3.29) и (3.38) рассчитывается
величина тока для сварки в нижнем положении. С целью уменьшения объема жидкой
ванны сварочный ток уменьшают оп м
III.
Установить напряжение (в пределах 20 – 26 В)
IV.
Вычислить скорость сварки по формуле (3.36)
V.
Вычислить площадь наплавленного металла за один проход (мм2)
Для первого прохода (провар корня шва)
Fн1 = (6 … 8)dэ
(3.39)
для последующих проходов
Fн1 = (8 … 12)dэ
(3.40)
При сварке аустенитными электродами значения площади выбираются по нижнему
пределу.
VI.
Вычислить число проходов, учитывая, что максимальное сечение металла,
наплавленного за один проход, не должно превышать 40 мм2.
Примечание: металлический покрытый элеткрод можно использовать и для сварки
цветных металлов и сплавов.
Диаметр электрода с алюминиевым стержнем выбирают в зависимости от толщины
металла (не более 10 мм).
δ, мм
5-7
8 - 10
11 - 15
dэ, мм
δ-1
(δ/2)/2
(δ/2)/8
Сварка производится на постоянном токе обратной полярности.
Величина тока выбирается по выражению:

при сварке с подогревом I = (30 … 50) dэ
(3.41)

при сварке без подогрева I = (40 .. 60) dэ
(3.42)
Напряжение составляет 28 – 34 В.
Сварку меди ведут электродами диаметром 3 – 6 мм короткой дугой
(U =
18 – 20 В) на постоянном токе обратной полярности. Величина тока
I = (50 … 60) dэ.
3.4.2. Сварка не плавящимся электродом
Сварка может выполняться ручным и механизированным способом, с
присадкой и без нее.
Режим сварки вольфрамовым электродом включает в себя диаметр электрода,
сварочный ток, диаметр присадочной проволоки и расход защитного газа. Их
значения практически одинаковы для ручной и механизированной сварки.
Последовательность расчета.
I.
Выбрать диаметр вольфрамового электрода
При сварке без разделки:
dw = 0,5δ+1
(3.43)
При сварке с разделкой кромок диаметр электрода выбирают в зависимости
от типа разделки, но не более 5 мм/ 1,8 (т.2).
II.
Вычислить сварочный ток.
При сварке в аргоне без присадочной проволоки:
I = 10(7dw - 3)
При сварке с присадочной проволокой ток увеличивается на 20 -25%.
При сварке в среде гелия ток уменьшается на 25 – 30%.
III.
Выбрать диаметр присадочной проволоки
(3.44)
На практике наибольшее распространение получила проволока диаметром 1,5
– 2 мм. Проволоку диаметром 4 – 6 мм можно использовать при сварке с разделкой
кромок.
Анализ расчетных параметров
Род
№
Эскиз
Способ
тока,
проход I,
соединения
сварки полярн
а
A
ость
3.5.
Расчетные значения
U,
B
Vсв,
dэ
qп
м/ч
мм
Дж/см
Ψв
Ψус
По окончании расчетов свести в таблицу исходные данные и расчетные значения
параметров.
4.
Оптимизация технологического процесса сварки по химическому
составу и механическим характеристикам металла шва.
Химический состав металла шва влияет, прежде всего, на его структуру и
механические свойства, от него зависят технологическая и эксплуатационная прочность
шва. Химический состав металла шва определяется составом основного и электродного
металла и долей их участи в металле шва, а значит способом и режимом сварки.
Поэтому при оценке режима сварки по структурным критериям может возникнуть
необходимость его корректировки.
Химический состав металла однослойного шва рассчитывается по формуле:
Хш = Хом * γо + Хэ (1 - γо) ±ΔX
(4.1)
где Хш Хом Хэ – соответственно содержание элемента (%) в металле шва, основном
и электродном металле.
ΔX – изменение содержания элемента в процессе сварки (см. приложение 7,
таблица 2)
γо – доля участия основного металла в металле шва.
γо = Fпр / (Fн + Fпр)
(4.2)
Доля участия может быть определена графиком (рис. 5) и таблице (см. приложение
7, таблица 1)
При расчете состава металла следующего валика необходимо учитывать долю
участия основного металла и предыдущего валика (рис. 4в). Содержание элемента в
металле n-го шва:
Хпш = Хом * γо + Хn-1 * γn-1 + Хэ (1 - γо - γn-1) ±ΔX
(4.3)
Поскольку в наиболее неблагоприятных условиях находится именно корневой
проход (при многопроходной сварке), обычно ограничиваются расчетом его химического
состава.
Если свариваются разнородные стали одного структурного класса, доля участия
каждой из них составляет
γо1 = γо2 = 0,5γо
Если свариваются стали перлитного и аустенитного класса, то
γАо = 0,6γо
γ𝑛о = 0,4γо
Тогда содержание элемента в металле шва рассчитывается по выражению:
Хш = ХАом * γАо + Х𝑛ом * γ𝑛о 1 + (1 - γо)Хэ ±ΔX
(4.4)
Полученный состав по условиям сопротивляемости горячим трещинам и
эксплуатационной ударной вязкости должен содержать определенной количество
легирующих элементов, указанное в п.2.
Технологическая прочность металла аустенитного шва (сопротивляемость горячим
трещинам) обеспечивается при содержании в структуре металла не менее 2% ферритной
фазы. Если изделие эксплуатируется при toC = 375o, количество ферритной фазы
допускается не более 8% (иначе увеличивается хрупкость). В остальных случаях
допускается до 20%.
Количество структурных составляющих в металле определяется по диаграмме
Шеффлера (рис. 6). Для этого предварительно подсчитывается эквиваленты хрома и
никеля (%):
Crэкв = Cr + Mo +1.5Si + 0.5Nb + V + 3.5Ti
(4.5)
Niэкв = Ni + 30C + 0.5 Mn
(4.6)
Если химический состав и структура металла шва не удовлетворяют
установленным требованиям, необходимо выбрать другие сварочные материалы или
изменить режим сварки (долю участия основного металла γо).
Для оценки механических характеристик металла шва при сварке легированных
сталей содержащих легирующие элементы в пределах (%):
C = 0.3%, Si ≤ 0.1%, Mn ≤
2.5%, Cr ≤ 3,0%, Ni ≤ 3,0%, Mo ≤ 1,0%, Cu ≤ 3,0%, Al ≤ 0,75%, Ti ≤ 0.35%, W ≤ 2.0% (при
суммарном содержании не более 6 %), можно воспользоваться формулами Б.Д. Лебедева.
Передел прочности шва:
Доля участия основного металла при ручной (а) и автоматической (б) сварке:
2 – стыковой шов без разделки кромок при j = 70 – 100 а/мм2 и при
50 а/мм2 соответственно 3,4 – шов таврового соединения при
100 а/мм2 и j = 40 - 50 а/мм2 (4)
Рис. 5
j = 40 j = 70 –
Рис. 6
Рис. 7
(7.10)
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Значения теплофизических и механических характеристик металлов.
Марка
материала
Тпл,оС
Λ, Дж/см*с* оС
С, Дж/г*оС
P, г/см3
Ет * 104
α*106, 1/оС
σт(0,2), кг/мм2
Вст3сп
1450
0,395
0,7
7,85
12,7
11,0
24,0
Ст40
1450
0,398
0,7
7,85
12,7
12,0
34,0
09Г2, 09Г2С*
1450
0,354
0,7
7,85
12,7
15,0
33,0
10ХСНД*
1450
0,29
0,7
7,85
12,7
20,0
40,0
12ХН
1450
0,27
0,7
7,83
12,7
30,0
60,0
12ХН
1450
0,27
0,46
7,84
12,2
40,0
80,0
45Г
1430
0,21
0,62
7,6
18,0
23,0
40,0
ОХ18Н10Т
1570
0,187
0,62
7,95
17,5
11,0
22,0
Титановый
сплав ВТ-4
1700
1,66
0,54
4,50
9,5
50,0
75,0
АМг6
650
1,33
0,83
2,65
26,0
26,0
16
*Сварные швы должны обеспечивать ударную вязкость не ниже 4 кгм/см2
** Сварные швы должны обеспечивать ударную вязкость не ниже 7 гкм/см2
Марка
электрода
Марка стержня
электрода
Количество
наплавки
αн, г/а час
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Покрытые электроды и их назначение, механические свойства наплавленного металла.
Механические свойства
наплавленного металла
1
2
3
Э42А
УОНИ 13/45А
Э46
Тип электрода
Назначение
σв
σт
ам
𝛿
4
5
6
7
8
СВ-08А
8,5
46
36
18
26
АНО-4
СВ-08А
СВ-08
8,3
48
37
10
25
Э60
48Н-1
СВ-08ХН2М
9,3
74,6
57,1
16
20
Э70
48Н-11
СВ-ХГН2МТ
9,8
68
58
15
16
Э85
48Н-4
СВ-10ГМ112Т
10,3
84
73
8
13
Э-12ХМФ
48Н-6
СВ08ХМФ
10,3
50
8
16
Э10Х5МФ
ЦЛ-17
СВ-10Х5М
10,5
55
6
14
1
2
3
4
5
6
7
8
Э-04Х20Н9
УОНИ13/нж
СВ-04Х19Н9
12,5
60
36
7
24
Э-08Х18Н11М3
ЭА-400/10у
СВ-
12,0
55
35
9
25
9
Для сварки наиболее ответственных
конструкций
из
углеродистых
конструкционных и низколегированных
сталей
Для сварки углеродистых сталей
Для сварки конструкций из легированных
и высокопрочных сталей
Для сварки конструкций из легированных
и высокопрочных сталей
Для сварки конструкций из легированных
и высокопрочных сталей
Для
сварки
конструкций
из
теплоустойчивых сталей типа 12Х1МФ
Для
сварки
конструкций
из
теплоустойчивых сталей типа 12Х5МА
9
Для сварки конструкций из аустенитной
стали Cr-Ni типа 08Х18Н10 работающих
во влажной атмосфере
Сварка конструкций из аустенитной стали
04Х19Н11М3
Э-08Х18Н9ФС
ЭА-606/11с
СВ08Х19Н9Ф2С2
12,0
50
25
10
18
Э-10Х16Н25АМ6
ЭА-395/9
СВХ16Н25АМ6
10,9
62
31
12
30
Э-10Х16Н25М6АФ
ЭА-981/15
СВ09Х16Н25М6Ф
11,6
69
50
10
36
Э-08Х25Н12Т
ЭА48М/22
СВ07Х25Н12Т
11,2
55
27
8
24
Cr-Ni, работающей в агрессивной среде и
toC<360oC
Сварка маломагнитных сталей. Сварка
конструкций из аустенитных сталей,
контактирующих с морской водой.
Сварка
перлитных
сталей
типа
16Х2Н4МД. Сварка аустенитных сталей с
перлитными.
Сварка
перлитных
сталей
типа
16Х2Н4МД. Сварка аустенитных сталей с
перлитными.
Подварка корня шва при сварке
перлитных сталей
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.2. Рекомендации по выбору сварочных материалов для механизированной сварки.
Марка
Марка
Марка
проволоки для
проволоки
Марка стали
σв мш
Σт мш
σв мш
σв мш
Σт мш
флюса
сварки под
для сварки в
флюсом
СО2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Ан-348а
СВ-08А
ВСт3сп
44-50
25-35
СВ-08Г2С
56-58
43-45
ОСЦ-45
СВ-08
Ан-348а
10хснд
СВ-08А
59,3
51
СВ-08Г2С
61-63
43-53
ОСЦ-45
Ан-348а
09Г2С
СВ-08А
СВ-08Г2С
49
34-37
ОСЦ-45
17Г1С
АН-60
СВ-08ГСМТ
55,5
36,5
СВ-08Г2С
56-58
43-45
ом
ом
45
АН348-А
СВ-08А
СВ-08Г2С
0,9𝜎в
0,9𝜎в
СВ-08А
10Г2А
АН-15
СВ-08ГС
0,9𝜎вом
0,9𝜎вом
СВ-08ГА
СВ-18МХА
АН-15
СВ-18ХМА
0,9𝜎вом
25ХГСА
СВСВ-18ХМА
0,9𝜎вом
АН-15
СВ08А
60
10Х16Н25АМ6
12Х2ВФА
АН348А
СВ-18ХМА
СВ10ГСМТ
СВ-18ХМА
0,9𝜎вом
0,9𝜎вом
σв мш Σт мш
10
11
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Значение коэффициента К в формуле
Род тока
Плотность тока,
А/мм2
<120
>120
<120
>120
Полярность
Прямая
Постоянный
Обратная
Коэффициент К
2,82/j0.1925
1,12
0,367/j0.1925
0,92
I
Переменный
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Допускаемая
механизированной сварке, А/мм2
плотность
тока
в
электроде
при
Таблица 1.
Вид шва и форма подготовки кромок
0,5
Первый проход
Стыковой со скосом
кромок
Последующие
Стыковой шов без скоса кромок
Угловой шов
15
050
0
Диаметр проволоки, мм
0,8 1,0 1,6 2,0 3,0 4,0
16
80 55
0
6545- 3512 10 70 20
90 60
000
29 23 15 6050- 350
0
0
15
85 60
0
Таблица 2.
Допускаемая плотность тока в электроде с покрытием
Диаметр электрода, мм
Тип стержня
2
3
4
Перлитный
14,5-20
11,5-17
10,5-14
Аустенитный
12,5-18
10-14
8,5-12
5,0
45
2545
5
3045
5
9,0-12,5
7,9-9,0
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Значение коэффициента наплавки при механизированной
сварке стали плавящимся электродом.
Таблица 1.
dэл, мм
I, a
1,6
150-200
2,0
200-285
3,0
350-450
4,0
450-570
5,0
550-660
αн г/А*ч
13
13
13
13
13
I, a
205-260
290-375
455-560
575-700
665-795
αн г/А*ч
15
15
15
15
15
I, a
265-330
380-480
565-680
705-850
800-960
αн г/А*ч
17
17
17
17
17
Таблица 2. Значение коэффициента наплавки при аргонодуговой сварке.
Коэффициент наплавки
Материал
Тип электрода
г/А*ч
Плавящийся
7,3-9,6
Алюминий и его сплавы
Неплавящийся
1,2-3,2
Плавящийся
Неплавящийся
Титановые сплавы
14,1-15,1
1,2-32
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Выбор диаметра электрода при ручной сварке стыковых швов.
Таблица 1.
Толщина металла, мм
1,5
2,0
3,0
4-5
6-8 9-12 >12
Диаметр электрода, мм
1.6
2.0
3.0
3-4
4
4-5
5
Таблица 2.
Выбор диаметра электрода при ручной сварке угловых швов.
Катет шва, мм
2
3
4
1,62,53,0Диаметр электрода, мм
2,0
3,0
4,0
5
6-8
4,05,0
4,0
Сталь*
ПРИЛОЖЕНИЕ 7.
Доля основного металла в металле шва.
Покрытыми
электродами
П
А
П
А
0,15-0,4
0,25-0,5
0,3-0,5
-
Вид сварки
Механизированная
плавящимся
электродом
0,25-0,5
0,35-0,5
0,35-0,55
-
П
0,2-0,4
0,25-0,5
-
А
0,3-0,5
0,4-0,6
-
Корневые швы
П
0,2-0,42
стыковых
А
0,35-0,5
многослойных швов
*П – перлитная, А – аустенитная
0,35-0,6
-
0,4-0,7
-
Вид соединения
Наплавка валиков
Стык без разделки
кромок
Стык с разделкой
кромок (один проход)
Аргонодуговая
неплавящимся
электродом
0,22-0,54
-
Таблица2. Изменение содержания элементов при сварке
Изменение содержания ΔХ, %
Защитная среда
С
Mn
Si
Cr
Cu
Mo
Кислый флюс(2)
-0.03
+0.17 +0.12
-0.18
-0.05
-0.03
+0.02- -0.2-0.03Углекислый газ
-0.19
-0.04
0.03
0.3
0.06
Аргон
-0.02
0
0
0
W
-0.11
-0.03
Ni
0
-0.20.8(1)
-0.070.19
-0.220.24
-0.020.06-0.05
0.1
0.08
(1)
Большее значение ΔХ соответствует большему значению диаметра проволоки
(2)
При использовании основного флюса ΔХ=0. При ручной сварке покрытыми
электродами значение ΔХ учтено в наплавленном металле.
Аргон +20% CO2
+0.02
-0.24
ПРИЛОЖЕНИЕ 8.
Критические скорости охлаждения металла ЗТВ
Марка стали
Марка стали
𝑊0𝑚𝑎𝑥
𝑊0𝑚𝑖𝑥
40
5,0
2,4
30Г
45
4,0
2,0
12ХМ
09Г2
15,0
1,0
12ХН2
14ХГС
2,3
0,8
20ХГС
12ХГН
25
1,2
25ХН2
10ХСНД
15
0,8
2Н3
15ХСНД
9,0
1,8
35ХВФА
40Х
14
4,0
𝑊0𝑚𝑎𝑥
7,0
100
50
12
3,7
11,0
5,0
𝑊0𝑚𝑖𝑥
3,0
2,0
0,8
1,9
2,0
0,8
1,0
Задания контрольной работы
Вариант 1
•
Расчет режимов двухсторонней автоматической сварки стыкового соединения при
толщине металла 22 мм и зазора 2мм стали 09Г2 и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Режимы сварки
Сварка dэ,
мм
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
H
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Вариант 2
•
1.Расчет режимов двухсторонней автоматической сварки стыкового соединения
стали 10ХСНД толщиной 12мм и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Режимы сварки
Сварка dэ,
мм
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
Вариант 3
•
1.Расчет режимов полуавтоматической сварки в среде СО2 стали 10ХСНД
таврового соединения с катетом шва 10мм и толщиной 18мм и определить хим.
состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Режимы сварки
Сварка dэ,
мм
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Вариант 4
•
1.Расчет режимов автоматической сварки стали Ст3 толщиной 12мм стыкового
соединения, и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Режимы сварки
Сварка dэ,
мм
С 1-ой
стороны
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
Со 2-ой
стороны
Вариант 5
•
1.Расчет режимов автоматической сварки Ст40 + 08Х18Н10Т таврового соединения
толщиной 1+ 2=18+20мм и катетом К1=10мм и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Режимы сварки
Сварка dэ,
мм
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Вариант 6
•
1.Расчет режимов автоматической сварки Вст3сп + 08Х18Н10Т стыкового соединения
толщиной 1+ 2=10+12мм и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Режимы сварки
Сварка dэ,
мм
С 1-ой
стороны
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
Со 2-ой
стороны
Вариант 7
•
1.Расчет режимов ручной сварки 08Х18Н10Т стыкового соединения толщиной =
15мм и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Режимы сварки
Сварка dэ,
мм
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Вариант 8
•
1.Расчет режимов автоматической сварки 08Х18Н10Т стыкового соединения
толщиной =10мм и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Режимы сварки
Сварка dэ,
мм
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Вариант 9
1 .Расчет режимов двухсторонней автоматической сварки стыкового соединения
стали 09Г2 толщиной =20мм и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Режимы сварки
Сварка dэ,
мм
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Вариант 10
1.
Расчет режимов автоматической сварки 10ХСНД стыкового соединения
толщиной = 24мм и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Режимы сварки
Размеры
разделки
Размеры шва
Сварка dэ,
мм
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
f
P
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Вариант 11
1.Расчет режимов автоматической сварки 10ХСНД стыкового соединения толщиной
= 24мм и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Сварка Режимы сварки
dэ,
мм
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Вариант 12
1. Расчет режимов автоматической сварки 09Г2 таврового соединения толщиной
=16мм и катетом К=12мм и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Сварка Режимы сварки
dэ,
мм
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Вариант 13
1. Расчет режимов полуавтоматической сварки Вст3сп стыкового соединения
толщиной = 10мм и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Сварка Режимы сварки
dэ,
мм
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Вариант 14
1. Расчет режимов полуавтоматической сварки Ст40 стыкового соединения
толщиной =12мм и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Сварка Режимы сварки
dэ,
мм
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Вариант 15
1 . Расчет режимов автоматической сварки Ст40 + Вст3сп таврового соединения
толщиной 1+ 2=10мм и катетом К1=4мм и определить хим. состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Сварка Режимы сварки
dэ,
мм
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Вариант 16
1. Расчет ручной стыковой сварки стали 40Х толщиной 10мм и определить хим.
состав шва.
2.Определить ГОСТ сварки.
3. Вид соединения по ГОСТу
Сварка Режимы сварки
dэ,
мм
С 1-ой
стороны
Со 2-ой
стороны
Iсв,
А
Uд,
В
Vсв,
м/ч
Размеры
разделки
f
P
Размеры шва
Н
см
h
см
b
см
F
см 2
пр
в