Основные параметры режима механизированной сварки (автомати­ческой и полуавтоматической) под флюсом и в защитных газах, оказывающие существенное влияние на размеры и форму швов, — сила сварочного тока, плотность тока в электроде, напряжение дуги, скорость сварки, химический состав (марка) и грануляция флюса, род тока и его полярность.

При определении режима сварки необходимо выбрать такие параметры его, которые обеспечат получение швов заданных

 

размеров, формы и качества. Основное условие получения сплошности провара сечения при двусторонней автоматической или полуавтоматической сварке стыко­вого соединения (рис. 94)

Hi + H2 = S + k,

где Яг и #2 — глубина провара при сварке с одной и другой стороны; S — тол­щина свариваемых листов; к — пере - к рытие.

Однако это условие недостаточное для определения качества шва. Для того чтобы швы обладали высокой технологической и эксплуатационной прочностью, необходимо получить опреде­ленные значения и других размеров шва, а именно, его ширины е и высоты валика g.

Отношение ширины шва к глубине провара называют коэффи­циентом формы провара фпр, а отношение ширины шва к высоте уси­ления — коэффициентом формы усиления ф„. Для автоматической и полуавтоматической сварки значения ф„р должны составлять 0,8—4. При меньшем значении будут получаться швы, склонные к образованию горячих трещин, при больших — слишком широ­кие швы с малой глубиной провара, что нерационально с точки зрепия использования теплоты дуги и приводит к увеличенным деформациям.

Значения |]'л для хорошо сформированных швов не должны выходить за пределы 7—10. Малые значения фв имеют место при узких и высоких швах; такие швы не имеют плавного сопря­жения с основным металлом и обладают неудовлетворительной работоспособностью при переменных нагрузках. Большие зна­чения фв соответствуют широким и низким усилениям; такие швы нежелательны по тем же причинам, что и швы с чрезмерно большим значением фпр, а также в связи с возможным уменьше­нием сечения шва по сравнению с сечением основного металла из-за колебаний уровня жидкой ванны.

Для получения швов оптимальной формы необходимо уста­новить связь между параметрами режима сварки и основными размерами шва.

Размеры и форма шва определяются количеством теплоты, введенной в изделие, и характером ввода этой теплоты. При действии точечного быстродвижущегося источника квадрат рас­стояния до изотермы плавления согласно (20) определяется как

г2 _______

лесуТ пл-

При расчетном определении по схеме точечного быстродвижу­щегося источника теплоты площадь, ограниченная той или иной
изотермой в поперечном сечении, пред­ставляет собой полуокружности радиу­са г (кривая 1, рис. 95). Поэтому пло­щадь провара (площадь, ограниченная изотермой плавления Тая)

(22)

Однако фактическая форма провара Рис. 05. Очертания площа - при автоматической и полуавтомата - ди пР°ваРа ческой сварке в большинстве случаев

отличается от полуокружности: при сварке на больших силах тока и низких напряжениях фпр < 2 (кривая 2, рис. 95), а при сравнительно небольших силах тока и высоких напряжениях ■фпг > 2 (кривая 3, рис. 95).

В. И. Дятлов предложил сделать допущение, что фактическая форма провара представляет собой полуэллипс, площадь кото­рого равна площади полуокружности, определенной по формуле (22). Площадь полуэллипса, одна из полуосей которого равна е/2, а другая Я может быть определена,

Приравнивая правые части уравнений (22) и (22а) и решая относительно //, получим

Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей при сварке под флюсом низкоуглеродистой проволокой А = 0,0156, поэтому

II = 0,0156 У дЖПр. (23)

При сварке в углекислом газе низкоуглеродистых и низко­легированных сталей электродной проволокой мароїх Св-08Г2С и Св-08ГС А = 0,0165. Тогда глубина провара Я для этих усло­вий

Я = 0,0165 У <?п/фпр-

Таким образом, для расчета глубины провара необходимо определить погонную энергию

0, 24/ сви дТ]и

г;С)!

и знать коэффициент формы провара, который зависит главным образом от величины сварочного тока, диаметра электрода и напряжения дуги. Зависимости фпр = / (Яд, /св) для разных
диаметров электродной проволоки, полученные экспериментально для сварки на переменном токе под кислыми высокомарганцови - стыми флюсами (типа ОСЦ-45 и АН-348А), приведены на рис. DC.

Обработка экспериментальных данных, накопленных в тече­ние многих лет, позволила установить следующую зависимость коэффициента формы провара от основных параметров режима сварки:

фг| = к' (19 - 0,01/СБ) (24)

■'СВ

где к' — коэффициент, величина которого зависит от рода тока и полярности; d3 — диаметр электродной проволоки, мм.

Величина коэффициента к' при плотности тока /<120 А/мм8 при сварке постоянным током обратной полярности

к' = 0,367/°>1925;

при сварке постоянным током прямой полярности

к' = 2,82/Я*“.

При / 120 А/мм2 величина коэффициента к' остается неиз­

менной (для постоянного тока обратной полярности к' = 0,92, прямой полярности к' = 1,12). При сварке переменным током во всем диапазоне плотностей тока к' — 1 = const.

Зная глубину провара и фпр, можно определить ширину шва

Є = фпр Я.

Для вычисления высоты валика g сначала рассчитывают пло­щадь поперечного сечения наплавленного металла по формуле (19). Значение коэффициента наплавки ан при определении FH но фор­муле (19) принимают по экспериментальным данным (рис. 97), а также расчетом. Ввиду незначительных потерь электродного

Рис. 96. Зависимость фпр от сила тока и напряжения (ток переменный): а) d3 — 2 мм; б) = 5 мм

металла при механизированной сварке под флюсом с достаточной дли практических расчетов степенью точности можно Припять, что коэффициент наплавки а„ равен коэффициенту расплавления ар.

Величина коэффициента расплавления ар состоит из двух слагаемых:

аР = ар+Лар, (25)

где а'р — составляющая коэффициента расплавления, обусловли­ваемая тепловложением дуги, г/А-ч; Аар — составляющая коэф­фициента расплавления, зависящая от тепловложения вследствие предварительного нагрева вылета электрода протекающим током, г/А-ч.

При сварке постоянным током обратной полярности удельное количество теплоты, выделяющееся в приэлектродпой области, из­меняется в небольших пределах, и составляющая коэффициента расплавления а'р = 11,6 ±0,4.

При сварке постоянным током прямой полярности и перемен­ным током

<2р = А--В1сб, (26)

где А и В — коэффициенты.

Анализ экспериментальных данных позволил установить значение коэффициентов А и В для условий выполнения сварки на переменном и постоянном токе прямой полярности низкоугле­родистой проволокой под кислыми высокомарганцовистыми флю­сами. Если подставить эти значения в формулу (26), то расчетные формулы примут вид:

при сварке постоянным током прямой полярности

70,2 - 1СИ3 т

Т" d3K035 ■‘CBI

при сварке переметшим током

, 70,2- Ю-з т Т--£т~ 'ев-

Величина второй составляющей коэффициента расплавления [см. формулу (25)1 может быть рассчитана по уравнению

Дар = -%^3600,

1 ЧЛси

где Qu. n — количество теплоты, расходуемое на предварительный подогрев вылета электродной проволоки протекающим по нему током; <7Э — количество теплоты, необходимое для расплавления 1 г электродной проволоки (для низкоуглеродистой проволоки qa = 500 кал/г).

Значение (),, !, можно рассчитать по формуле

Qn.n = 0,1884/2Ройэ [-^r -1) -,

где / — плотность тока в электроде, А/см2; р0 — удельное элект­росопротивление электродной проволоки при 0е С (для низко- углеродистой проволоки р„ = 14 • 10~е Ом • см); da — диаметр электродной проволоки, см; v3 — условная скорость подачи электрода, см/с (скорость плавления электродной проволоки при нулевом вылете); а — коэффициент температуропроводности, см2/с; а — температурный коэффициент электрического сопро­тивления (для низкоуглеродистой стали а 0,0083° С"1); fj — коэффициент, равный 0,24/2 pjfcc/; с — теплоемкость, кал/г • 0 С; j — плотность, г/см3; Л — вылет электрода, см; Тл — температура плавления проволоки; Т0 — начальная температура проволоки; Pi 11 Pi — коэффициенты;

_ _ f~4 7

Ih-2 — 2a + V ia* •

При механизированных способах сварки под флюсом ар ан. При сварке в защитных газах величина коэффициента наплавки может существенно отличаться от величины коэффициента рас­плавления в связи с потерями электродного металла:

ан = ар (1 — ф),

где ф — коэффициент потерь, под которым понимают отношение количества металла, потерянного в виде брызг и угара, к пол­ному количеству расплавленного электродного металла;

ф = 1 Gu/Gv.

Анализ экспериментальных данных, полученных при сварке в среде углекислого газа электродной проволокой марки Св-08Г2С, показал, что величина коэффициента потерь (%) для сварки при

оптимальных напряжениях дуги зависит от плотности тока в электроде:

ф = —4.72 + 1Д6-10 »/- 4,48-10 4/2. (27)

Уравнение (27) позволяет рассчитать ожидаемую среднюю величину коэффициента потерь в диапазоне плотностей тока 60—320 А/мм2. Средняя квадратичная ошибка при этом состав - ляет 2,96%. Таким образом, найдя значение а„, по формуле (19) определяют площадь наплавки Fn.

При наплавке или сварке стыковых соединений без скоса кромок с нулевым зазором наплавленный металл располагается в виде валика над поверхностью листов. Площадь поперечного сечения такого валика

Ав = Fu ± egpE,

где g и е — высота и ширина валика; р„ — коэффициент полноты валика, т. е. отношение площади поперечного сечения валика к площади прямоугольника, основание и высота которого равны ширине и высоте валика.

Опытные данные показывают, что в условиях автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, а также в среде угле­кислого газа, в диапазоне режимов, обеспечивающих удовлетво­рительное формирование, коэффициент полноты валика рв изме­няется в узких пределах и практически имеет устойчивое значе­ние нв =- 0,73.

g = Рн/0,73е. (28)

При наличии разделки кромок размеры глубины провара и вы­соты валика будет отличаться от размеров, полученных при сварке стыковых соединений без разделки на одинаковом режиме. Однако наличие разделки, зазоров, тип шва влияют главным образом на соотношение долей участия основного и наплавленного метал­ла, а контур провара и общая высота шва С при неизменном режиме сварки остаются практически одинаковыми (рис. 98). Поэтому

с достаточной для практических це­лей степенью точности можно счи­тать, что для неизменного режима

С = #-{-£ = consl. (29)

Зная общую высоту шва С при наплавке можно определить глубину провара Н' при наличии зазора и разделки:

Н' — С — g', (30)

где Н' — глубина проплавления (расстояние от поверхности листов до наиболее удаленной точки, лежащей на изотерме плав­ления) при наличии разделки, зазора в стыке или зазора и раз­делки; g' — высота валика при наличии разделки, зазора в стыке или зазора и разделки.

Высоту g' при наличии разделки и зазора (рис. 99) можно определить так:

F„-h^lg~-Cb
"0,73e — h

Формулы (23)—(31) позволяют определить основные размеры шва в зависимости от применяемого режима сварки. Пользуясь этими зависимостями, можно решить и другую задачу: рас­считать режим сварки, обеспечивающий требуемые размеры зоны проплавления. В зависимости от типа соединения последователь­ность расчета режима сварки различна.