Расчет режимов ручной дуговой сварки

Обновлено: 23.01.2025

При ручной дуговой сварке к параметрам режима сварки относятся: - сила сварочного тока; - напряжение сварки; - скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки); - род и полярность тока. Определение основных режимов РДС производится в следующей последовательности.

1. Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и положения шва в пространстве.

При выборе диаметра электрода для сварки можно использовать следующие ориентировочные данные (Таблица 6.1)

Таблица 6.1 - Определение диаметра электрода в зависимости от толщины соединения

Толщина листа, мм	1- 2	3	4-5	6-10	10-15	> 15
Диаметр электрода, мм	1,6-2,0	2,0-3,0	3,0-4,0	4,0-5,0	5,0	> 5,0

В многослойных стыковых швах первый слой выполняют электродом 3–4 мм, последующие слои выполняют электродами большего диаметра.

Сварку в вертикальном положении проводят с применением электродов диаметром не более 5 мм. Потолочные швы выполняют электродами диаметром до 4 мм.

При наплавке изношенной поверхности должна быть компенсирована толщина изношенного слоя плюс 1–1,5 мм на обработку поверхности после наплавки.

2. Сила сварочного тока, А, рассчитывается по формуле

где К – коэффициент, равный 25–60 А/мм; d _Э – диаметр электрода, мм.

Коэффициент К в зависимости от диаметра электрода d _Э опреде равным по следующей таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Определение коэффициента К в зависимости от диаметра электрода

d_Э, мм	1-2	3-4	5-6
К , А/мм	25-30	30-45	45-60

Силу сварочного тока, рассчитанную по формуле (1), следует откорректировать с учетом толщины свариваемых элементов, типа соединения и положения шва в пространстве.

Если толщина металла S ≥ 3d _Э, то значение I _СВ следует увеличить на 10–15%. Если же S ≤ 1,5d _Э, то сварочный ток уменьшают на 10–15%. При сварке угловых швов и наплавке, значение тока должно быть повышено на 10–15%. При сварке в вертикальном или потолочном положении значение сварочного тока должно быть уменьшено на 10–15%. Допустимая плотность тока зависит от диаметра электрода и вида покрытия: чем больше диаметр электрода, тем меньше допустимая плотность тока, так как ухудшаются условия охлаждения (табл.6.3)

Таблица 6.3 - Допустимая плотность тока в электроде при ручной дуговой сварке

Диаметр стержня электрода, мм

3. Длину дуги выбирают в зависимости от диаметра электрода

Чем короче дуга, тем выше качество наплавленного металла.

4. Напряжение горения дуги (U_Д, В) пропорционально длине дуги l_д

где a, b – опытные коэффициенты. Для стальных электродов a=10В, b= 2 В/мм. Для большинства марок электродов, используемых при сварке углеродистых и легированных конструкционных сталей, напряжение дуги U _Д= 22 ÷ 28 В. 5. Площадь наплавки определяется как сумма площадей элементарных геометрических фигур, составляющих сечение шва (Рис.6.1).

Рис.6.1- Геометрические параметры для определения площадей элементарных геометрических фигур при сварке

Площадь наплавки одностороннего сварного шва, выполненного с зазором, определяется по формуле, мм

где S-толщина деталей, мм; b - зазор, мм; e – ширина шва мм; q - высота усиления, мм.

6.Скорость сварки, м/ч определятся по формуле

где α_Н – коэффициент наплавки, г/А· ч (принимают из характеристики выбранного электрода по таблице 6.4); F _ШВ – площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке (или одного слоя валика при многослойном шве), см 2 ; ρ – плотность металла электрода, г/см 3 (для стали ρ =7,8 г/см 3 ).

Таблица 6.4 - Коэффициенты наплавки для различных марок электродов

Постоянный прямой полярности

7. Масса наплавленного металла, г, для ручной дуговой сварки рассчитывается по формуле

где l – длина шва, см .

8. Время горения дуги, ч, (основное время) определяется по формуле

9. Полное время сварки, ч, приближенно определяется по формуле

где t_O – время горения дуги (основное время),ч; k_П – коэффициент использования сварочного поста, который принимается для ручной сварки 0,5 ÷ 0,55.

10. Расход электроэнергии, кВт· ч, определяется по формуле

где η– КПД источника питания сварочной дуги; W_O– мощность, расходуемая источником питания сварочной дуги при холостом ходе, кВт; Т – полное время сварки, ч.

Значения η источника питания сварочной дуги и W_O можно принять по таблице 3.5.

Таблица 3.5 - Определение значения η и W_O в зависимости от рода тока

Род тока	η	W_O
Переменный	0,8 - 0,9	0,2 - 0,4
Постоянный	0,6 - 0,7	2,0 - 3,0

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.009)

6.1. Расчет режимов ручной дуговой сварки (наплавки)

При ручной дуговой сварке (наплавке) к параметрам режима сварки относятся сила сварочного тока, напряжение, скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), род тока, полярность и др.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и положения шва в пространстве.

При выборе диаметра электрода для сварки можно использовать следующие ориентировочные данные:

Сила сварочного тока, А, рассчитывается по формуле:

где К – коэффициент, равный 25–60 А/мм; d_Э – диаметр электрода, мм.

Коэффициент К в зависимости от диаметра электрода d_Э принимается равным по следующей таблице:

Силу сварочного тока, рассчитанную по этой формуле, следует откорректировать с учетом толщины свариваемых элементов, типа соединения и положения шва в пространстве.

Для большинства марок электродов, используемых при сварке углеродистых и легированных конструкционных сталей, напряжение дуги U_Д= 22 ÷ 28 В.

Расчет скорости сварки, м/ч, производится по формуле:

где α_Н – коэффициент наплавки, г/А ч (принимают из характеристики выбранного электрода по табл. 9 приложения); F_ШВ – площадь поперечного сечения шва при однопроходной сварке (или одного слоя валика при многослойном шве), см 2 ; ρ – плотность металла электрода, г/см 3 (для стали ρ =7,8 г/см 3 ).

Масса наплавленного металла, г, для ручной дуговой сварки рассчитывается по формуле:

где l – длина шва, см; ρ – плотность наплавленного металла (для стали ρ=7,8 г/см 3 ).

Расчет массы наплавленного металла, г, при ручной дуговой наплавке производится по формуле:

где F_НП – площадь наплавляемой поверхности, см 2 ; h_Н – требуемая высота наплавляемого слоя, см.

Время горения дуги, ч, (основное время) определяется по формуле:

Полное время сварки (наплавки), ч, приближенно определяется по формуле:

Расход электродов, кг, для ручной дуговой сварки (наплавки) определяется по формуле:

где k_Э – коэффициент, учитывающий расход электродов на 1 кг наплавленного металла (табл. 9 приложения).

Расход электроэнергии, кВт ч, определяется по формуле:

где U_Д– напряжение дуги, В; η– КПД источника питания сварочной дуги; W_O–мощность, расходуемая источником питания сварочной дуги при холостом ходе, кВт; Т– полное время сварки или наплавки, ч.

Значения η источника питания сварочной дуги и W_O можно принять по таблице:

Выбор и обоснование источника питания сварочной дуги может быть осуществлен по табл. 1–5 приложения.

6.2. Расчет режимов сварки (наплавки) в углекислом газе проволокой сплошного сечения

В основу выбора диаметра электродной проволоки при сварке и наплавке в углекислом газе положены те же принципы, что и при выборе диаметра электрода при ручной дуговой сварке:

Расчет сварочного тока, А, при сварке проволокой сплошного сечения производится по формуле:

где а – плотность тока в электродной проволоке, А/мм 2 (при сварке в СО₂ а=110 ÷ 130 А/мм 2 ; d_Э – диаметр электродной проволоки, мм.

Механизированные способы сварки позволяют применять значительно большие плотности тока по сравнению с ручной сваркой. Это объясняется меньшей длиной вылета электрода.

Напряжение дуги и расход углекислого газа выбираются в зависимости от силы сварочного тока по табл. 6.1.

Зависимость напряжения и расхода углекислого газа от силы сварочного тока

При сварочном токе 200 ÷ 250 А длина дуги должна быть в пределах 1,5 ÷ 4,0 мм. Вылет электродной проволоки составляет 8 ÷ 15 мм (уменьшается с повышением сварочного тока).

Скорость подачи электродной проволоки, м/ч, расчитывается по формуле:

где α_Р – коэффициент расплавления проволоки, г/А ч ; ρ – плотность металла электродной проволоки, г/см 3 (для стали ρ =7,8 г/см 3 ).

Значение α_Р рассчитывается по формуле:

Скорость сварки (наплавки), м/ч, рассчитывается по формуле:

где α_Н - коэффициент наплавки, г/А ч; α_Н = α_Р(1-Ψ), где Ψ - коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание. При сварке в СО₂ Ψ = 0,1- 0.15;F_B - площадь поперечного сечения одного валика, см 2 . При наплавке в СО₂ принимается равным 0,3 - 0,7 см 2 .

Масса наплавленного металла, г, сварке рассчитывается по следующим формулам:

при наплавочных работах:

где l – длина шва, см; ρ – плотность наплавленного металла (для стали ρ=7,8 г/см 3 ); V_Н - объем наплавленного металла, см 3 .

Время горения дуги, ч, определяется по формуле:

Полное время сварки (наплавки), ч, определяется по формуле:

где k_П – коэффициент использования сварочного поста, ( k_П= 0,6 ÷ 0,57).

Расход электродной проволоки, г, рассчитывается по формуле:

где G_H – масса наплавленного металла, г; Ψ – коэффициент потерь, (Ψ = 0,1 - 0,15).

где U_Д– напряжение дуги, В; η– КПД источника питания: при постоянном токе 0,6÷0,7 , при переменном 0,8÷ 0,9; W_O–мощность источника питания, работающего на холостом ходе, кВт. На постоянном токе Wо = 2,0÷ 3,0 кВт, на переменном – Wо= 0,2÷ 0,4 кВт.

Справочные сведения по оборудованию для сварки в СО₂ приведены в табл. 4,5,7 приложения.

Расчёт режимов ручной дуговой многопроходной сварки

Теоретические сведения. Ручная дуговая сварка выполняется плавящимся или неплавящимся (угольным, графитовым, вольфрамовым, гафниевым) электродом. При сварке плавящимся электродом (рис. 3.1) дуга горит между электродом и изделием. Формирование металла шва осуществляется за счет материала электрода и расплавления основного металла в зоне действия дуги. При сварке неплавящимся электродом для формирования металла шва в зону дуги извне подается присадочный материал.

Рис. 3.1 Схема ручной дуговой сварки (наплавки) штучным электродом: 1– основной металл;

2 – сварочная ванна; 3 – электрическая дуга; 4 – проплавленный металл; 5 – наплавленный металл;

6 – шлаковая корка; 7 – жидкий шлак; 8 – электродное покрытие; 9 – металлический стержень

электрода; 10 – электрододержатель.

Наибольшее применение нашла сварка плавящимся электродом, так как ее можно приме-нять во всех пространственных положениях, сваривая черные, цветные металлы и различные сплавы. При этом используются электроды диаметром 1÷ 12 мм. Однако основной объем работ выполняется электродами диаметром 3÷ 6 мм.

Электроды классифицируются по материалу, из которого они изготовлены, по назначению, по виду покрытия, по свойствам металла шва, по допустимым пространственным положениям сварки или наплавки, по роду и полярности тока.

По назначению электроды подразделяются на следующие группы:

· для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей – У;

· для сварки теплоустойчивых легированных сталей – Т;

· для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами – В;

· для наплавки слоев с особыми свойствами – Н.

По толщине покрытия существуют следующие группы электродов:

· с тонким покрытием – М;

· со средним покрытием – С;

· с толстым покрытием – Д;

· с особо толстым покрытием – Г.

Покрытия могут быть кислые – А, основные – В, целлюлозные – Ц, рутиловые – Р и прочие – П.

Кислое покрытие состоит в основном из оксидов металла, алюмосиликатов и раскислителей. Газовая защита осуществляется за счет сгорания органических составляющих покрытия.

Сварку электродами с кислым покрытием можно производить при помощи постоянного и переменного тока. В процессе сварки сварочная ванна бурно кипит вследствие активного раскисления металла углеродом, что способствует хорошей дегазации металла шва. Поэтому даже при сварке по окалине или ржавчине получаются сравнительно плотные швы, уступающие по характеристикам пластичности и ударной вязкости металла шва электродам с другими видами покрытий. При использовании электродов с кислым покрытием существует склонность к образованию кристаллизационных трещин, большое разбрызгивание металла, значительное выделение в процессе сварки вредных марганцевых выделений. К электродам с кислым покрытием относятся электроды следующих марок: ОМА-2, ЦМ-7,ОММ-5 и др.

Основное покрытие состоит преимущественно из мрамора, плавикового шпата, раскислителей и легирующих элементов (ферромарганец, ферросилиций, феррованадий и др.). Газовая защита расплавленного металла обеспечивается углекислым газом и окисью углерода, которые образуются в результате диссоциации карбонатов.

Электроды с основным покрытием (УОНИ13/45, СМ-11, УОНИ13/55К, ВН-48, ОЗС- 33, ОЗС-25, ОЗС-18, УОНИ13/55У, УОНИ13/65, ВСОР-65У и ряд других) обеспечивают получение наплавленного металла с малым содержанием газов и вредных примесей, с высокими пластическими характеристиками и ударной вязкостью при нормальной и отрицательных температурах, с хорошей стойкостью против образования кристаллизационных трещин и старения. Поэтому такие электроды предназначаются для сварки конструкций из углеродистых и конструкционных сталей, жестких конструкций из литых углеродистых и низколегированных высокопрочных сталей.

Недостатком этого вида покрытий является повышенная чувствительность к порообразованию при увлажнении покрытия, увеличении длины дуги, при наличии окалины, ржавчины или масла на кромках свариваемых изделий.

Сварка электродами с основным покрытием ведется, как правило, на постоянном токе обратной полярности. Чтобы использовать такие электроды для сварки на переменном токе, в покрытие вводятся компоненты, содержащие легкоионизирующие элементы: калиевое жидкое стекло, кальцинированную соду, поташ и др.

Рутиловое покрытие содержит в основном рутиловый концентрат, различные алюмосиликаты и ферромарганец. Раскисление и легирование металла шва достигается наличием ферромарганца, а газовая защита – целлюлозой. Марки электродов с рутиловым покрытием: ОЗС-12, МР-3,ОЗС-6, ОЗС-4, АНО-4, ОЗС-32, ОЗС-21 и др.

Электроды с рутиловым покрытием обладают высокими сварочно-технологическими свойствами, обеспечивают хорошее формирование шва, имеют небольшое разбрызгивание, легкую отделимость шлаковой корки, малую склонность металла к образованию пор. Сварку можно вести как на постоянном, так и переменном токе.

В табл. 3.1 приведены некоторые характеристики электродов общего назначения наиболее распространенных для сварки и наплавки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Перед сваркой и наплавкой необходима прокалка электродов: с рутиловой обмазкой при t = 80 ÷120 ° С, с карбонато-рутиловым покрытием при t = 200÷250 ° С и с основным – при t = 300÷350 ° С. Время прокаливания 2÷2,5 часа.

Несмотря на широкое распространение ручной дуговой сварки при производстве сварочно-наплавочных работ, она имеет ряд недостатков: сравнительно низкое качество наплавленного металла по причине слабой защиты сварочной ванны от воздействия окружающей среды; большое колебание сварочного тока; значительную вероятность возникновения непроваров и других дефектов соединения; большие потери (до 30%) присадочного материала на угар, разбрызгивание, огарки; малую производительность из-за невозможности использования высокой плотности тока и перерывов при смене электродов; сложность технологического процесса, что требует длительного времени подготовки сварщиков и др. Все это следует учитывать при выборе способа сварки и наплавки.

Т а б л и ц а № 3.1 Характеристики электродов общего назначения

Углеродистые и низколегированные стали с σ_в ≤ 410 МПа при повышенных требованиях к металлу шва по пластичности, ударной вязкости и стойкости против образования трещин

Постоянный обратной полярности

Все положения
(электроды диаметром 5,0
мм - нижнее и
вертикальное )

Углеродистые стали с σ_в ≤ 450 МПа

Переменный, постоянный обратной полярности

Переменный, постоянный любой полярности

Все положения (электроды диаметром 5,0 мм - нижнее и вертикальное )

Углеродистые и низколегированные стали с в σ_в ≤450 МПа при повышенных требованиях к металлу шва по пластичности, ударной вязкости и стойкости против образования трещин

Углеродистые и низколегированные стали с σ_в ≤ 490 МПа при повышен-ных требованиях к металлу шва по пластичности, ударной вязкости и стойкости против образования трещин

Все положения (электроды диамет-ром 5 мм - нижнее и вертикальное)

УОНИ 13/65 Углеродистые и низколегированные стали с σ_в ≤590 МПа

Выбор и расчет режима сварки

Любой сварщик знает, что такое режим сварки, но не каждый сможет сходу сказать, как его настроить. Это не удивительно, ведь режим сварки состоит из множества параметров, как основных, так и вспомогательных. При этом все они играют вполне определенную роль и от их правильной настройки во многом зависит качество сварного соединения.

В этой статье мы научим вас делать правильный выбор и расчет режимов сварки, расскажем, какие правила нужно соблюдать, чтобы настроить аппарат. Уточним, что в данном материале мы будем говорить о режиме для ручной дуговой сварки (РДС), как наиболее простой и распространенной.

Параметры режима сварки

Выбор режима сварки начинается с параметров. Существуют основные и дополнительные. Несмотря на названия, все они важны и нужно уметь отдельно настраивать каждый параметр.

Значение сварочного тока.
Род тока (постоянный, переменный) и полярность тока (обратная, прямая).
Значение напряжения дуги.
Диаметр применяемого электрода.
Скорость сварки.
Количество проходов, за которые наплавляется шов.

Способ разделки кромок, их форма.
Качество подготовки металла под сварку.
Тип используемого электрода, марка, покрытие и т.д.
Положение сварки (горизонтальное, вертикальное, потолочное и пр.)
Угол сварки

Новички часто настраивают только основные параметры, совершенно забывая о дополнительных. Это большая ошибка. Любой опытный мастер подтвердит, что основные и дополнительные параметры взаимосвязаны и ими нельзя пренебрегать.

Приведем простой пример. Чтобы выбрать диаметр электрода, нам нужно узнать толщину металла, который нужно сварить, а также понять, какая форма разделки кромок будет использоваться. В интернете есть разные таблицы, упрощающие подбор режимов сварки, но вы должна не бездумно устанавливать значения из таблиц, а понимать суть.

Приведем еще один пример касаемо электродов. Помимо выше упомянутых критериев также важно понимать, в каком положении будет вестись сварка. Например, вам нужно сварить потолочный шов. Для этих целей сразу можно отмести электроды диаметром более 4 миллиметров. И это лишь одна ситуация из сотен возможных.

Расчет сварки

Чтобы понимать суть, неплохо было бы научиться рассчитывать режим сварки. Мы научим вас производить расчет режимов ручной дуговой сварки, поскольку эта статья посвящена именно РДС. Естественно, расчет для сварки полуавтоматом или любым другим методом будет другим. Но в рамках одной статьи невозможно раскрыть все способы расчета. Так что остановимся на РДС.

Сварочный ток

Сила сварочного тока — один из важнейших параметров. Ведь чем выше сила тока, тем быстрее металл нагревается и плавится. А высокая скорость плавления не всегда на руку, но об этом мы поговорим позже. Также при большой силе тока может образоваться перегрев электрода и детали, появятся прожоги.

Боясь совершить такие ошибки новички часто просто устанавливают минимальное значение силы тока, усложняя тем самым себе задачу. В итоге они получают не проваренные швы и нестабильное горение сварочной дуги. В худшем случае сварка просто прерывается, поскольку дуга погасает.

Если вы начинающий сварщик, можете воспользоваться таблицей снизу.

А для всех практикующих мастеров предлагаем использовать следующую формула расчета сварочного тока:

где К – коэффициент, dЭ – диаметр электрода, в миллиметрах.

Коэффициент («К») зависит от диаметра электрода («dЭ»). Чтобы узнать коэффициент посмотрите таблицу ниже:

Помимо силы важно правильно установить полярность и род тока. Здесь важно учитывать следующие особенности: если установить обратную полярность, то глубина сварки увеличится примерно на 30-40%. И наоборот, если использовать прямую полярность. Также происходит и при работе с постоянным током, глубина провара увеличивается примерно на 10-15%. А при переменном токе наоборот снижается.

Большинство опытных сварщиков устанавливают полярность и род тока по своему усмотрению. Они наблюдают за горением дуги, ее стабильностью. И исходя из этого уже выбирают данные значения.

Скорость сварки

Расчет скорости сварки необязательно проводить с помощью формул. Можно обратиться к нормативным документам, ГОСТам. В них прописана скорость сварки для каждого типа металла. На эти значения можно смело ориентироваться. Идеальным считается шов, который не имеет не проваренных участков или прожогов. Не должно быть наплывов. Также считается, что ширина качественного шва должна получиться в 2 раза больше, чем ширина используемого электрода.

Также не лишним станет понимание, что происходит с металлом при повышении или понижении скорости сварки. Если скорость слишком большая, то металл просто не нагреется до нужной температуры и швы получатся не проваренными. А значит, хрупкими и недолговечными. Ну а если скорость слишком маленькая, то металл будет сильно плавиться, образуются наплывы. Словом, стремитесь к золотой середине.

Диаметр электрода

С диаметром электрода все более-менее просто. Чем толще металл, тем больше диаметр электрода. Ниже таблица с примерными значениями.

Вместо заключения

Зная, что такое режим сварки, и понимая, как его настраивать вы уже существенно упрощаете себе работу. Ведь далее вам остается просто соблюсти технологию сварки и тогда вы гарантировано получите качественный шов. Отнеситесь серьезно к настройке режима, ведь малейшая ошибка может стоит вам не только потраченного времени, но и незаработанных денег.

Новички могут на первом этапе пользовать таблицами из интернета. Всем практикующим и опытным мастерам можем только посоветовать учиться самому настраивать сварочный аппарат и подбирать расходные материалы. Поделитесь своим опытом в комментариях, он будет полезен для наших читателей. Желаем удачи в работе!

Читайте также: