Задача 6:Определите необходимое количество наплавленного электродного металла (Gн) для заварки … шва РДС. Толщина свариваемого металла -… мм, тип шва по ГОСТ 5264-80 -…,длина шва -… см.
1.Масса необходимого наплавленного электродного металла для заварки шва определяется по формуле:
Gн=Vн· γ , г,где Vн – объем необходимого наплавленного электродного металла, см , γ
Gн =Fн· lш ·γ , г,где Fн –площадь сечения наплавленного электродного металла шва, см ,lш – длина шва, см.
γ - плотность наплавленного электродного металла, г/см
2.Площадь сечения наплавленного. электродного. металла шва (Fн ) определяется графически по чертежам, с помощью эпидиаскопа и образцов или по формулам (приблизительно).Есть формула площади сечения всего шва (Fш ),где ширина шва умножается на глубину проплавления (толщину свариваемого металла) и определенный коэффициент. Если шов сварен согласно ГОСТ 5264-80(для РДС) ,то в этом ГОСТеустанавливаются соотношения ширины шва и глубины проплавления (толщины свариваемого металла).Кроме того, площадь сечения шва всего шва (Fш ) состоит из площади сечения проплавления основного металла (Fпр ) и площади сечения наплавленного электродного металла (Fн ),которые в свою очередь от вида разделки кромок находятся друг другу в определенной пропорции, если шов сварен по ГОСТу. Таким образом нетрудно определить площадь сечения наплавки исходя только из типа сварного шва по ГОСТу, вида разделки и толщины свариваемого металла (приблизительно).
Таб 6:Формулы для определения площади сечения наплавленного металла в зависимости от типа сварного шва:
Тип шва по ГОСТ 5264-80 | Чертеж, вид разделки кромок | Формула |
1.С2,С4, С5 | Без разделки кромок | Fн=0,013 ·б ,см б -толщина св.мета- лла, мм |
2.С8 | С односторонней разделкой кромок | Fн=0,01· б , см б- толщина св.мета- лла, мм |
3.С25 | С Х-образной разделкой кро- мок | Fн1=0,003· б , см Fн2=0,0028· б ,см Fн=Fн1+Fн2 б- толщина св.металла, мм |
4.С7 | Двухсторонний без разделки кромок | Fн1=0,0034· б ,см Fн2=0,0032· б ,см Fн=Fн1+Fн2 б- толщина св.металла, мм |
5.С15 | С К-образной разделкой кро- мок | Fн1=0,0028· б ,см Fн2=0,0026· б ,см Fн=Fн1+Fн2 б- толщина св.металла, мм |
6.С17 | Fн=0,011· б ,см б- толщина свар.ме- талла, мм | |
7.С23 | С U-образной разделкой кро- мок | Fн=0,012· б ,см б-толщина свар.ме- талла,мм |
8.У6 | ||
9.У8 | ||
10.У9 | С V-образной разделкой кро- мок | Fн=0,011 б ,см б- толщина свар.ме- талла, мм |
11.У4 | Без разделки кромок а) б) | а)Fн=0,007· б ,см б- толщина свар.ме- талла, мм б)Fн=0,007· к ,см к- катет шва, мм |
12.Т1 | Без разделки кромок, односто- ронний | Fн=0,007· к ,см к- катет шва, мм |
13.Т3 | Без разделки кромок, двухсто- роний | Fн1=Fн2=0,007· к см Fн=Fн1+Fн2 б- катет шва, мм |
14.Т6 | С односторонней разделкой одной полки | Fн=0,01· б ,см б- толщина раздела- нной полки, мм |
15.Т8 | С К-образной разделкой кро- мок одной полки | Fн1=0,0028· б ,см Fн2=0,0026· б ,см Fн=Fн1+Fн2 б- толщина разделанной полки, мм |
Задание: В соответствии со своим вариантом решите задачу 6.
Найдите Fн,Gн.Плотность (γ) принять 7,8 г/см (плотность стали) .
Исходные данные вариантов:
№ | Тип сварного соединения | Толщина св. металла (б), мм или катет шва (к), мм | Длина сварного шва, см |
Стыковой С15 | |||
Стыковой С8 | |||
Угловой У6 | |||
Угловой У9 | |||
Тавровый Т8 | |||
Тавровый Т6 | |||
Угловой У8 | |||
Стыковой С23 | |||
Тавровый Т1 | к=9 | ||
Стыковой С2 | 2,5 | ||
Угловой У4а | 7,5 | ||
Угловой У6 | 8,3 | ||
Стыковой С25 | |||
Стыковой С7 | |||
Стыковой С23 | |||
Угловой У9 | |||
Тавровый Т6 | |||
Тавровый Т3 | к=7 | ||
Стыковой С2 | |||
Стыковой С25 | |||
Угловой У4б | к=4,5 | ||
Угловой У6 | 8,5 | ||
Тавровый Т1 | к=5,5 | ||
Тавровый Т3 | к=7,5 | ||
Стыковой С7 | 4,5 |
Пример: Определите необходимое количество наплавленного электродного металла (Gн) для заварки стыкового шва РДС. Толщина свариваемого металла – 8 мм, тип шва по ГОСТ 5264-80 –С8,длина шва -115 см.
Режим сварки как совокупность характеристик (параметров) сварочного процесса, определяющих свойства получаемых сварных соединений, является компонентом технологии сварки. Для каждого способа и разновидности сварки применяют определенный набор параметров режима и их значений.
В специализированной литературе приводится множество рекомендаций по режимам сварки преимущественно в виде таблиц, данные которых составлены на основе результатов производственного опыта. Большинство приводимых данных относится к сварке углеродистых и низколегированных сталей, показывает числовые значения основных (обязательных) параметров для соединений разных типов и толщине металла в нижнем положении. Сведения об остальных параметрах режима и других условиях сварки приводятся эпизодически, не всегда, иногда в виде кратких записей в тексте. Но фактически их влияние тоже учитывается при отработке режимов сварки.
Специалисты Пермского нацио-нального исследовательского политехнического университета провели работу по изучению методики определения одного из «неосновных» параметров режима - числа проходов при многопроходной дуговой сварке.
В литературе имеется мало сведений об этом параметре режима. Известно, что металл повышенных толщин можно сварить с разным числом проходов. По экономическим соображениям предпочтительным представляется сварка с минимальным числом проходов, так как при этом будут меньше трудозатраты на зачистку швов от шлака после каждого прохода. Но должны учитываться и другие факторы.
Впервые вопрос о расчете числа проходов был изучен В. П. Демянцевичем, применительно к ручной дуговой сварке покрытыми электродами. Была показана связь оптимального числа проходов с необходимостью получения слоя наплавленного за один проход металла, имеющего определенную площадь поперечного сечения. Это положение связывается со скоростью перемещения электрода вдоль стыка. Как при слишком малой, так и при слишком большой скорости сварки возможно образование дефектов - непроваров и неудовлетворительное формирование шва.
Также впервые указано на необходимость сварки на разных режимах первого (корневого) и последующих проходов. Площадь наплавки за один проход связывается с диаметром электрода. Для ручной дуговой сварки рекомендованы следующие зависимости:
- для первого прохода F1 = (6/8) dэ,
- для последующих проходов
Fп = (8/12)dэ.
В этих формулах dэ - диаметр электрода в мм; F1 и Fп - площади поперечного сечения соответственно первого и каждого последующего прохода в мм2.
Общее число проходов n может быть определено по формуле:
n = (Fн. м. - F1)/Fп + 1,
где Fнм - общая площадь поперечного сечения наплавленного металла всего шва в мм2.
В настоящее время значения площадей поперечного сечения наплавленного металла для стандартных сварных соединений можно найти в изданных еще в советское время Общемашиностроительных укрупненных нормативах времени (ОУНВ) на разные способы сварки. Разработчики этих документов проводили расчеты в помощь нормировщикам сварочных работ, но они могут использоваться для решения других технических задач.
В ОУНВ на ручную дуговую сварку в Приложении 10 приведены формулы для расчета площади поперечного сечения наплавленного металла всех сварных соединений из ГОСТ 5264-80, а в Приложениях 2-7 - рассчитанные по этим формулам значения площадей для разных толщин металла или катетов угловых швов.
Аналогичные, но еще более обширные сведения имеются в ОУНВ на дуговую сварку в среде инертных газов. Там так же в приложении приведены расчетные формулы, а сами рассчитанные по ним значения площадей в карты неполного штучного времени для каждого типа соединения по ГОСТ 14771-76 (для сталей) и ГОСТ 14806-80 (для алюминия и алюминиевых сплавов). Особенно важно, что в тех же картах неполного штучного времени имеются данные о количестве проходов.
К достоинствам ОУНВ следует отнести большую дифференциацию интересующих нас данных по способам сварки (ручная, полуавтоматическая, автоматическая), типам электродов (плавящийся, неплавящийся), группам свариваемых материалов (углеродистые и низколегированные стали, высоколегированные и легированные, алюминий и алюминиевые сплавы, медь и медно-никелевые сплавы).
К сожалению, в специализированной литературе нет аналогичных данных для сварки под флюсом. В принципе их можно получить расчетами, учитывая, что основные виды разделки кромок по ГОСТ 8713-79 аналогичны таковым для сварки в защитных газах и значит можно использовать те же формулы для расчета площадей поперечного сечения наплавленного металла, а конкретные значения конструктивных элементов подготовки кромок и размеров швов имеются в ГОСТе. На данный момент такие расчеты не проводились.
Современные методы и средства статистической обработки данных позволяют значительно упростить работу пользователей. В частности табличное представление данных во многих случаях можно заменить аналитическими моделями. Такую свертку таблиц провели в отношении данных о площадях наплавленного металла для разных типов соединений из ГОСТ 5264-80 и 14771-86. Расчеты показали, что значения площадей Fнм достаточно точно описываются формулами вида полинома второй степени.
Fнм = b1 + b1S + b2S2,
где S - толщина свариваемых деталей (или катет шва для соединений с угловыми швами); b0, b1, b2 - коэффициенты уравнения.
Для каждого типа сварного соединения коэффициенты индивидуальны. Чтобы рассчитать требуемую площадь, достаточно найти соответствующую формулу и подставить в нее значения толщины металла S (или катет шва). Этим полиноминальные модели выгодно отличаются от приводимых в литературе общих формул для расчета площадей.
В качестве примера приведены две формулы для расчета площади Fнм в соединении С17 - одну из ОУНВ, другую - полученную статистической обработкой данных:
Fнм = Sb + (S - c)2 tgα + 0,75eg,
Fнм = -9,36 + 3,26S + 0,33S2.
Видно, что для расчетов по первой формуле необходимо для каждой толщины металла брать из ГОСТа еще пять значений конструктивных элементов подготовки кромок и размеров швов, тогда как во втором выражении присутствует только одна переменная - толщина металла S.
Таким образом, в рассмотренных источниках информации есть данные об общих площадях поперечных сечений наплавленного металла для стандартных сварных соединений. К сожалению, ОУНВ были изданы более 20 лет тому назад, с тех пор не пересматривались и не переиздавались, поэтому в настоящее время они малодоступны для широкого круга специалистов.
Еще большую проблему создает неопределенность рекомендаций о расчетных значениях площадей F1 и Fп для первых и последующих проходов (см. таблицы 1 и 2).
Значения толщин металла и соответствующих площадей F1 и Fп даны в больших диапазонах. Неизвестно, какие значения площадей следует брать для расчета числа проходов при промежуточных значениях толщин (между 10 и 100 мм).
Выводы:
1. Для определения числа проходов при многопроходной сварке необходимо располагать данными о площади поперечного сечения наплавленного металла и ее составляющих. Эти величины связаны с другими параметрами режима сварки - диаметром электрода, скоростью сварки и сварочным током.
2. Для оптимизации числа проходов необходимо доработать существующую методику назначения площадей первого и последующих проходов сварки.
По материалам доклада Э. В. Лазарсона и В. Ф. Аптыкова, специалистов Пермского национального исследовательского политехнического университета
В табл. 45-50 приведены данные о площадях поперечного сечения наплавленного металла, о расходе меловых и толстопокрытых электродов на 1 м длины шва, о диаметрах электродов, применяемых при различной толщине свариваемого металла, и о числе проходов при сварке толстопокрытыми электродами различных диаметров для наиболее распространенных видов сварных соединений, а также для швов подварки. Во всех случаях приведены размеры швов, для которых подсчитаны значения, указанные в таблицах.
Числа проходов, указанные для случаев сварки малоуглеродистых сталей в нижнем положении, определялись в соответствии с производственным опытом заводов Урала.
При сварке V-образных и Х-образных стыковых соединений электродами диаметров 6, 7, 8 мм рекомендуется первый валик в вершине угла разделки накладывать электродами меньшего диаметра 3, 4, 5 мм. В таблицах это указано дробным обозначением числа проходов: в числителе указано число валиков, накладываемых электродами меньшего диаметра, в знаменателе число валиков, накладываемых электродами большего диаметра.
При сварке низко- и среднелегированных сталей число проходов принимается большее, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. Рекомендуется в случае сварки легированных конструкционных сталей площадь поперечного сечения, наплавляемого за один проход валика, выраженную в мм 2 , принимать в 8-12 раз больше диаметра электрода и, исходя из этого, определять число проходов.
На фиг. 38 изображены схемы и последовательность наложения отдельных валиков в многослойных швах. Как видно из фиг. 38, при сварке в нижнем положении валики швов с разделкой кромок располагаются слоями. Одни слои образуются из одного валика, другие - из двух, трех и более.
Число валиков, образующих отдельный слой шва, зависит от ширины слоя, диаметра и марки электрода, силы сварочного тока и скорости сварки.
Режим сварки как совокупность характеристик (параметров) сварочного процесса, определяющих свойства получаемых сварных соединений, является компонентом технологии сварки. Для каждого способа и разновидности сварки применяют определенный набор параметров режима и их значений.
В специализированной литературе приводится множество рекомендаций по режимам сварки преимущественно в виде таблиц, данные которых составлены на основе результатов производственного опыта. Большинство приводимых данных относится к сварке углеродистых и низколегированных сталей, показывает числовые значения основных (обязательных) параметров для соединений разных типов и толщине металла в нижнем положении. Сведения об остальных параметрах режима и других условиях сварки приводятся эпизодически, не всегда, иногда в виде кратких записей в тексте. Но фактически их влияние тоже учитывается при отработке режимов сварки.
Специалисты Пермского нацио-нального исследовательского политехнического университета провели работу по изучению методики определения одного из «неосновных» параметров режима - числа проходов при многопроходной дуговой сварке.
В литературе имеется мало сведений об этом параметре режима. Известно, что металл повышенных толщин можно сварить с разным числом проходов. По экономическим соображениям предпочтительным представляется сварка с минимальным числом проходов, так как при этом будут меньше трудозатраты на зачистку швов от шлака после каждого прохода. Но должны учитываться и другие факторы.
Впервые вопрос о расчете числа проходов был изучен В. П. Демянцевичем, применительно к ручной дуговой сварке покрытыми электродами. Была показана связь оптимального числа проходов с необходимостью получения слоя наплавленного за один проход металла, имеющего определенную площадь поперечного сечения. Это положение связывается со скоростью перемещения электрода вдоль стыка. Как при слишком малой, так и при слишком большой скорости сварки возможно образование дефектов - непроваров и неудовлетворительное формирование шва.
Также впервые указано на необходимость сварки на разных режимах первого (корневого) и последующих проходов. Площадь наплавки за один проход связывается с диаметром электрода. Для ручной дуговой сварки рекомендованы следующие зависимости:
- для первого прохода F1 = (6/8) dэ,
- для последующих проходов
Fп = (8/12)dэ.
В этих формулах dэ - диаметр электрода в мм; F1 и Fп - площади поперечного сечения соответственно первого и каждого последующего прохода в мм2.
Общее число проходов n может быть определено по формуле:
n = (Fн. м. - F1)/Fп + 1,
где Fнм - общая площадь поперечного сечения наплавленного металла всего шва в мм2.
В настоящее время значения площадей поперечного сечения наплавленного металла для стандартных сварных соединений можно найти в изданных еще в советское время Общемашиностроительных укрупненных нормативах времени (ОУНВ) на разные способы сварки. Разработчики этих документов проводили расчеты в помощь нормировщикам сварочных работ, но они могут использоваться для решения других технических задач.
В ОУНВ на ручную дуговую сварку в Приложении 10 приведены формулы для расчета площади поперечного сечения наплавленного металла всех сварных соединений из ГОСТ 5264-80, а в Приложениях 2-7 - рассчитанные по этим формулам значения площадей для разных толщин металла или катетов угловых швов.
Аналогичные, но еще более обширные сведения имеются в ОУНВ на дуговую сварку в среде инертных газов. Там так же в приложении приведены расчетные формулы, а сами рассчитанные по ним значения площадей в карты неполного штучного времени для каждого типа соединения по ГОСТ 14771-76 (для сталей) и ГОСТ 14806-80 (для алюминия и алюминиевых сплавов). Особенно важно, что в тех же картах неполного штучного времени имеются данные о количестве проходов.
К достоинствам ОУНВ следует отнести большую дифференциацию интересующих нас данных по способам сварки (ручная, полуавтоматическая, автоматическая), типам электродов (плавящийся, неплавящийся), группам свариваемых материалов (углеродистые и низколегированные стали, высоколегированные и легированные, алюминий и алюминиевые сплавы, медь и медно-никелевые сплавы).
К сожалению, в специализированной литературе нет аналогичных данных для сварки под флюсом. В принципе их можно получить расчетами, учитывая, что основные виды разделки кромок по ГОСТ 8713-79 аналогичны таковым для сварки в защитных газах и значит можно использовать те же формулы для расчета площадей поперечного сечения наплавленного металла, а конкретные значения конструктивных элементов подготовки кромок и размеров швов имеются в ГОСТе. На данный момент такие расчеты не проводились.
Современные методы и средства статистической обработки данных позволяют значительно упростить работу пользователей. В частности табличное представление данных во многих случаях можно заменить аналитическими моделями. Такую свертку таблиц провели в отношении данных о площадях наплавленного металла для разных типов соединений из ГОСТ 5264-80 и 14771-86. Расчеты показали, что значения площадей Fнм достаточно точно описываются формулами вида полинома второй степени.
Fнм = b1 + b1S + b2S2,
где S - толщина свариваемых деталей (или катет шва для соединений с угловыми швами); b0, b1, b2 - коэффициенты уравнения.
Для каждого типа сварного соединения коэффициенты индивидуальны. Чтобы рассчитать требуемую площадь, достаточно найти соответствующую формулу и подставить в нее значения толщины металла S (или катет шва). Этим полиноминальные модели выгодно отличаются от приводимых в литературе общих формул для расчета площадей.
В качестве примера приведены две формулы для расчета площади Fнм в соединении С17 - одну из ОУНВ, другую - полученную статистической обработкой данных:
Fнм = Sb + (S - c)2 tgα + 0,75eg,
Fнм = -9,36 + 3,26S + 0,33S2.
Видно, что для расчетов по первой формуле необходимо для каждой толщины металла брать из ГОСТа еще пять значений конструктивных элементов подготовки кромок и размеров швов, тогда как во втором выражении присутствует только одна переменная - толщина металла S.
Таким образом, в рассмотренных источниках информации есть данные об общих площадях поперечных сечений наплавленного металла для стандартных сварных соединений. К сожалению, ОУНВ были изданы более 20 лет тому назад, с тех пор не пересматривались и не переиздавались, поэтому в настоящее время они малодоступны для широкого круга специалистов.
Еще большую проблему создает неопределенность рекомендаций о расчетных значениях площадей F1 и Fп для первых и последующих проходов (см. таблицы 1 и 2).