Выбор сварочных материалов

Подбор сварочных материалов производится в зависимости от основного металла. Сталь 22ГЮ – низкоуглеродистая, поэтому в проволоке для сварки этой стали необходимо наличие раскислителей (кремний, марганец). Если этих элементов недостаточно, то в сварочном шве могут образовываться поры, трещины. Так же в проволоке не должно содержаться слишком много легирующих элементов (хром, никель), т.к. они делают сварной шов отличным от основного металла. Одним из самых распространённых сварных проволок, удовлетворяющим этим условиям являются проволоки с повышенным содержанием раскислителей, например СВ – 08ГС, СВ – 08Г2С. Проволока СВ – 08Г2С имеет более высокую стоимость, чем проволока СВ – 08ГС, но при сварке проволокой СВ – 08 Г2С происходит более стабильное раскисление металла шва. Поэтому для сварки стали 22ГЮ в среде СО₂ применяем сварочную проволоку СВ – 08Г2С Æ 1,2 мм, химический состав которой приведён в таблице 5. [1, страница76].

 

Таблица 5. Химический состав сварочной проволоки СВ – 08Г2С ГОСТ 2246, %

Марка	С	Si	Mn	Cr	Ni	S	P
Не более
СВ - 08Г2С	0,05÷0,11	0,7÷0,95	1,8-2,1	0,07÷0,1	0,25	0,025	0,03

 

В качестве защиты применяют инертные газы (А_г и Н_е) и активные газы (СО₂, N₂, Н₂).

При сварке стали 22ГЮ из защитных газов выбираем СО₂, т.к. сварка в СО₂ характеризуется высокой производительностью и низкой стоимостью. Углекислый газ или двуокись углерода (СО₂) в нормальных условиях представляет собой бесцветный газ без запаха, плотностью 1,839 кг/м³. Он тяжелее воздуха, что обеспечивает хорошую газовую защиту сварочной ванны. Состав углекислоты, используемой для сварки, должен соответствовать данным, приведённым в таблице 6; [1,стр.115].

Таблица 6. Состав СО₂ (ГОСТ 8050-76), %

Углекислота	Содержание, %
Двуокиси углерода	Воду раствора
Сварочная	99,5	0,178

 

Выпускают СО₂ по ГОСТу 8050 – 76. «Двуокись углерода газообразная и жидкая».

 

1.9 Расчёт режимов сварки

 

1.9.1 Режимы сварки в среде СО₂

Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, обеспечивающих получение сварных швов заданных размеров, формы и качества.

Сварка концов штрипса производится двусторонней автоматической сваркой в среде СО₂ в стык рисунке 2.

 

 

Рисунок 2. Техника двусторонней автоматической сварки стыковых швов в среде СО₂.

Режимы сварки в среде СО₂ подбираются на основании обобщений опытных данных, приведённых в таблице 7; [2].

Таблица 7. Режимы сварки концов штрипса в среде СО₂.

Толщина стенки, мм	Номер Горелки	Диаметр проволоки мм	Сила тока, А	Напря жение, В	Скорость Сварки, см/мин	Вылет проволоки мм	Расход газа, л/мин
10.03		1,2 1,2	310+20-20 320+20-20	31-37 31-37	70-74 70-74	15-18 15-18	13-15 13-15

 

Примечание: 1. Рабочее давление газов на выходе из редукторов 0,408 – 1,02 Мпа; 2. Полярнос ть тока – обратная.

 

1.9.2 Расчёт электрических параметров кромок при сварке ТВЧ

Рассчитаем электрические параметры свариваемых кромок при сварке труб диаметром 245 мм из стали 22ГЮ; [3].

Исходные данные:

· наружный диаметр D=0,24448 м

· толщина стенки 2d=0,01003м

· скорость сварки V=0,5м/с

· частота тока f=220кГц

· температура сварки Т_о=920°

· угол схождения кромок a=2°30'

· длина нагреваемых кромок l_КР=0,15м

· зазор между магнитопроводом и кромками b₁=0,01м

 

Теплофизические свойства стали при Т=800°: λ=41,87 Вт/(м ·°С), а=6,25 ·10 ^–6 м/с, ρ_к=118·10^-8Ом·м [γ=1/ ρ=1/(118·10^-8)(Ом·м)^-1].

Определим максимальный зазор между кромками на участке нагрева по формуле 14:

2h_max=2l_kp·sin (α/2); (14)

2h_max=2·0,15·sin(2°30'/2)=0,0066 м; (14)

 

максимальный относительный зазор по формуле 15:

(h/d)_max; (15)

(h/d)_max=0,0066/0,005015=1,32; (15)

относительный зазор между магнитопроводом и кромками по формуле 16:

b₁/d;(16)

b₁/d=0,01/0,005015=1,99;(16)

отношение диаметра к толщине кромок по формуле 17:

D/2d (17)

D/2d=0,24448/0,01003=24,4; (17)

Поскольку это отношение довольно мало, коэффициент k_Rcp находим с учётом кривизны кромок по графику рисунку 42 [3, страница 68], на котором приведена зависимость k_R от h/d для параллельных кромок. Для кромок сходящихся под углом, средний коэффициент определяем как k_R для средней величины зазора, равной половине (h/d)_max, т.е. k_Rcp=0,25.

Найдем горячую глубину проникновения по формуле 18; (8)[3,страница 7] при μ=1.

где ω=2 · π · f – круговая частота; μ₀=4 · π · 10^-7 - магнитная проницаемость вакуума.

 

С учётом Δ_К определим активные сопротивлени я стальных кромок при Т=800°С и h/d=0 или b/d=0 по формуле 19:

 

 

Для реальных зазоров по формуле 20; (49) [3 страница 61]

Рассчитаем внешнюю индуктивность кромок по формуле 21; (65)[3 страница 67], взяв значения R_mI, R_mII, R_mIII, из графика рисунок 43 [3 страница 69].

 

Найдём индуктивное сопротивление кромок по формуле 22:

Для определения параметра по формуле 23:

 

Рассчитаем время нагрева по формуле 24:

 

Тогда при Е=Δ_К

 

Определим по приложению 1 [3 страница 188] функцию:

 

Удельная мощность, необходимая для разогрева поверхности кромок (х=0) до температуры Т₀ при h/d=0 или b/d=0, рассчитывается по формуле 25:

 

 

Мощность кромок с учётом реальных зазоров h/d и b/d при μ=1 и k_Рcp=2,1 (коэффициент взят по графику рисунку 46 [3 страница 73])определим по формуле 26:

 

 

Тогда ток кромок определим по формуле 27:

При сварке труб из ферромагнитного материала для определения сопротивления и мощности следует умножить R_KP и P_KP на коэффициент K_μcp=1,35, найденный по графику рис.49 [3 страница 75] в зависимости от отношения: I_KP/2d; I_KP/2d=1,84·10³/0,01003=18,34·10⁴A/м.

R_KPμ=0,075·1,35=0,101 Ом;

Р_KPμ=253·10³·1,35=342·10³ ВТ.

Определим индуктивное сопротивление с учётом магнитного потока внутри кромок по формуле 28:

Х_КР=Х_КР.ВН+R_KPμ; (28)

Х_КР=0,11+0,101=0,211 Ом; (28)

Полное сопротивление кромок по формуле (29):

Напряжение на кромках определим по формуле 30:

Результаты расчёта электрических параметров кромок при контактном подводе тока при сварке труб диаметром 245 мм, толщиной стенки 10,03 мм, скорости сварки 0,5 м/с, частоте тока 220кГц сводим в таблицу 8.

Таблица 8. Результаты расчёта параметров кромок.

Вид Подвода тока	Длина нагреваемых кромок	Сопротивление, Ом	Ток, кА	Напряжение, В	Мощность, кВт
Активное	Индуктивное	Полное
Контактный	0,15	0,110	0,211	0,234	1,84