Расчет расхода электродов при ручной дуговой сварке
Расчет расхода электродов при ручной дуговой сварке
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:
| 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.
Сила сварочного тока, А, рассчитывается по формуле
(6.1)
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:
| d Э, мм | 1-2 | 3-4 | 5-6 |
| К , А/мм | 25-30 | 30-45 | 45-60 |
Силу сварочного тока, рассчитанную по этой формуле, следует откорректировать с учетом толщины свариваемых элементов, типа соединения и положения шва в пространстве.
Если толщина металла S ≥ 3 d Э, то значение I СВ следует увеличить на 10–15%. Если же S ≤ 1,5 d 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%.
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
(6.2)
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
(6.3)
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
(6.4)
где F НП – площадь наплавляемой поверхности, см 2 ; h Н – требуемая высота наплавляемого слоя, см.
Время горения дуги, ч , (основное время) определяется по формуле
(6.5)
Полное время сварки (наплавки), ч , приближенно определяется по формуле
(6.6)
где tO – время горения дуги (основное время),ч; k П – коэффициент использования сварочного поста, который принимается для ручной сварки 0,5 ÷ 0,55.
Расход электродов, кг , для ручной дуговой сварки (наплавки) определяется по формуле
(6.7)
где k Э – коэффициент, учитывающий расход электродов на 1 кг наплавленного металла (табл. 9 приложения).
Расход электроэнергии, кВт· ч , определяется по формуле
(6.8)
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:
Род тока
W O
Выбор и обоснование источника питания сварочной дуги может быть осуществлен по табл. 1–5 приложения.
+7 4832 32-04-53
+7 930 820-14-20
Расход электродов при сварных работах – делаем расчет
Электросварочные работы делятся на автоматические, полуавтоматические, а также ручные, и как раз для последних всегда необходимо рассчитывать расход электродов .
1 Какие факторы влияют на расход электродов?
Ручная электросварка выполняется покрытыми электродами, которые имеют обыкновение очень быстро заканчиваться при сплавлении металла электрической дугой. При этом некоторое количество присадочного материала сгорает, а часть сплавляется со свариваемым металлом в шве. Насколько быстро укоротится стальной стержень в обмазке, зависит от многих факторов. В частности, должен быть правильно выбран диаметр электрода, исходя из толщины свариваемого металла.
В свою очередь, сила тока выбирается в зависимости от диаметра стержня присадочного материала. Если диаметр электрода не соответствует толщине и степени тугоплавкости металла, и стержень слишком тонок, присадочный материал будет сгорать быстрее при меньшей производительности. Чрезмерно толстый стержень будет поставлять большие наплывы металла при малой глубине провара, и, чтобы сделать шов качественным, придется выполнять широкие колебательные движения, без которых может случиться прожог.
Силу тока тоже нужно выбирать правильно, поскольку превышение необходимого порога может привести к разбрызгиванию металла при плавлении электрода. Помимо всего вышеперечисленного, следует очень точно соблюдать нюансы технологии сварочного процесса. Не следует делать зазор между заготовками шире необходимого, поскольку, чем больше отдалены друг от друга свариваемые листы металла, тем значительнее будет затрата электрода на заданный отрезок шва – увеличится размах поперечных движений.
2 Как определить затраты электродов в килограммах?
В сварочных работах существует такое понятие, как нормы расхода присадочного материала, придерживаться которых необходимо, хотя и сложно, ввиду специфики плавления металла, зависящего от многих факторов. В целом, определение данной нормы выглядит следующим образом: H = M + MО, где M соответствует массе наваренного металла, а MО – массе отходов, на которую приходится сгорание стержня, его разбрызгивание, а также огарки.
Однако эта формула слишком приблизительная, в ней не учтены многие факторы, влияющие на затраты электродов. Поэтому рассмотрим более подробное вычисление. Когда предстоит сваривание деталей и конструкций в больших масштабах, присадочный материал закупается не штучно, а килограммами, с учетом уменьшения веса электродов в процессе сушки. В этом случае целесообразно выполнять расчет расхода сварочных электродов на 1 метр шва при сварке для вычисления их массы.
При этом нам понадобятся такие значения, как вес наплавленного металла и площадь его сечения при заданной толщине листа. Общий расчет затрат электродов на 1 кг расплава выглядит, как H = MKP, где KP – коэффициент потерь присадочного материала определенной марки с учетом сгорания стержня, брызг и остающихся огарков. Данный коэффициент берется из следующей таблицы:
Коэффициент затрат электродов
Марка покрытого электрода для сварки сталей
Углеродистых и низколегированных
Теплоустойчивых и высоколегированных
Для всех типов сварных соединений ГОСТами 5264-80 и 11534-75 заданы условные обозначения вида С1, С2 и так далее. Масса расплава длиной 1 метр определяется по формуле М = FpL10-3 для соединений типа С1, С3, С26, У1, У2, У4, У5, Т1, Т3, Н1 и Н2. В данном вычислении F – площадь поперечного сечения шва, p – плотность углеродистых и низколегированных сталей (7,85 г/см3), а L – заданный отрезок расплава.
Для прочих типов соединений формула принимает другой вид: М = (0,8F + 0.5S)pL10-3, где S – толщина металлического листа. При этом площадь сечения шва в обеих формулах вычисляется для каждого типа соединения определенным образом, по значениям, взятым из ГОСТа 5264-80. Для С5 это будет выглядеть как F = Sb + 0,75eg, где b – расстояние между пластинами, а e и g – ширина и высота шва соответственно.
Иногда при расчетах площади сечения сварного шва приходится учитывать угол скошенной кромки заготовки, определяя его тангенс для внесения в формулу.
3 Высчитываем расход сварочного присадочного материала в штуках
При небольшом масштабе сварочных работ необходим поштучный расчет присадочного материала. К примеру, может понадобиться 50 сварочных электродов марки УОНИ-13/45 диаметром 3 миллиметра, которых в одном килограмме содержится 40 штук. Тогда покупка полутора кило даст немалые излишки, а взвешивать с точностью до грамма будет слишком сложно.
Кстати, именно диаметр нам нужен для вычисления количества присадочных материалов в штуках, поскольку именно от этого значения зависит масса наплавляемого одним электродом металла в граммах, которая понадобится для формулы. Находим количество для сварки за один проход: HОП = 103ML/MЭ, где MЭ – та самая масса расплава одного стержня в граммах, которую можно взять из следующей таблицы.
Марка электрода
Диаметр электрода стандартной длины, мм
Расход электродов при сварке
Основной расходный материал при сварочных работах — это плавящиеся электроды. Перед началом работ нужно рассчитать требуемое количество электродов (хотя бы приблизительно). Расход зависит от нескольких факторов:
- марки электрода или проволоки;
- сечения шва;
- вида сварки.
В зависимости от типа соединения (стыковое, угловое, тавровое) по-разному вычисляется площадь сечения шва. Ниже приводим примеры формул, где b соответствует расстоянию между кромками деталей, S — толщине детали, а e и g — ширине и высоте шва.
Нормы расхода электродов при сварке
В официальных документах ВСН 452-84 или ВСН 416-81 («Ведомственные строительные нормы») указаны производственные нормы на 1 стык и на 1 метр шва. Показатели рассчитаны отдельно для разных типов сварки:
- ручной дуговой (MMA);
- ручной аргонодуговой (TIG);
- автоматической сварки под флюсом и т.п.
Пример нормативов для сварочного соединения типа C8:
Расход электродов на 1 м шва
Расход электродов можно определить и самостоятельно. Он складывается из массы наплавленного металла и потерь (к ним относится разбрызгивание, образование шлака, огарки). Для начала вычислим массу наплавленного металла по формуле:
Масса = площадь поперечного сечения шва * плотность металла * длина шва
Значения плотности легко узнать из справочной литературы (плотность углеродистой стали — 7,85 г/куб.см, никельхромовой стали — 8,5 г/куб.см). Затем по второй формуле рассчитаем суммарный расход электродов при сварке:
Норма расхода = масса наплавленного металла * коэффициент расхода
Коэффициент расхода зависит от конкретной марки электрода. Эти данные приводятся в нормативных документах, таких как ВСН 452-84 (см. следующий раздел). Чтобы вычислить расход в килограммах на погонный метр (кг/м), нужно принять длину шва в первой формуле за 1 метр.
Коэффициенты расхода электродов
| Коэффициент | Марки электродов |
| 1,5 | АНО-1, ОЗЛ-Э6; ОЗЛ-5; ЦТ-28; ОЗЛ-25Б |
| 1,6 | АНО-5, АНО-13, ЦЛ-17, ОЗЛ-2, ОЗЛ-3, ОЗЛ-6, ОЗЛ-7, ОЗЛ-8, ОЗЛ-21, ЗИО-8, УОНИ-13/55У |
| 1,7 | ОЗЛ-9А, ГС-1, ЦТ-15, ЦЛ-9, ЦЛ-11, УОНИ-13/НЖ, УОНИ-13/45 |
| 1,8 | ОЗС-11, ОЗЛ-22, ОЗЛ-20, НЖ-13, ВСЦ-4, К-5А |
| 1,9 | АНЖР-2, ОЗЛ-28, ОЗЛ-27 |
Поправочные коэффициенты
Для более точного расчета применяют корректирующие коэффициенты. Их полный перечень можно найти в ВСН 452-84. Приводим примеры поправок в зависимости от рабочих задач:
• При сварке поворотных стыков
| Тип сварки | Тип электрода | Коэффициент |
| MMA-сварка | для покрытых электродов | 0,826 |
| TIG-сварка | для электрода плавящегося | 0,930 |
| для электрода вольфрамового неплавящегося | 1 |
• При вваривании патрубков, расположенных под углом к основной оси трубы (по умолчанию величина угла принимается за 90°)
| Угол соединения | Коэффициент |
| 60° | 1,1 |
| 45° | 1,23 |
• При положении патрубков сбоку или снизу по отношению к основной трубе
5. Расход сварочных материалов.
5.1 Расход сварочных материалов при ручной дуговой сварке покрытыми электродами.
Расход электродов для ручной дуговой сварки определяется по формуле:
где Gэ – масса электродов,
1,8кг – масса электродов на 1кг наплавленного металла (для электрода типа ЦЛ-11);
Gн – масса наплавленного металла:
Gн =
, (28)
где γ=8,1 – плотность наплавленного металла, г/см 3 ,
– площадь наплавленного металла,
– длина шва.
Gн = 
= 23,04кг;
5.2 Расход сварочных материалов при сварке под слоем флюса.
Расход электродной проволоки при автоматической сварке под флюсом:
где Gэл – масса электродной проволоки;
Кп = 1,03-коэффициент, учитывающий неизбежные потери электродной проволоки при наладке оборудования, не использовании концов проволоки в бухте.
Gн – масса наплавленного металла (22):
Gн =
, (30)
где 
– площадь наплавленного металла.
Gн = 
= 11,66кг;
Gэл = 11.66·1,03 = 12.00кг.
Расход флюса определяется опытным путем. Для ориентировочных расчетов расход флюса может быть принят 1,2-1,4 от массы расходуемой электродной проволоки.
4. Расчёт химического состава шва, физических характеристик металла шва.
4.1Для ручной дуговой сварки покрытыми электродами.
Степень легирования металла шва, с некоторой погрешностью, может быть установлена сопоставлением химического состава основного металла и металла наплавленного валика, определяемого по формуле:
(31)
где; Rш – содержание рассчитываемого элемента, %;
R – содержание того же элемента в основном металле, %;
(1-) – доля участия электродного металла в металле шва, %;
Rэ – содержание рассчитываемого элемента в металле, наплавленным электродом типа ЦЛ-11, %;
γ=
доля участия основного металла в металле шва.
Определяем химический состав для сварки покрытыми электродами:
[C]: Rш=
[Cr]: Rш=
[Si]: Rш=
[Mn]: Rш=
[Ti]: Rш=
[Ni]: Rш=
[S]: Rш=
[P]: Rш=
4.2Для сварке под флюсом.
γ=
-доля участия основного металла в металле шва.
[C]: Rш=
[Cr]: Rш=
[Si]: Rш=
[Mn]: Rш=
[Ti]: Rш=
[Ni]: Rш=
[S]: Rш=
[P]: Rш=
5. Выбор источника питания
Источник питания сварочной дуги должен отвечать следующим требованиям:
обеспечивать необходимую для данного технологического процесса силу тока дуги и напряжение дуги;
иметь необходимый вид внешней характеристики, чтобы выполнять условия стабильного горения дуги;
иметь такие динамические параметры, чтобы можно было обеспечить нормальное возбуждение дуги и минимальный коэффициент разбрызгивания.
При автоматической сварке под слоем флюса с саморегулированием дуги, когда вольтамперная характеристика дуги жесткая, внешняя характеристика источника питания, для повышения интенсивности саморегулирования, должна быть пологопадающей.
5.1 Источник питания для ручной дуговой сварки покрытыми электродами.
Для ручной дуговой сварки электродами ОЗЛ-9А выбираем источник питания ВД-306.
Переключение диапазонов осуществляется за счет соединения первичных и вторичных обмоток трансформатора «треугольник-треугольник» (диапазон больших токов) или « звезда-звезда» (диапазон малых токов). Такой способ получения двух диапазонов обеспечивает изменение сварочного тока в 3 раза без дополнительного расхода активных материалов. Плавное регулирование тока внутри диапазона производится за счет изменения расстояния между катушками обмоток трансформатора.
Выпрямительный ток ВД-306 выполнен по трехфазной мостовой системе выпрямления, состоят из шести кремниевых вентилей. Вентиляция – воздушная принудительная. Выпрямитель ВД-306 имеет защиту, отключающую его от сети при выходе из строя одного из вентилей выпрямительного блока или при пробое на корпус вторичной обмотки трансформатора, состоящую из магнитного усилителя, трансформатора и реле.
Сварочные выпрямители обладают значительными перед электромагнитными преобразователями: высокими сварочными качествами, за счет повышения стабильности горения дуги и уменьшениями разбрызгивания металла; высокий КПД и меньшие потери холостого хода, что особенно важно для источника питания работающих с низкими ПН (ПВ), широкими пределами регулирования тока и габаритами, отсутствием вращающихся частей.
При ручной дуговой сварке используем электроды с фтористо-кальциевым покрытием тип покрытия электрода диктует необходимость применения постоянного тока обратной полярности (при переменили постоянном токе прямой полярности дуга неустойчива).
Загрузка...
