Способ сварки плавящимся электродом

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при изготовлении металлоконструкций. Для повышения качества сварных соединений сварку ведут на заданных значениях силы сварочного тока, напряжения на дуге, скорости сварки, диаметра и вылета электродной проволоки. Предварительно измеряют сопротивление вылета электродной проволоки, а силу сварочного тока, напряжение на дуге и скорость сварки рассчитывают с точностью для каждого параметра 5% по соотношениям I^-1 _св·V_св·((F_н·γ)/(K₁+(R· I_св)/H_m)=1, =I_св·V_св·U_д·((e· η _и)/(32· π · α · γ · T)), где I_св, V_св, U_д, d – ответственно сила сварочного тока, А, скорость сварки, м/ч, напряжение на дуге, В, диаметр электрода, см; R=R_и·(1+α _Т·T₁) - сопротивление вылета электродной проволоки, Ом; R_и - измеренное сопротивление вылета, Ом; α _т - температурный коэффициент сопротивления, ° С^-1; T₁ - средняя температура вылета при сварке, ° С; γ - плотность свариваемого металла, кг/м³; K₁=(U_a+ϕ )/H_m, U_a - анодное падение напряжения, В; ϕ - работа выхода электрона, В; Н_m - энтальпия металла капли, Дж/кг; К₃=3,65 В/А, К₄=0,37, К₅=0; =L_в/е_ш - экспериментально определяемый коэффициент формы сварочной ванны; L_в - длина сварочной ванны, м; е_ш - ширина шва, м; е - основание натурального логарифма; α , λ , Т - соответственно коэффициент температуропроводности, м²/с; теплопроводность, Вт/(м· ° С); температура плавления свариваемого металла, ° С, η _и.- эффективный кпд нагрева изделия. Это позволит повысить качество сварных соединений.

 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при изготовлении металлоконструкций.

Известен способ сварки плавящимся электродом [1] (выбранный за прототип), включающий сварку на заданных значениях силы сварочного тока, напряжении на дуге, скорости сварки, диаметре и вылете электродной проволоки, при котором силу сварочного тока, напряжение на дуге и скорость сварки определяют по площади поперечного сечения наплавленного металла соединения с учетом длины вылета электрода и удельного электросопротивления металла электрода. Однако не для всех металлов, применяемых для изготовления сварочных проволок, известны значения удельного электросопротивления, поэтому действительное сопротивление вылета электрода может значительно отличаться от вычисленного по удельному электросопротивлению, принятому по справочным данным. В процессе сварки вылет электрода нагревается под действием протекающего по нему тока, анодного падения напряжения и излучения дуги, в связи с этим удельное электросопротивление металла вылета отличается от справочного. Кроме того, сварочная проволока часто покрыта следами смазки и ржавчины, окислами, что изменяет ее электросопротивление. Недостатком этого способа является неточность определения сопротивления вылета электрода, что приводит к неточному расчету силы сварочного тока, напряжения на дуге и скорости сварки, а следовательно, к не соответствию получаемых размеров шва заданным, т.е. к некачественным сварным соединениям.

Техническая задача изобретения - повышение качества сварных соединений.

Технический результат достигается тем, что сварку в углекислом газе ведут на заданных значениях силы сварочного тока, напряжении на дуге, скорости сварки, диаметре и вылете электродной проволоки, причем предварительно измеряют сопротивление вылета электродной проволоки, а силу сварочного тока, напряжение на дуге и скорость сварки рассчитывают с точностью для каждого параметра 5% по соотношениям

,

где I_св, V_св, U_д, d - сила сварочного тока, А, напряжение на дуге, В, скорость сварки, м/ч, диаметр электрода, см; R=R_и·(1+α _Т·Т₁) - сопротивление вылета электродной проволоки, Ом; R_и - измеренное сопротивление вылета, Ом, α _Т - температурный коэффициент сопротивления, ° С^-1; Т₁ - средняя температура вылета при сварке, ° С, γ - плотность свариваемого металла, кг/м³, U_a - анодное падение напряжения, В; ϕ - работа выхода электрона, В; H_m - удельная энтальпия металла капли, Дж/кг, К₃=3,65 В/А, К₄=0,37, К₅=0, =L_в/e_ш - экспериментально определяемый коэффициент формы сварочной ванны; L_в - длина сварочной ванны, м, е_ш - ширина шва, м; е - основание натурального логарифма, α , λ , Т - соответственно коэффициент температуропроводности, м²/с; теплопроводность, Вт/(м· ° С); температура плавления свариваемого металла, ° С.

Сварной шов при сварке плавящимся электродом формируется как за счет проплавления основного металла, так и за счет расплавляемого металла электрода. При сварке тавровых и нахлесточных соединений важной характеристикой является катет шва, а при наплавке - величина усиления. Обе указанные характеристики определяются параметрами режима сварки и величиной расплавленного металла электрода, который оценивается коэффициентом расплавления α _р. Коэффициент расплавления является функцией эффективного анодного падения напряжения U_эф, равной сумме анодного падения напряжения U_а и работы выхода электрона ϕ , удельной энтальпии металла H_m, силы сварочного тока и сопротивления электрода R

Тогда площадь наплавленного металла определяется по зависимости

Экспериментально установлена зависимость между силой сварочного тока, напряжением на дуге и диаметром электрода d

где К₃, К₄, К₅ - экспериментально определяемые коэффициенты. Например, при сварке в углекислом газе К₃=3,65 В/А, К₄=0,37, K₅=0.

При сварке важно создать условия для формирования швов с благоприятной формой сварочной ванны. Экспериментально установлена зависимость между силой сварочного тока, напряжением на дуге и скоростью сварки с одной стороны и коэффициентом формы сварочной ванны с другой

Например, при сварке в углекислом газе =2,6.

Пример реализации предложенного способа. Сваривается в углекислом газе тавровое или нахлесточное соединение из низколегированной стали катетом 4 мм. Принимаем по данным справочной литературы теплофизические свойства процесса и материала: плотность γ =7850 кг/м³, эффективный кпд нагрева изделия η _и=0,8, коэффициенты теплопроводности λ _l=0,42 Вт/см· К, температуропроводности α =0,08 см²/с, температура плавления = 1530° С, эффективное анодное напряжение, 3,76 В; удельная энтальпия металла капли, H_m=2048 Дж/кг. Сварка производится постоянным током на обратной полярности проволокой диаметром 1,2 мм, вылет электрода 12 мм.

Измеренное сопротивление вылета R_и=2 мОм. Принимаем Т_l=250° С, α _T=651· 10^-5°C^-1. Экспериментально определяемые коэффициенты в этом случае принимают значения: К₃, К₄, К₅, равны соответственно 3,65В/А, 0,37, 0, 2,6.

Решение поставленной задачи выполнялось средствами математического пакета Mathcad. Сварка на рассчитанных параметрах режима: силе сварочного тока I_св=112±6А, напряжении на дуге U_д=20±1B, скорости сварки V_св=24±1 м/ч показала, что получен катет 4±0,3 мм.

Технико-экономическое преимущество изобретения состоит в повышении качества сварных соединений, с минимальными отклонениями размеров швов от стандартов и технических условий Способ не требует капитальных затрат, имеет широкие возможности и может использоваться для любых дуговых способов сварки плавящимся электродом.

Источники информации

1. Попков А.М. Расчет параметров режима сварки и технологических характеристик дугового разряда в углекислом и других активных газах // Сварочное производство, 1989, №8, с.7-8.

Способ сварки плавящимся электродом, включающий сварку в углекислом газе на заданных значениях силы сварочного тока, напряжении на дуге, скорости сварки, диаметре и вылете электродной проволоки, отличающийся тем, что предварительно измеряют сопротивление вылета электродной проволоки, а силу сварочного тока, напряжение на дуге и скорость сварки рассчитывают с точностью для каждого параметра 5% по соотношениям

где I_св, V_cв, U_д, d - соответственно сила сварочного тока, А, скорость сварки, м/ч, напряжение на дуге, В, диаметр электрода, см; R=R_и·(1+α _Т·T₁) - сопротивление вылета электродной проволоки, Ом; R_и - измеренное сопротивление вылета, Ом; α _т - температурный коэффициент сопротивления, ° С^-1; Т₁ - средняя температура вылета при сварке, ° С; γ - плотность свариваемого металла, кг/м³;

U_a - анодное падение напряжения. В; - работа выхода электрона, В; Н_m - энтальпия металла капли, Дж/кг; К₃=3,65 В/А, К₄=0,37, К₅=0; =L_в/е_ш - экспериментально определяемый коэффициент формы сварочной ванны; L_в - длина сварочной ванны, м; е_ш - ширина шва, м; е - основание натурального логарифма; α , λ , Т - соответственно коэффициент температуропроводности, м²/с; теплопроводность, Вт/(м· ° С); температура плавления свариваемого металла, ° С, η _и – эффективный КПД нагрева изделия.