Расчёт параметров электродуговой ручной сварки

Расчёт параметров электродуговой ручной сварки

Федеральное агентство по образованию

Московский государственный строительный университет

Зачётное задание по дисциплине

 «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

Расчёт параметров электродуговой ручной сварки

Выполнил:  Живых В.В. гр. Э-13

Проверил:   Густов Ю.И.

Москва 2007

ЗАДАНИЕ:

Исходные данные:

            - содержанием углерода в стали С=0,16%

            - толщина стального листа t=6 мм

            - длина сварного шва L=0,3 м

            - вид сварного соединения - угловое

Для железоуглеродистого сплава с содержанием углерода С=0,16%

1. Указать марку стали и дать её название
2. Определить свариваемость
3. Установить температуру подогрева
4. Определить твёрдость и предел текучести метало шва

Вычертить схему сварного соединения с толщиной листа t=6 мм и выбрать:

1. Тип и марку покрытого электрода для ручной и дуговой сварки
2. Диаметр электрода d мм
3. Сварочный ток I А
4. Напряжение на дуге U В
5. Скорость сварки V м/час при длине шва L=0,3 м
6. Основное (технологическое) и полное время сварки Т_о, Т_с [час]
7. Источник питания

Виды сварных соединений и типы швов при дуговой сварке: а — стыковое; б — тавровое; в, г, д — нахлёсточные; е — угловое; 1 — стыковой шов; 2 — угловой шов таврового соединения; 3 — фланговый угловой шов нахлёсточного соединения; 4 — лобовой угловой шов нахлёсточного соединения; 5 — электро-заклёпочный шов нахлёсточного соединения; 6 — шов углового соединения.

1. По заданному содержанию углерода С=0,16 выбираем сталь марки 15 – углеродистая конструкционная качественная сталь.

2. По заданному содержанию углерода определяем свариваемость стали. Свариваемость – способность металла при выбранном виде и режимах сварки давать сварной шов равнопрочный основному металлу и определяется по формуле (по углеродному эквиваленту):

CЕ=С_экв=C+

1)   ХОРОШАЯ СЕ<0,25 % - сварка возможна всеми видами сварки при любых климатических условиях, без применения технологических мер

2)   УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНАЯ   0,35≤СЕ≤0,25 % – сварка возможна отдельными видами сварки при t≥+5ºС с предварительным подогревом

3)   ОГРАНИЧЕННАЯ   0,35≤СЕ≤0,4 % - сварка возможна конкретными видами сварки с предварительным и сопутствующим подогревом в узком интервале режима сварки.

4)   ПЛОХАЯ   СЕ>0,4 %

Из формулы следует, что CЕ=С_экв=0,16 % - следовательно свариваемость хорошая.

3. Температура подогрева определяется по формуле:

Т_под=350 , где С_экв=С+0,002t, t-толщина листа стали

                        Т.к. свариваемость стали хорошая – подогрев не нужен.

4. По заданному содержанию углерода определяем твёрдость стали.

НВ=а_фер ·НВ_фер+b_ц ·НВ_ц,  

Твердость феррита НВ_фер=1000 мПа

Твёрдость цементита НВ_ц=10 000мПа

100% цементита образуется при содержании углерода 6,69%, из этого следует, что при содержании углерода 0,16  b_ц=0,16 ·  = 2,39 %,

тогда а_фер=100-2,39=97,61 %

По формуле вычисляем твердость стали НВ=118

Зная твёрдость стали, определяем предел текучести σ_т=0,245 НВ= 28,91

предел σ_в=0,35 НВ= 41,3

Схема углового сварного соединения:

                                               6 мм

                                                                                         6 мм

Прямая полярность применяется в случае сварки, обратная в случае наплавки.

5. Выбор сварочного материала производим по пределу прочность:

σ_в= 41,3, выбираем тип электрода Э-42 марки УОНИИ 13/42

6. Диаметр электрода выбираем в зависимости от вида соединения.

Для угловых швов диаметр электрода выбирается по величине катета углового шва из таблицы зависимость толщины сварного элемента от предела текучести. Получаем размер катета 5 мм. По катету подбираем толщину электрода d_эл=4мм.

7. По выбранному диаметру электрода определяем сварочный ток I [А]

I_св=k·d_эл

где k=35÷60 А/мин – погонная сила тока, для легированных сталей k=35, для углеродистых k=60

Получаем I_св=240 [А]

8. Определяем напряжение на дуге U_дуги [В]

U_дуги = U_ст.д.+U_кат.+U_анод, где U_кат.+U_анод ≈ 18÷20 В

Напряжение столба дуги U_ст.д.=l_дуги·Е, где Е=3÷5 В/мм – напряженность электрического поля, l_дуги==3 мм

9. Скорость сварки V_св=

Для определения Т₀ определим массу наплавленного металла М=ρ· V_шва , где V_шва- объём шва. V_шва=F_шва· L_шва,  F_шва- площадь сечения шва, L_шва- длина шва.  F_шва=0,5 · кат.² · k_увел. , где k_увел.=1,2

Получаем площадь сечения шва F_шва=0,000015 м²,

Объём шва V_шва=0,000015·0,3=0,0000045 м³

Масса наплавленного металла М=7,8·10³·15·10^-6=0,117 кг

С другой стороны масса наплавленного металла выражается

                  М=α·I_св·Т₀, где α ≈ 8  –  коэффициент наплавки

                  Т₀==0,018 [час],   Получаем V_св==16,6 [м/час]

10.   Основное (технологическое) и полное время сварки Т_о, Т_с [час]

Т₀==0,018 [час], полное время Т_с≈1,5 Т_о= 0,027 [час]

11.   Источник питания

Определяем полную мощность сварки  N= I_св· U_дуги=240·22=5,28 [кВт]

Эффективная мощность сварки N_эф=η·N_полн=0,75· N_полн=3,96 [кВт]