Технология изготовления коробчатой балки

 

Вибір зварювального дроту.

Для зварювання низьколегованої  сталі 10Г2С1 необхідно, перш за все, шукати зварювальний дріт в аналогічній групі низьколегованих сталей. Так як сталь 10Г2С1 не має схильності до утворення гарячих тріщин, то зварювальний дріт може бути однорідним та близьким за складом до основного металу. Вуглекислий газ не легує метал шва, а навпаки, викликає їх окиснення. Тому дріт повинен містити необхідну кількість легуючих та розкислюючих елементів. В каталогах зварювальних матеріалів вибираємо зварювальний дріт Св–08Г2С (ГОСТ 2246-70), хімічний склад якого:

 

C	Mn	Si	Cr	Ni	S	P
0.05-0.11	1.8-2.1	0.7-0.95	≤0.2	≤0.25	0.025	0.03

 

2.) Автоматичне зварювання під флюсом (АФ).

Вибір флюсу.

Флюс слід шукати у групі флюсів для дугового зварювання низьковуглецевих та низьколегованих  сталей. Сталь 10Г2С1 відноситься до матеріалу  з низькою хімічною активністю. Тому можна вибрати флюс із числа кисневих, високоактивних або активних, високо- або низько кремнієвих, марганцевих. Враховуючи особливо відповідальне призначення виробу, слід віддати перевагу вибору флюсу із числа активних або малоактивних низько кремнієвих марганцевих, що забезпечують більш високу пластичність та ударну в’язкість при низьких температурах. Необхідний склад металу шва можна забезпечити за рахунок складу зварювального дроту, тому немає необхідності у виборі легуючого керамічного флюсу. В каталогах зварювальних матеріалів знаходимо флюс марки АН-47.

Склад флюсу АН – 47:

SiO₂=41 – 44%          MnO=34 – 38%

CaO=6.5%                  MgO = 5 – 7.5%

Al₂O₃ = 4.5%          CaF₂ = 4 – 5.5%

Fe₂O₃ = 2%                                   S = 0.15%

P = 0.12%

 

Вибір електродного дроту.

Для зварювання низьколегованої  сталі 10Г2С1 необхідно шукати зварювальний дріт в групі низьколегованих  сталей. Для досягнення необхідного  рівня механічних та технологічних  властивостей зварних з’єднань у поєднанні з вже обраним флюсом АН-47, використаємо у якості зварювального дроту Св-10ГС (ГОСТ 2246-70), хімічний склад якої:

 

C≤0.12                            Ni≤0.25

Mn=1.50-1.90                 S≤0.030

Si≤0.03                           P≤0.030

Сr≤0.2 

                      2.5 Вибір стандартних розмірів швів і підготовки кромок

1.) Зварювання в СО₂  (УП)

Тип з´єднання	Форма підготовлених крайок	Характер виконаного шва	Форма поперечного перерізу підготовлених крайок	Форма поперечного перерізу виконаного шва	Товщина зварюваних деталей для способу зварювання УП	Умовне позначення зварного з’єднання
Таврове	Без скосу крайок	Однобіч-ний			0,8-40,0	Т1

 

 Форма підготовки крайок                                Форма шва

  Рис 2. ГОСТ 14771-76.

 

 

 

 

 

2.) Автоматичне зварювання під флюсом (АФ)

                           

Тип з´єднання	Форма підготовлених крайок	Характер виконаного шва	Форма поперечного перерізу підготовлених крайок	Форма поперечного перерізу виконаного шва	Товщина зварюваних деталей для способу зварювання УП	Умовне позначення зварного з’єднання
Таврове	Без скосу крайок	Однобіч-ний			3,0-40,0	Т1

 

  Форма підготовки крайок                                Форма шва

Рис.3 ГОСТ 8718-79

 

 

 

 

 

 

 

2.6 Розрахунок параметрів режиму зварювання

1.) Розрахунок режиму дугового зварювання під флюсом по площі наплавленого металу

Підготовка вихідних даних.

1. Основний метал - сталь 10Г2С1
2. Зварювальний флюс - АН - 47
3. Зварювальний дріт - СВ – 10ГС
4. Зварювання - автоматичне
5. Товщина металу - 8 мм.
6. Тип з'єднання - таврове.
7. Тип шва - у човник.
8. Положення шва - нижнє.
9. Тип шва по кількості проходів - однопрохідний.
10. Форми й розміри підготовки крайок, наведені на мал.3.

 

Розрахунок режиму зварювання:

            1. Визначаємо площу наплавленого металу по кресленню(рис 3).

Тому що шов однопрохідний:

F_н=F₁+F₂=K₃·e·g+½K²=0.7·√2·5·2+½·5²=17мм².

            2. Діаметр електродного дроту розраховуємо по формулі:

d_ел=K_α·F_н=(0.036...0.160)·17=(0.612...2.72).

Коефіцієнт K_α вибраний по таблиці для автоматичного зварювання на змінному струмі.

Округляємо розрахунковий d_ел до стандартних значень і обмежуємо діапазон припустимих значень: 1.6,2,3 мм.

З метою досягнення високої продуктивності вибираємо значення дроту 3 мм.

3. Розраховуємо швидкість зварювання на змінному струмі:

V_зв≤110·d_эл/Fн=110·3/17=19.4мм/с=69м/год.

4. Визначаємо швидкість подачі електродного дроту:

V_ел=4·F_н·V_зв/(π·d_эл²)=4·17·19.4/( π·9)=46.6мм/с=168м/год.

5. Визначаємо зварювальний струм по формулі:

          I_зв=d_ел·(√(450· d_эл·V_эл+5185)-72)=3·(√(450·3·46.6+5185)-17)=731.85А.

Розрахунковий зварювальний струм не виходить за межі допусків:

I_зв≤(180... 190) d_ел=(720…760)А.

 

6. Визначаємо напругу зварювання:

U_зв=22+0.02·I_зв=22+0.02·731.85=36.63В

7. Виліт електродного дроту:

L_в=10·d_ел±2· d_ел=30±6мм

 

2.) Розрахунок режиму дугового зварювання в СО₂  по площі наплавленого металу

Підготовка вихідних даних.

З технологічного аналізу зварного виробу встановлено, що основний метал - сталь 10Г2С1, товщиною 8 мм. Зварювання автоматично виконується дротом Св-08Г2С у нижньому положенні. Шов тавровий однопрохідний (Рис.2).

Площа наплавленого металу визначаємо за формулою:

F_н=F₁+F₂=k₃·e·g+½·k²=0.7·√2·6·1+½·5²=17мм²

                                  Розрахунок режиму зварювання

1. Розраховуємо діаметр електродного дроту для швів за площею:

К_α =(0.149...0.409)

d_ел ≥K_α ·F_н^0.625≥(0.149...0.409)·17^0.625=(0.8...2.22)мм

d_эл=1.6мм.

2. Швидкість зварювання:

V_зв=(15.9·d_эл²+67.4·d_эл^1.5)/F_н=(15.9·1.6²+67.4·1.6^1.5)/17=10мм/с=36м/год

3. Тому що зварювання в СО₂ виконується в діапазоні швидкостей    (3...10мм/с), то приймаємо швидкість зварювання з урахуванням цих обмежень.
4. При відомій площі наплавленого металу, діаметрі електродного дроту й швидкості зварювання, розраховуємо швидкість подачі електродного дроту по формулі:
5. V_ел=(4·V_зв·F_н)/(π·d_ел²·(1-ψp))=(4·10·17)/(π·1.6·(1-0.01))=85мм/с=306м/год

 

Розраховуємо зварювальний струм для шва при зворотній полярності:

I_зв= d_ел·(√(1450· d_ел· Vел+145150)-382)=1.6·(√(1450·1.6·85+145150)-382)=

=324А

 

Розрахункове значення зварювального струму не виходить за межі обмежень:

I_зв≤180· d_ел^1.5≤364А    

4. Визначаємо напругу зварювання для шва     

U_зв=14+0.05· I_зв=14+0.05·324=30.2 В

   

5. Визначаємо витрата вуглекислого газу для шва:

q_зг=3.3·10^-3· I_зв^0.75=3.3·10^-3·324^0.75=0.25л/с=15.6л/хв.

 

 

6. Виліт електродного дроту:

L_в=10·d_эл±2· d_эл=16±3.2мм

 

Параметр	Розрахункові значення
	Під    флюсом	СО2
	По площі наплавленого металу	По площі наплавленого металу
Iзв, A	731.85	324
Vзв, мм/с	19.4	10
Uзв, B	36.63	30.2
Vел,   мм/с	46.6	85
dел,мм	3	1.6
qзг , л/с	--	0.25
Lв  ,мм	30±6	16±3.2

 

2.7  Вибір зварювального обладнання загального призначення

Оскільки у результаті конструктивно - технологічного аналізу встановлено, що зварювання всіх з'єднань виконується в приміщенні,то джерело зварювального струму повинен мати групу В  по кліматичному виконанню й групу С по категорії розміщення. Тому що до заводу підведена електрика, то краще вибрати трансформатор або випрямляч. Для зварювання під флюсом необхідно вибрати джерело з пологопадаючою характеристикою, а для зварювання в СО₂ із жорсткою характеристикою. Оскільки тип виробництва серійний, то джерело можна вибрати із числа універсальних, загального призначення. У зв'язку зі зварюванням у заводських умовах і транспортабельністю виробу не потрібно пересувне або переносне джерело,можна використати джерело з високим завантаженням (ПН=100%). Очевидно, при виконанні швів не потрібне зосередження більше 7-9 постів. Тому більш экономічно вибрати однопостове джерело.     Вибір роду струму залежить від способу зварювання. У нашому випадку при зварюванні під флюсом допускається пряма полярність постійний струм, а у випадку зварювання в СО₂ зворотна полярність, постійний струм. Отже, ми можемо вибрати тільки джерела постійного струму - випрямляч або перетворювач. Перевагу віддаємо випрямлячу, що має кращі техніко-економічні показники, чим перетворювач.

Для вибору конкретної марки випрямляча необхідно знати силу зварювального струму. Відповідно до розрахунку, сила зварювального струму при зварюванні під флюсом I_зв=731, при зварюванні в СО₂ I_зв=324. Отже, можна вибрати джерело з номінальним струмом 1000А и 400А. По переліку електрозварювального устаткування знаходимо найближчі по номінальному струму зварювальні випрямлячі ВДУ - 1000 і ВДУ - 400.

Виберемо випрамляч для зварювання в СО₂

Технічні характеристики, яких наведені в таблиці:

ВДУ-400С.

 Випрямляч призначений для зварювання електродним дротом, що плавиться, низьковуглецевих, легованих і коррозійно-стійких сталей у середовищі захисних газів на постійному струмі. Існує плавне регулювання зварювального струму. Випрямляч універсальний, тому що має два види зовнішніх характеристик: жорстку й падаючу. Переваги:

1. Легке запалювання й стійке горіння дуги.
2. Наявність термозахисту від перевантаження.
3. Дистанційне регулювання зварювальних параметрів за допомогою пульта.
4. Наявність розетки   для живлення підігрівника газу. Клас ізоляції Н за ДСТ 8865-70

Виберемо випрамляч для автоматичного зварювання під флюсом (АФ).

ВДУ-1000. Випрямляч призначений для зварювання в середовищі захисних газів, а також для зварювання й наплавлення під флюсом виробів з  низьковуглецевих сталей. Переваги:

1. Надійне запалювання й стійке горіння дуги.
2. Наявність термозахисту від перевантаження.
3. Можливість як місцевого, так і дистанційного ррегулювання зварювальних параметрів.
4. Володіє двома видами твердих зовнішніх ввольтамперных характеристик для зварювання й ннаплавлення під шаром флюсу.
5. Висока надійність обмотувальних вузлів - Клас ізоляції Н по ГОСТ 8865-70.

 

 

 

Марка випрямляча	Напруга живлення мережі, В	Номінальний зварювальний струм (приПН,ПВ%),А	Споживча Потужність, Вт	Діаметр електродного дроту, мм	Габаритні розміри,мм маса,кг
ВДУ-400	380	400 (40%)	35	1.2-8	300 750-650-1150
ВДУ-1000	380	1000(100%)	63	--	520 790-600-1410