Правильный расчет тока при сварке металла
Автор perminoviv На чтение 3 мин. Опубликовано
Для получения неразъемного соединения металлических деталей, отличающегося надежностью, широко применяется сварка. Работы проводятся электродами, являющимися основным расходным материалом. Их марка подбирается в зависимости от свариваемой стали. Это позволяет создать соединение, имеющее однородную структуру. Поэтому сочленение получится надежным и выдержит требуемые нагрузки. Однако необходимо знать не только марку стержней, но и их диаметр. Учитывается также толщина металла, позволяющая выбрать аппарат с подходящей мощностью и влияющая на глубину проваривания. Немаловажную роль играет режим оборудования.
Сегодня не всегда нужно выполнять расчет тока при сварке металла. Имеется возможность воспользоваться известными значениями, вычисленными специалистами прошлых поколений. Пренебрегая информацией, не удастся провести сочленение изделий. При маленькой силе электротока начинает липнуть основной расходный материал и перестает образовываться дуга. Высокое значение повышает вероятность сквозного прогара детали.
Совет! Не нужно использовать слишком тонкий электрод – пруток быстро сгорит.
Сварочные режимы
Требуемый режим сварки влияет на силу электротока при выполнении работ электродом. Он включает показатели, зависящие от первоначальных данных. Необходимо, чтобы их было максимальное количество. Это позволит более качественно провести требуемую работу. Благодаря исходной информации определяется размер, форма шва.
К основным показателям относятся следующие параметры:
- марка, диаметр электродного прутка;
- положение сочленения;
- сила, род, полярность электротока;
- слоистость шва.
Если создается многослойный шов, тогда могут меняться параметры, включая режим и толщину основного расходного материала. Прутки подбираются к металлу, а первоначальные сведения зависят непосредственно от них. Когда шов расположен вертикально, амперы уменьшаются на 10-20% от номинального значения. Если же сочленение выполняется в нижнем положении, тогда сила тока берется без изменения из расчета или соответствующей таблицы. Когда процесс проводится возле потолка, электроток нужно снизить на 20-25%. Уменьшение амперов замедлит расплавление металла. Сталь будет медленнее стекать со стыка.
Совет! Выполняя операции возле потолка, необходимо использовать электрод с диаметром максимум 0,4 см.
Выбирая основной расходный материал, нужно обращать внимание на технические характеристики, отраженные на пачке. Здесь обозначается ток сварки, его сила и поперечный размер прутка.
Вычисления ампер
Несмотря на известность нужных значений силы электротока, зависящих от толщины соединяемых деталей и электродов, необходимо проводить точный расчет ампер. Для этого применяется формула:
I = K1 * K2 * D
В выражение используются следующие величины:
К1 — коэффициент положения операции. Он равен 1 при нижнем сварочном процессе. Если шов создается вертикально, тогда К=0,9, а во время потолочных работ К=0,8.
K2 — коэффициент, значение которого зависит от размера электрода. Его определить поможет нижеприведенная таблица по сварке металла:
Диаметр, мм | 1…2 | 3…4 | 5…6 |
K2, А/мм | 25…30 | 35…40 | 45…60 |
D — поперечный размер электродного стержня, зависящий от толщины стали. Величина выбирается из нижеприведенной таблицы (здесь же обозначен примерный сварочный ток):
Диаметр электродного стержня, мм | Толщина стали, мм | Ток, Ампер |
1,6 | 1…2 | 25…50 |
2 | 2…3 | 40…80 |
2,5 | 2…3 | 60…100 |
3 | 3…4 | 80…160 |
4 | 4…6 | 120…200 |
5 | 6…8 | 180…250 |
5…6 | 10…24 | 220…320 |
6…8 | 30…60 | 300…400 |
Многие сварочные аппараты, применяющиеся в быту, работаю в тандеме с электродными стержнями, имеющими размер 0,1-0,2 см. Для таких расходных материалов будет достаточно 30-45 А.
Совет! При выборе подобного аппарата необходимо приобретать устройство, оснащенное плавной регулировкой. Она позволит уменьшить вероятность погрешности, оказывающейся в большинстве случаев критической.
Выбирать оборудование рекомендуется в специализированных магазинах. Консультанты подскажут оптимальный вариант устройства. Итог покупки — качественно осуществленные сварочные процессы.
Расчет силы тока сегодня не является обязательной операцией для сварщиков. Профессионалы все необходимые значения уже выучили наизусть. Однако принцип выполнения вычислений рекомендуется знать любому специалисту в области, связанной со сваркой.
Сила тока при сварке, формула определения силы сварочного тока. — Инструкции по монтажу и применению строительных материалов
Сила сварочного тока зависит от диаметра электрода и положения сварки.
Обычно для каждой марки электродов значение тока указано на заводской упаковке, но можно силу тока определить по следующим формулам:
1. Силу тока при сварке в нижнем положении приблизительно можно определить по формуле:
I=D·K
где:
I — сила тока;
D — диаметр электрода;
K — коэффициент, см таблицу:
|
K А/мм |
25-30 |
30-45 |
45-60 |
|
|
1-2 |
3-4 |
5-6 |
При сварке горизонтальных швов силу тока определяют по следующей формуле: I=K·D·0,85
При сварке в вертикальном положении формула: I=K·D·0,90
При сварке потолочных швов сила тока I=K·D·0,80
2. Значение сварочного тока можно определить по формуле:
I=(40…50)*D при D=4…6мм
I=(20+6D)*D при D<4мм и D>6мм.
Полученное значение сварочного тока корректируют, учитывая толщину свариваемого металла и положение сварного шва. При толщине кромок менее (1,3…1,6)D, расчетное значение сварочного тока уменьшают на 10…15%, при толщине кромок >3D — увеличивают на 10…15%. Сварку вертикальных и потолочных швов выполняют сварочным током на 10…15% уменьшенным против расчетного.
3. При подборе источника тока (сварочного инвертора), в зависимости от применяемого электрода, можно использовать упрощенную формулу:
формула побора силы тока по диаметру электрода: 1 мм диаметра электрода умножаем на 35 ÷ 40 А сварочного тока.
Строительный портал
Расчет величины сварочного тока.
Силу тока можно найти по формулам:
J = (40 — 50) dэ при dэ = 4 — 6 мм;
J = (20 + 6dэ) ⋅ dэ при dэ < 4 и dэ > 6 мм,
где J — сварочный ток, А
dэ — диаметр электрода, мм.
Длина дуги при РДС зависит от марки электрода и устанавливается
сварщиком в пределах 3-5 мм. Ориентировочно
Lд=0,52(Dэл+2) , (d,)мм
Напряжение дуги
Uд = a + в*Lд
где а — падение напряжения в приэлектродных областях:
у катода до 25, у анода до 5 В;
в — падение напряжения в дуге, в=(1-5) В/мм.
Можно принять а = 20 В, в = 3 В/мм.
Расчёт количества требуемых для сварки электродов.
Для определения количества требуемых для сварки электродов необходимо рассчитать суммарную массу наплавленного в сварные швы металла, в различных типах швов (стыкового. нахлесточного, углового, таврового) по формуле:
где Fш – площадь поперечного сечения соответствующего вида шва, см2;
Lш – длина соответствующего вида шва, см;
γ – плотность стали, γ = 7,85
где — коэффициент усиления шва, = 1,15
Fр – площадь поперечного сечения разделки сварного соединения, см2;
Для таврового шва Т1 площадь стыка сварного соединения
где К1 – катет шва.
Для таврового шва Т3
где К — катет шва;
g – усиление шва.-
Для нахлесточного шва Н1
Для углового шва У4
Для стыкового шва
где S –толщина свариваемого металла.
Расчет суммы потерь электродного металла
Количество расплавленного электродного металла больше чем наплавленного в сварной шов металла, так как часть металла теряется при его разбрызгивании и угаре. Потери на угар и разбрызгивание выражаются коэффициентом . При ручной дуговой сварке на постоянном токе .
Потери на огарки выражаются коэффициентом , при этом длина огарка допускается не более 5си, тогда
где Lог – длина огарка;
Lэл – длина электрода.
Тогда сумма потерь электродного металла:
Расчет массы электродов для выполнения сварного соединения
Масса стержня одногоэлектрода
Количество электродов, требуемых на выполнение изделия
Расчет времени сварки
Машинное время сварки
где
— коэффициент наплавки;
Вспомогательное время сварки
Полное время сварки
Выбор источника питания ручной дуговой сварки.
Расчет скорости сварки
При выборе источника питания необходимо руководствоваться требованиями технологического процесса: способом и режимом дуговой сварки, свойствами свариваемого металла, условиями сварочных работ.
После выбора способа сварки необходимо выбрать род тока (если, конечно, данный способ сварки позволяет выполнять сварку, как на постоянном, так и на переменном токе), а также требуемую форму ВВАХ источника питания. Ниже в таблице представлены данные для выбора рода тока и формы ВВАХ источника питания в зависимости от способа дуговой сварки.
Способ сварки | Постоянный ток | Переменный ток | |
Падающая ВВАХ | Жесткая ВВАХ | Падающая ВВАХ | |
Сварка неплавящимся электродом: ТИГ Сварка плавящимся электродом: ММА МИГ/МАГ Импульсно-дуговая сварка Сварка порошковой проволокой
|
Да
Да Возможна Специальная Да
|
Нет
Нет Да Специальная Да
|
Да
Да Нет Нет На стадии эксперимента |
Сварочные источники питания выпускаются для разных диапазонов сварочного тока. Следует выбирать источник питания, номинальный ток которого близок к требуемому току сварки. Источник питания со слишком высоким номинальным током будет использоваться не эффективно. Он также будет потреблять значительную энергию при работе на холостом ходу. Сварочные источники питания также рассчитываются на разные режимы работы (непрерывный или повторно-кратковременный).
Повторно-кратковременный режим оценивается относительной продолжительностью работы (ПР; иногда обозначается ПН – Период Нагрузки):
ПР | = | время работы (сварки) | · 100% |
| время всего цикла (сварки и паузы) |
Длительность всего цикла работы (сварки и паузы) для источников, предназначенных для ручной дуговой сварки, принята равной 5 мин (в странах СНГ). Например, если ПР = 20%, то это означает, что после 1 минуты сварки на номинальном токе необходимо, чтобы источник остывал не менее чем 4 минуты. В противном случае он может перегреться и выйти из строя.
Внимание! В Европе длительность цикла работы принята равной 5 мин Например, если номинальный ток 300 А при ПР = 40%, а сварка выполняется на токе 200 А, то реальное значение ПР будет:
Новое значение ПР | = | (300)2 | · 40% | = 90% |
(200)2 |
То есть, данным источником питания можно выполнять сварку током 200 А практически непрерывно.
При выборе источника питания необходимо учитывать и параметры силовой сети (одно- или трехфазная), к которой предполагается подключить источник питания. На табличке с техническими данными источника питания обычно указываются: требования к сети питания, номинальный ток сварки, напряжение холостого хода, форма ВВАХ, ПР (ПН) и другие технические сведения об источнике питания.
Расчет скорости сварки
где
— длина всех сварных швов.
Расход электроэнергии на выполнение сварочных работ
где
– напряжение на дуге
Мощность холостого хода
Вариант 1
№ | Марка стали | Размеры мм | |||
А | В | | |||
1 | 17ГСБ | 50 | 4 | 5 | |
2 | 12ХМ | 70 | 5 | 7 | |
3 | 08 | 80 | 6 | 10 | |
4 | 15Г | 100 | 6 | 12 | |
5 | 15ХМ | 120 | 8 | 15 | |
Вариант 2
№ | Марка стали | Размеры мм | ||||
А | В | К | 1 | 2 | ||
6 | 15Г | 1500 | 2000 | 6 | 8 | 15 |
7 | 15Х5 | 1800 | 2500 | 8 | 10 | 20 |
8 | 10ХСНД | 2000 | 2500 | 8 | 12 | 20 |
9 | Ст4 | 2200 | 2800 | 8 | 12 | 20 |
10 | 08 | 2200 | 2500 | 8 | 10 | 20 |
Вариант 3
№ | Марка стали | Размеры мм | |||
А | Б | 1 | 2 | ||
11 | 10 | 800 | 300 | 8 | 10 |
12 | 15 | 1000 | 400 | 10 | 12 |
13 | 20 | 1200 | 500 | 10 | 12 |
14 | 25 | 850 | 350 | 8 | 10 |
15 | 15Г | 700 | 250 | 6 | 5 |
Вариант4
№ | Марка стали | Размеры мм | |
А | Б | ||
16 | 10 | 800 | 10 |
17 | 20 | 1200 | 10 |
18 | Ст3 | 3000 | 18 |
19 | Ст1 | 6000 | 20 |
20 | Ст3 | 2000 | 15 |
Вариант 5
№ | Марка стали | Размеры мм | ||
21 | 20ХГСА | А | Б | К |
22 | 15ХА | 200 | 8 | 6 |
23 | 25 | 300 | 8 | 6 |
24 | 10 | 350 | 9 | 7 |
25 | Ст4 | 400 | 10 | 8 |
26 | Ст2 | 500 | 10 | 8 |
Вариант 6
№ | Марка стали | Размеры мм | |
А | Б | ||
27 | Ст1 | 300 | 150 |
28 | 08 | 350 | 170 |
29 | 30 | 400 | 200 |
30 | 35 | 450 | 200 |
31 | 20Г | 250 | 180 |
Вариант 7
№ | Марка стали | Размеры мм | ||||
А | Б | В | 1 | 2 | ||
32 | 20Х | 220 | 600 | 150 | 6 | 4 |
33 | 20Г | 250 | 800 | 200 | 6 | 5 |
34 | 15ХМ | 180 | 600 | 300 | 5 | 4 |
35 | Ст3 | 150 | 550 | 200 | 5 | 4 |
36 | Ст4 | 200 | 700 | 250 | 6 | 4 |
РАСЧЕТ И ВЫБОР РЕЖИМОВ СВАРКИ — Студопедия
Независимо от способа сварки необходимо соблюдать следующие условия, которые позволяют получить сварное соединение с необходимой трудоспособностью:
1) специальная подготовка кромок;
2) высокое качество подготовки и сборки под сварку;
3) обязательная зачистка поверхностей, которые свариваются.
Режимом сварки называют совокупность основных характеристик сварочного процесса, которые обеспечивают получение сварных швов заданных размеров, формы и качества.
Первым условием расчета режимов сварки является получение швов с оптимальными размерами и формой, которые обеспечивают высокую технологическую прочность и высокие эксплуатационные характеристики.
К основным параметрам дуговой сварки относятся: сварочный ток Iсв, напряжение дуги Uд и скорость сварки Vсв. Каждый из этих параметров как отдельно, так и в совокупности с другими, влияют на величину тепло вложения а, значит, и на геометрические размеры шва, коэффициент формы провара, коэффициент формы шва и участие основного и электродного металла в формировании шва.
Оптимальные параметры режима сварки обеспечивают необходимые геометрические размеры сварных швов и необходимые соотношения между основным и электродным металлом, при котором достигаются заданные механические свойства металла шва.
Шов №1:
Способ сварки: полуавтоматическая сварка в среде защитных газов;
Тип шва: Т1-?5 тавровый, односторонний, без скоса кромок;
Марка стали: ст3сп5,
Рисунок 4.1. — Разделка кромок для шва Т1 по ГОСТ 14771-76
Определяем площадь наплавленного металла по формуле:
Fн=
Fн
Задаём диаметр электродной проволоки dэ.пр.=1,6мм, плотность тока j=175 А/мм2
Сила сварочного тока при сварке в среде защитных газов определяется в зависимости от диаметра электрода, которым мы изначально задаемся, и допустимой плотностью тока:
Для принятого диаметра электрода и силы сварочного тока определяем оптимальное напряжение дуги:
.
Скорость сварки может быть определена по формуле:
,
где — коэффициент наплавки, определяется в зависимости от тока сварки и диаметра проволоки;
g=7,8 — плотность наплавленного металла;
FН1пр — площадь поперечного сечения наплавленного металла за данный проход, см2.
Вылет электрода находится по формуле:
Выбираем L = 18 мм.
Скорость подачи проволоки определяется по формуле:
Шов №2:
Способ сварки: полуавтоматическая сварка в среде защитных газов;
Тип шва: Т7, тавровый, односторонний, со скосом одной кромки, с подварочным швом;
Марка стали: ст3сп5;
Рисунок 4.2 — Разделка кромок для шва Т7 по ГОСТ 14771-76
1. Определим катет шва по формуле:
k = 0,15 * s — 0,5s = 0,15 * 20 — 0,5 * 20 = 3 — 10мм,
Принимаем k = 5 мм
2. Определим площадь наплавленного металла:
Площадь наплавленного металла при полуавтоматической сварке составляет 40-50 мм2. Выбираем Fн = 40 мм2.
3. Площадь наплавленного металла подварочного и корневого шва:
Конструктивно принимаем =10 мм2.
4. Зная общую площадь поперечного сечения металла, наплавленного при первом и последующих проходах, определим количество проходов:
Задаём диаметр электродной проволоки dэ.пр. = 1,6 мм, плотность тока j = 175 А/мм2
5. Определяем силу сварочного тока:
6. Определяем оптимальное напряжение дуги:
.
7. Определяем скорость сварки:
,
где — коэффициент наплавки, определяется в зависимости от тока сварки и диаметра проволоки;
g=7,8 — плотность наплавленного металла;
FН1пр — площадь поперечного сечения наплавленного металла за данный проход, см2.
8. Вылет электрода находится по формуле:
Выбираем L = 18 мм.
9. Определяем скорость подачи сварочной проволоки:
Определяем режимы сварки для выполнения подварочного и корневого шва:
1. Определяем силу тока:
Сила тока должна быть меньше, чем при сварке основного шва, чтоб избежать прожогов.
2. Определяем напряжение на дуге:
3. Определяем скорость сварки:
4. Определяем скорость подачи сварочной проволоки:
Шов №3:
Способ сварки: полуавтоматическая сварка в защитных газах.
Тип шва: Т6, тавровый, односторонний, со скосом одной кромки.
Марки стали: ст3сп5.
Рисунок 4.3 — Разделка кромок для шва Т6 по ГОСТ 14771-76
1. Определяем площадь наплавленного металла по формуле:
При этом следует иметь в виду, что максимальное поперечное сечение металла, наплавленного за один проход при полуавтоматической сварке не должно превышать 40 — 50 мм2. Принимаем:
2. Зная общую площадь поперечного сечения наплавленного металла и площади поперечного сечения наплавленного при первом и каждом последующем проходах, найдём число проходов:
Режимы сварки для шва Т6 такие же, как и для сварки шва Т7.
Калькуляторы тепловой энергии
Здесь представлен быстрый калькулятор параметров сварки. Ниже приведены его расчеты и загружаемый лист Excel. (Лист Excel не отображал столбцы должным образом после последнего обновления — вы можете загрузить его снова, если у вас возникли трудности.)
Количество энергии, которое вкладывается в сварной шов во время процесса дуговой сварки, «подвод тепла», является критическим параметром, который необходимо контролировать для обеспечения постоянного качества сварки.Есть несколько способов расчета энергии, вложенной в сварной шов. Наиболее распространенный подход к вычислению тепла для сварки без контроля формы волны — это использование сварочного тока, напряжения и скорости перемещения. Американская система для этого указана в ASME IX и различных стандартах AWS, а европейская система — в EN ISO 1011-1 и PD ISO / TR 18491.
В обоих расчетах энергия, вложенная в сварной шов, называется «погонной энергией», но европейская система расчета погонной энергии отличается от американской системы дополнительным параметром «термический КПД / КПД процесса / КПД дуги».Обратите внимание, что в более раннем стандарте BS 5135 подвод тепла назывался «энергией дуги» и не обязательно включал эффективность процесса. Вы также можете услышать тепловложение ASME IX, называемое энергией дуги в европейской системе. Убедитесь, что все стороны согласны с определением (и расчетом!)
Два расчета:
| EN Тепловая нагрузка = | Напряжение дуги * Ток дуги * Тепловой КПД |
| Скорость передвижения |
| Подвод тепла по ASME / AWS = | Напряжение дуги * Ток дуги |
| Скорость передвижения |
Тепловая нагрузка обычно указывается в кДж / мм, поэтому необходимо преобразовать значения в стандартные единицы, а именно: ток (амперы), напряжение (вольты), скорость перемещения (мм / с) и термический КПД (без единиц измерения).Эти единицы дают значение подводимого тепла в единицах Дж / мм, поэтому деление значения на 1000 даст его в единицах кДж / мм.
Другими возможными аспектами расчета являются использование скорости движения в мм / мин, что требует умножения результата на 60 (уже учтено в калькуляторе выше) или дюймов / мин, что опять же требует коэффициента умножения 60x и дает результат подводимого тепла. кДж / дюйм.
Значения термического КПД для различных процессов приведены в таблице ниже:
| Сварочный процесс | Термический КПД |
| Вольфрамовый инертный газ (TIG) / газовая вольфрамовая дуга (GTAW) | 0.6 |
| Плазменная дуга (PAW) | 0,6 |
| Металлический инертный / активный газ (MIG / MAG) / металлическая дуга (GMAW) | 0,8 |
| Порошковая порошковая (FCAW) / металлическая порошковая (MCAW) | 0,8 |
| Ручная металлическая дуга (MMA) / дуга в экранированном металле (SMAW) | 0,8 |
| Дуга под флюсом (SAW) | 1.0 |
Этот метод подходит для расчета погонной энергии при простой сварке постоянным током, включая MIG с переносом погружения и ручную дуговую сварку металла.Он также может быть подходящим для сварки на переменном токе, где имеется равный баланс сварочного тока в обоих направлениях. Однако при сварке с «управляемой формой волны», в которой используются быстро меняющиеся выходы, фазовые сдвиги и синергетические изменения, может оказаться, что приведенные выше расчеты неправильно представляют подвод тепла. Сварка с регулируемой формой волны включает все процессы импульсной сварки, включая синергетический.
Один из методов, который используется в этих случаях, — это вычисление средних или взвешенных по времени значений для различных параметров, например.г. для импульсной сварки можно использовать:
| Средний текущий = | Пиковый ток * Пиковое время + Фоновый ток * Фоновое время |
| Пиковое время + Время фона |
, но это грубый метод. Альтернативой является использование метода регистрации «мгновенной мощности» или «мгновенной энергии» сварочной дуги.Это выполняется с помощью устройства измерения с высокой частотой дискретизации, либо как часть источника сварочного тока, либо как внешнее оборудование. Частота дискретизации должна быть в 10 раз больше частоты сигнала. Далее следуют расчеты подводимого тепла, которые приведены ниже. Эти уравнения представлены в ASME IX и PD ISO / TR 18491.
Уравнение мгновенной энергии:
| Подвод тепла = | Энергия |
| Длина сварного шва |
Где энергия дана в Джоулях, и поэтому длина борта в миллиметрах или дюймах снова дает подвод тепла в Дж / мм или Дж / дюйм.
Уравнение мгновенной мощности:
| Тепловая нагрузка = | Мощность * Время дуги |
| Длина сварного шва |
Здесь мощность указывается в Джоулях / сек или Ваттах, а длина валика в миллиметрах или дюймах дает тепловложение в Джоулях / мм или Джоулях / дюйм. Снова необходим коэффициент 1/1000 (но не показан) для преобразования в кДж / мм или кДж / дюйм.
Последним вариантом управления подводимой теплотой является измерение объема наплавленного металла шва либо путем измерения размера валика (ширина * толщина), либо путем контроля длины биения на единицу длины электрода.
Ниже приводится таблица Excel, в которой можно рассчитать тепловложение с использованием этих методов. Поставляются две версии. У одного 20 проходов, у другого 50.
Калькулятор тепловой энергии
Калькулятор тепловложения (Больше строк)
Обратите внимание, что эта страница основана на простых расчетах для одного набора параметров сварки.Здесь учитывается тепловложение при многопроходной сварке:
Расчет тепловложения при многопроходной сварке
(Эта страница показалась вам полезной? Если да, рассмотрите возможность осуществления любых запланированных покупок по этим ссылкам на Amazon UK или Amazon US для бесплатной поддержки Collie Welding.)
.Справка по расчету сварки — WELDING
Углеродный эквивалент
Параметры сварки / предварительный нагрев
Эффективное тепловложение / время охлаждения
Твердость в ЗТВ
Индекс
Данные, рассчитанные этой программой, предназначены только для информации и не охватывают всех деталей процедуры сварки. Следовательно, эта программа не дает гарантии в отношении свойств сварных соединений. В любом случае необходимо соблюдать основные стандарты сварки и строительства.Кроме того, следует принимать во внимание описание производственных свойств в наших технических паспортах материалов и соблюдать все необходимые уровни тщательного контроля качества.
______________________________________________________________________________________________________
ЭКВИВАЛЕНТЫ УГЛЕРОДА
Эквиваленты углерода — это упрощенные параметры, которые пытаются оценить влияние легирующего состава стали путем суммирования содержания различных легирующих элементов с помощью определенной процедуры усреднения.До настоящего времени было разработано множество углеродных эквивалентов, различающихся пригодностью для особых условий сварки и марки стали. Четыре наиболее распространенных эквивалента углерода рассчитываются здесь (в% по массе):
| CET | : = | C + (Mn + Mo) / 10 + (Cr + Cu) / 20 + Ni / 40 |
| CE | : = | C + Mn / 6 + (Cr + Mo + V) / 5 + (Ni + Cu) / 15 |
| CEN | : = | С + [0.75 + 0,25 * tanh (20 * (C — 0,12))] * [Si / 24 + Mn / 6 + Cu / 15 + Ni / 20 + (Cr + Mo + V + Nb) / 5 + 5 * B] |
| P см | : = | C + Si / 30 + (Mn + Cu + Cr) / 20 + Mo / 15 + Ni / 60 + V / 10 + 5 * B |
Укажите содержание легирующих элементов, указанное в вашем акте проверки. Программа рассчитает различные углеродные эквиваленты.
Для эквивалента CET, который является необходимым условием для следующего расчета параметров сварки, диапазон допустимости следующий (в весовых%):
| С: | 0.05 — 0,32 |
| Si: | ≤ 0,80 |
| Mn: | 0,50 — 1,90 |
| Кр: | ≤ 1,50 |
| Ni: | ≤ 2,50 |
| Пн: | ≤ 0,75 |
| Cu: | ≤ 0,70 |
| В: | ≤ 0,18 |
| Номер: | ≤ 0,06 |
| Ti: | ≤ 0.12 |
| В: | ≤ 0,005 |
Если содержание легирующих элементов нарушает этот диапазон допустимости, этот элемент, а также параметр CET отмечаются красным.
______________________________________________________________________________________________________________
ПАРАМЕТРЫ СВАРКИ / ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАГРЕВ
Расчет параметров сварки основан на методе B стандарта EN 1011-2 (Сварка — Рекомендации по сварке металлических материалов — Часть 2 Дуговая сварка ферритных сталей), описанного в приложениях C и D к этим правилам.
Этот метод описывает, как следует выбирать параметры сварки, чтобы избежать особенно холодного растрескивания в зоне термического влияния (HAZ). В любом случае следует учитывать рекомендации по свойствам изготовления, приведенные в наших технических паспортах материалов, для конкретной стали. Кроме того, пользователь должен обеспечить выполнение соответствующих стандартов, таких как EN 10 11.
Предварительный нагрев:
Предварительный нагрев очень полезен для предотвращения явления холодного растрескивания, поскольку он замедляет охлаждение ЗТВ и позволяет водороду, образующемуся во время сварки, уйти.Кроме того, предварительный нагрев улучшает ограничения, связанные со сваркой. Многослойные швы можно начинать без предварительного нагрева, если выбрана подходящая последовательность сварки и температура между проходами достаточна.
Температура предварительного нагрева — это самая низкая температура перед первым проходом сварки, которая не должна быть ниже, чтобы избежать образования холодных трещин. Для многослойных сварных швов этот термин относится к температуре второго и последующих проходов сварного шва и также называется температурой между проходами.В целом две температуры идентичны.
Температура предварительного нагрева зависит от следующих входных данных:
- Углеродный эквивалент CET (см. Выше): CET может быть явно введен здесь или рассчитан по содержанию легирующих элементов в углеродном эквиваленте меню. CET вставляется в весе — %
- Толщина листа d: Толщина листа указывается в мм. Следует учитывать, что влияние толщины пластины имеет незначительное значение для пластин толщиной более 60 мм из-за трехмерного теплового потока.
- Содержание водорода HD: Содержание водорода h3 указывается в мл / 100 г. Здесь можно указать либо значение от 1 до 20 мл / 100 г, либо можно выбрать типичное значение в зависимости от используемого процесса сварки:
Типичное содержание водорода в сварочных материалах
| Метод | Общее содержание водорода [мл / 100 г] |
|---|---|
| Ручная металлическая дуга MMA | 5 |
| Металлическая дуговая сварка в среде защитного газа MIG / MAG | 3 |
| Порошковая дуга Basic FCAW | 5 |
| Пила под флюсом Basic SAW | 5 |
- Эффективное тепловложение: Эффективное тепловложение Q, которое определяется как произведение подводимого тепла E, умноженного на коэффициент эффективности h, Q = h * E, здесь выражается в кДж / мм.Есть два способа учесть влияние эффективного тепловложения.
— Зависимость между температурой предварительного нагрева и энергией сварного шва отображается в поле параметров сварки, которое отображается после ввода всех необходимых данных.
— Кроме того, температуру предварительного нагрева можно явно рассчитать, подставив либо эффективное тепловложение Q в кДж / мм, либо тепловложение E в кДж / мм, а также коэффициент эффективности h, который зависит от используемого процесса сварки. Фактор эффективности подробно объясняется в _следующем разделе_.
Из приведенных выше данных минимальная температура предварительного нагрева рассчитывается следующим образом:
| Tp = | 697 * CET + 160 * tanh (d / 35) + 62 * HD 0,35 + (53 * CET-32) * Q-328 |
Диапазон допустимости этой формулы:
| CET: | 0,2% — 0,5% |
| д: | 10 мм — 90 мм |
| HD: | 1 мл / 100 г — 20 мл / 100 г |
| Вопрос: | 0.5 кДж / мм — 4,0 кДж / мм |
Влияние времени охлаждения:
Температурно-временной цикл имеет большое значение для механических свойств сварного соединения после сварки. На это, в частности, влияют геометрия сварки, подводимое тепло, температура предварительного нагрева, а также детали сварочного слоя. Обычно температурно-временной цикл во время сварки выражается временем t 8/5 , которое является временем, за которое происходит охлаждение сварочного слоя с 800 ° C до 500 ° C.
Максимальная твердость в ЗТВ обычно снижается с увеличением времени охлаждения t8 / 5. Если заданное максимальное значение твердости не должно превышаться для конкретной стали, параметры сварки должны быть выбраны таким образом, чтобы время охлаждения t 8/5 не попадало под конкретное значение.
С другой стороны, увеличение времени охлаждения вызывает снижение ударной вязкости ЗТВ, что означает уменьшение значений удара, измеренных в испытании по Шарпи-V, или увеличение температуры перехода при ударе по Шарпи-V. энергия.Поэтому параметры сварки следует выбирать таким образом, чтобы время охлаждения не превышало определенного значения.
Как правило, для свариваемых мелкозернистых конструкционных сталей время охлаждения для заполнения и покрытия сварных слоев должно составлять 10 и 25 секунд в зависимости от марки стали, указанной здесь. После соответствующей проверки можно без проблем применить и другие значения времени охлаждения t 8/5 при условии, что требования к качеству свариваемой конструкции полностью выполнены и проведена соответствующая аттестация процедуры сварки.
Кроме того, вы можете рассчитать диаграмму параметров сварки, которая показывает возможное тепловложение — температуры предварительного нагрева для заданного максимального и минимального времени охлаждения. Если вы хотите рассчитать явное время охлаждения, используйте следующий раздел (_Время охлаждения_).
Следующие параметры влияют на время охлаждения при его расчете или выборе и могут быть вставлены здесь для получения оптимальных параметров сварки:
- Толщина листа d: Толщина листа указывается в мм.Следует учитывать, что влияние толщины пластины имеет незначительное значение для пластин толщиной более 60 мм из-за трехмерного теплового потока. Геометрия сварки: влияние геометрии сварки учитывается факторами геометрии сварного шва F 2 и F 3 для двух- и трехмерного теплового потока. Значения коэффициента геометрии сварного шва для типичной геометрии сварного шва составляют:
| Геометрия сварного шва | F 2 (двухмерный) | F 3 (трехмерный) |
| Наращиваемый шов | 1.0 | 1,0 |
| Заполнение проходов стыковых швов | 0,9 | 0,9 |
| Покрытие проходов стыковых швов | 1,0 | 0,9 — 1,0 |
| Угловой шов за один проход (угловой шов) | 0,9 — 0,67 * | 0,69 |
| Угловой шов за один проход (тройник) | 0,45 — 0,67 * | 0,67 |
Коэффициент геометрии сварки F 2 зависит от соотношения эффективного подводимого тепла к толщине листа.При приближении к трехмерному тепловому потоку F 2 уменьшается для случая однопроходного углового шва на угловом соединении и увеличивается для однопроходного углового сварного шва на тройнике. Поэтому здесь может потребоваться адаптивный расчет.
Здесь можно выбрать приведенные выше коэффициенты. Кроме того, также возможен свободный ввод данных в диапазоне от 0 до 1.
- Эффективное тепловложение: Эффективное тепловложение Q, которое дается как произведение подводимого тепла E, умноженного на коэффициент полезного действия h, Q = h * E, здесь указано в кДж / мм.Влияние эффективного подводимого тепла в зависимости от температуры предварительного нагрева / промежуточного прохода, а также минимального и максимального времени охлаждения t 8/5 показано на диаграмме параметров сварки, которая создается после завершения необходимых значений.
- Предварительный нагрев / Температура между проходами: Влияние времени предварительного нагрева также отражается в диаграмме параметров сварки.
- Максимальное и минимальное время охлаждения:
Из данных, приведенных выше, время охлаждения t 8/5 может быть вычислено, если предполагается трехмерный тепловой поток:t 8/5 = (6700-5 * T P ) * Q * (1 / (500-TP) -1 / (800-T P )) * F 3
Если тепловой поток является двумерным, время охлаждения зависит от толщины листа и используется следующая формула:
t 8/5 = (4300-4.3 * T P ) * 10 5 * Q 2 / d 2 * (1 / (500-T P ) 2 -1 / (800-T P ) 2 ) * F 2
Физически действительным является только большее значение, полученное из двух приведенных выше формул. Часто рассчитывается толщина переходной пластины dt, при которой происходит переход между двумерным и трехмерным тепловым потоком. Толщина переходной пластины составляет:
d t = SQR (((4300-4,3 * T p ) * 10 5 / (6700-5 * T p ) * Q * (1 / (500 -T P ) 2 -1 / (800-T P ) 2 ) / (1 / (500-T P ) -1 / (800-T P )))
Максимальное и минимальное время охлаждения зависит от марки свариваемой стали.Здесь можно выбрать время охлаждения, рекомендованное продуктами марки Dillinger. Как описано выше, можно выбрать другое время охлаждения при условии, что требования к качеству свариваемой конструкции полностью выполнены и проведена соответствующая аттестация процедуры сварки. Поэтому также возможен свободный ввод времени охлаждения. В любом случае следует также учитывать рекомендации, приведенные в наших технических паспортах материалов.
Блок параметров сварки
Из приведенных выше параметров создается окно параметров сварки, в котором представлены возможные комбинации эффективного подводимого тепла Q и температуры предварительного нагрева / промежуточного прохода T p при соблюдении следующих условий:
- достаточный предварительный нагрев,
- Время охлаждения меньше максимального значения, определенного выше,
- Время охлаждения больше минимального значения, указанного выше.
Кроме того, включен прямой расчет температуры предварительного нагрева путем указания либо эффективной подводимой теплоты Q, либо подводимой теплоты E и коэффициента эффективности h.
______________________________________________________________________________________________________________
ЭФФЕКТИВНАЯ ПОДАЧА ТЕПЛА / ВРЕМЯ ОХЛАЖДЕНИЯ
Одним из определяющих параметров при расчете параметров сварки является эффективное тепловложение. По исходным данным
- Электрическое напряжение U [В]
- Электрический ток I [A]
- Скорость сварки v [мм / мин]
сначала рассчитывается погонная энергия E [кДж / мм] по формуле
E = U * I / v * (60/1000) в кДж / мм.
Эффективное тепловложение Q формируется путем умножения тепловложения на коэффициент энергоэффективности h, который зависит от применяемого процесса сварки.
Q = h * E
с КПД
Коэффициент энергоэффективности для различных сварочных процессов
| Сварочный процесс | Коэффициент полезного действия h |
| Ручная металлическая дуга | 0.8 |
| Под флюсом | 1,0 |
| Металлический активный газ (MAG) | 0,8 |
| Металлический инертный газ (MIG) | 0,7 |
| Порошковая арматура (FCAW) | 0,9 |
| Вольфрамовый инертный газ (TIG) | 0,7 |
Время охлаждения
Время охлаждения от 800 ° C до 500 ° C t 8/5 является наиболее важным параметром для определения параметров сварки, применяемых при сварке мелкозернистых конструкционных сталей.Основные причины подробно описаны выше.
.Как рассчитать тепловложение от сварки
Подавляющее большинство производителей обычно не заботятся о подводе тепла. По большей части это нормально. Но когда вы выполняете сварку материалов, микроструктура которых может быть существенно затронута сварочными процедурами, важно знать тепловложение. Причина, по которой подвод тепла имеет решающее значение в определенных приложениях, заключается в том, что он оказывает огромное влияние на скорость охлаждения. Как правило, более высокие скорости охлаждения вредны для сварного соединения, поскольку вызывают охрупчивание в зоне термического влияния.Примером этого является ситуация с материалами, восприимчивыми к водородному растрескиванию, в которых адекватное тепловложение имеет решающее значение.
Три фактора, влияющие на тепловложение, — это сила тока, напряжение и скорость движения.
Итак, как рассчитать погонную энергию. Это может быть намного проще, чем вы думаете. Если в вашем сварочном аппарате есть цифровые или аналоговые счетчики, все готово. Просто возьмите показания силы тока и напряжения во время сварки и разделите их на скорость движения, чтобы получить тепловложение в джоулях на дюйм.Формула выглядит следующим образом:
Тепловая нагрузка = (60 x ампер x вольт) / (1000 x скорость перемещения дюйм / мин) = кДж / дюйм
60 и 1000 нужны для того, чтобы превратить окончательные ответы в килоджоули на дюйм.
Пример 1: Вы выполняете сварку со скоростью 500 дюймов в минуту и 29 вольт. Длина сварного шва составляет 25 дюймов, и сварщику требуется 2 минуты, чтобы сварить его. Вы замечаете, что во время сварки аппарат показывает 325 ампер. Каково ваше тепловложение? Перед расчетом погонной энергии необходимо определить скорость движения.
Скорость перемещения = Длина сварного шва / Время до сварки = 25 дюймов / 2 минуты = 12,5 дюймов в минуту
Подвод тепла = [(60 сек / мин) x (325 ампер) x (29 вольт)] / [(1000 джоулей / килоджоуль) x (12,5 дюймов / минуту)]
= 45,24 кДж / дюйм
Пример 2: Подвод тепла при 45,24 слишком велик, но вы также заметили, что размер сварного шва слишком велик. Вместо того, чтобы снижать силу тока и напряжение, вы решаете двигаться быстрее. Теперь вы выполните тот же сварной шов за 90 секунд с точно такими же параметрами.Какое у вас тепловложение сейчас?
Скорость движения = 25 дюймов / 1,5 минуты = 16,7 дюймов / минуту
Подвод тепла = [(60 сек / мин) x (325 ампер) x (29 вольт)] / [(1000 джоулей / килоджоуль) x (16,7 дюйма / минуту)]
= 33,86 кДж / дюйм
Как видите, тепловая нагрузка снизилась почти на 25% из-за того, что вы двигались быстрее. Сварка — очень распространенная проблема. Прежде чем уменьшать силу тока и напряжение, чтобы снизить тепловложение, посмотрите, сможете ли вы двигаться быстрее и наложить сварной шов меньшего размера.
Кривые формы теперь используются во всем мире. Запуск импульсных программ или даже некоторых из более причудливых, более сложных форм сигналов, таких как Rapid Arc® от Lincoln Electric или Accu Pulse® от Miller Electric, является обычной практикой. Итак, как вы рассчитываете тепловложение, когда вы пульсируете, а ваша сила тока повсюду (колеблется между пиковым и фоновым током)?
Новые сварочные аппараты имеют возможность отображать общую энергию каждого сваренного шва.
Некоторые сварочные аппараты выдают фактическое значение либо полной энергии сварного шва, либо мгновенной энергии (энергии в любой момент времени). Затем вам нужно будет быстро вычислить, чтобы получить количество тепла.
Пример 3: Вы используете особую форму волны на источнике питания Lincoln Electric Power Wave S500. Показания на дисплее показывают, что общая энергия сварного шва 25 дюймов составила 459 кДж. Какое у вас тепловложение в кДж / дюйм? В этом случае вам не нужно беспокоиться о скорости движения (по крайней мере, для расчета тепловложения).
Подвод тепла = Общая энергия / длина сварного шва = 459 кДж / 25 дюймов = 18,36 кДж / дюйм.
Итак, что вы будете делать, если вы выполняете импульсную сварку, но сварочный аппарат не отдает вам полную энергию? Некоторые сварщики во время сварки отображают среднюю силу тока. В этом случае просто возьмите эту силу тока и следуйте формуле в примерах 1 и 2. Если измеритель различается между пиковым и фоновым значениями силы тока, вам нужно будет посмотреть на самое высокое и самое низкое показания и взять среднее значение. Имейте в виду, что это может не дать точного результата, но приблизит вас.
Если в вашей машине нет измерителей, вам может потребоваться использовать Fluke Meter или другой измеритель напряжения / силы тока для снятия показаний или просто использовать другую машину.
Ссылки:
Влияние подводимого тепла на остаточное напряжение в сварных швах под флюсом — R.K. Saxena
Руководство по дуговой сварке, 14-е издание
Новые требования кодов для расчета подводимого тепла — Журнал сварки, июнь 201o — Тереза Мелфи
Вы отвечаете за выполнение сварочных работ и квалификацию сварщиков? Вы работаете с AWS D1.1 Правила структурной сварки — сталь? Используете ли вы предварительную квалификацию сварочных процедур?
«Квалификационные сварочные процедуры, сварщики и сварщики» — это руководство, разработанное для того, чтобы помочь вам выполнить свою квалификацию в полном соответствии с Кодексом по сварке конструкций AWS D1.1.
.