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%
- Указать марку стали и дать её название
- Определить свариваемость
- Установить температуру подогрева
- Определить твёрдость и предел текучести метало
шва
Вычертить схему сварного соединения с толщиной
листа t=6 мм и выбрать:
- Тип и марку покрытого электрода для ручной и
дуговой сварки
- Диаметр электрода d мм
- Сварочный ток I А
- Напряжение на дуге U В
- Скорость сварки V м/час при длине шва L=0,3 м
- Основное (технологическое) и полное время
сварки То, Тс [час]
- 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=Сэкв=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=Сэкв=0,16
% - следовательно свариваемость хорошая.
3.
Температура подогрева определяется по формуле:
Тпод=350 ,
где Сэкв=С+0,002t, t-толщина листа стали
Т.к.
свариваемость стали хорошая – подогрев не нужен.
4.
По заданному содержанию углерода определяем
твёрдость стали.
НВ=афер ·НВфер+bц
·НВц,
Твердость феррита НВфер=1000
мПа
Твёрдость цементита
НВц=10 000мПа
100% цементита
образуется при содержании углерода 6,69%, из этого следует, что при содержании
углерода 0,16 bц=0,16 · = 2,39 %,
тогда афер=100-2,39=97,61
%
По формуле
вычисляем твердость стали НВ=118
Зная твёрдость
стали, определяем предел текучести σт=0,245 НВ= 28,91
предел σв=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:
σв= 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 dэл=4мм.
7.
По выбранному диаметру электрода определяем
сварочный ток I [А]
Iсв=k·dэл
где k=35÷60 А/мин – погонная
сила тока, для легированных сталей k=35, для углеродистых k=60
Получаем Iсв=240 [А]
8.
Определяем напряжение на дуге Uдуги [В]
Uдуги = Uст.д.+Uкат.+Uанод, где Uкат.+Uанод ≈ 18÷20 В
Напряжение
столба дуги Uст.д.=lдуги·Е, где Е=3÷5 В/мм –
напряженность электрического поля, lдуги==3
мм
9.
Скорость сварки Vсв=
Для
определения Т0 определим массу наплавленного металла М=ρ· Vшва , где Vшва- объём шва. Vшва=Fшва· Lшва, Fшва- площадь сечения шва, Lшва- длина шва. Fшва=0,5 · кат.2 · kувел. , где kувел.=1,2
Получаем
площадь сечения шва Fшва=0,000015 м2,
Объём
шва Vшва=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·Iсв·Т0,
где α ≈
8 – коэффициент
наплавки
Т0==0,018 [час], Получаем
Vсв==16,6 [м/час]
10.
Основное (технологическое) и полное время сварки То,
Тс [час]
Т0==0,018 [час], полное
время Тс≈1,5 То= 0,027 [час]
11.
Источник питания
Определяем
полную мощность сварки N= Iсв· Uдуги=240·22=5,28 [кВт]
Эффективная
мощность сварки Nэф=η·Nполн=0,75· Nполн=3,96 [кВт]