Исходными данными для расчёта режима стыковой сварки оплавлением являются:
-диаметр свариваемой заготовки d или величина поперечного сечения;
-марка свариваемого металла;
-наличие или отсутствие предварительного подогрева.
Расчётными параметрами стыковой сварки оплавлением являются:
-средняя скорость оплавления и осадки Vопл, Vос;
-средняя сила тока при оплавлении, Iопл ;
-усилие осадки Fсв;
-усилие зажатия Fз;
-режим предварительного подогрева;
-установочная длина lо ;
-припуск на оплавление дельта l опл ;
-припуск на осадку .
Средняя скорость оплавления Vопл(мм/с):
V=1,5+(d-12)/(14-1/5d). (2.36)
Средняя скорость осадки Vос (мм/с)
Vос=22+(d-12)/(1-0,1d). (2.37)
Установочная длина: для деталей компактного сечения (круг, шестигранник, квадрат, толстостенные трубы)
Lо =(1…0.75)∙d. (2.38)
Для деталей развёрнутого сечения (полосы, тонкостенные трубы)
lо =(4…5) S. (2.39)
Где S – толщина стенок, мм.
Припуск на осадку под током:
lос =0,06d+3 (2.40)
Или
lос= 0,3∙ lо.
Припуск на оплавление дельта lо пл выбирается по литературным данным в зависимости от материала, размера, способа сварки и конфигурации сечения деталей либо берётся равным 0,7· lо.
|
|
Усилие осадки Fсв можно рассчитать по рекомендованным удельным давлениям ос в зависимости от металла (таблица 2.7):
Fсв= ос∙F, (2.41)
где F – сечение свариваемой заготовки, мм2;
или по формуле:
Fсв=1,82·d2.4+26∙S, (2.42)
где d – диаметр свариваемой заготовки, мм.
Усилие зажатия деталей определяется в зависимости от усилия осадки
Fз=Fсв/2 ƒ, (2.43)
где ƒ – коэффициент трения между свариваемым металлом и металлом губок машины (таблица 2.6), изготовленных из бронзы.
Если детали установлены с жесткими упорами, то усилие зажатия
Fз=0,5·Fсв . (2.44)
Таблица 2.6 – Коэффициент трения при стыковой сварке
Твёрдость бронзы, НВ | Коэффициент трения | |||
трубы, прутки из низкоуглеродистой стали | трубы, прутки из нержавеющей стали | горячекатаная лента из низкоуглеродис-той стали | Горячекатаная лента из нержавеющей стали | |
Менее100 | 0,33 | 0,25 | 0,24 | 0,18 |
100-180 | 0,25 | 0,2 | 0,2 | 0,15 |
Более 180 | 0,23 | 0,18 | 0,17 | 0,14 |
Режим подогрева определяется температурой предварительного подогрева, количеством циклов пропускания тока, продолжительностью цикла, током подогрева и усилием между деталями.
Ток подогрева Iп:
Iп = , (2.45)
где с - удельная теплоёмкость свариваемого металла;
m - масса металла, зажатого между электродами машины;
То - начальная температура (15-20° С);
Тпод - температура подогрева металла перед сваркой, Тпод=800-900° С;
R - оммическое сопротивление металла на длине 2 l;
t - время подогрева выбирается опытным путём; ориентировочно по 0,3-0,5с на каждый импульс.
|
|
Средняя сила тока при оплавлении:
Iопл= . (2.46)
где Vопл – средняя скорость оплавления, выбирается по таблице 2.7
Р - плотность свариваемого металла;
F - поперечное сечение заготовки;
С - удельная теплоёмкость свариваемого металла;
Тсв - температура нагрева металла в конце стадии оплавления:
Тсв=Тпл+(200…300) (2.47)
L - скрытая теплота плавления свариваемого металла (табл. 2.8);
к - коэффициент теплопроводности;
dt/dx- градиент температуры у торца.
При сварке с непрерывным оплавлением градиент равен 2000-8000 С/мм; причём верхние значения – для цветных металлов, нижние – для чёрных металлов.
При стыковой сварке с подогревом
=(2000…8000)∙ (2.48)
Rопл- контактное сопротивление металла на стадии оплавления.
Rопл= (2.49)
где К – эмпирический коэффициент, равный 1000 для сталей, 900 – для цветных металлов. Vопл выбирается по таблице 2.7.
Таблица 2.7 – Оптимальные значения Vопл, Vос и Рос при сварке оплавлением
Материал | Vопл сред. м/с | Vос, м/с | Рос, Н/м2 |
Низкоуглеродистые стали | (1-2,5)·10-3 | (30-60) 10-3 | (60-80) ·10-6 |
Нержавеющие стали | (2,5-3,5) 10-3 | (80-100) 10-3 | (120-180)·10-6 |
Алюминиевые сплавы | (7-15)·10-3 | (100-200)∙10-3 | (120-150)·10-6 |
Таблица 2.8 – Скрытая теплота металлов
Материал | L,Дж/кг |
Железо и его сплавы | 2,74·105 |
Алюминий (и его сплавы) | 3,95·105 |
Медь (и её сплавы) | 2,04·105 |
Титан (и его сплавы) | 3,8·105 |
При сварке кольцевых деталей, кроме тока оплавления, протекающего через зону контакта, образуется ток шунтирования, протекающий через внешнюю часть кольца, смотрите рисунок 2.7. Сопротивления Rопл и Rш является параллельно включёнными, поэтому для них справедливо соотношение:
, (2.50)
откуда
Iш= ,
Величина Rопл определяется по формуле (2.53), а Rш – по формуле (2.51)
RШ=ρт , (2.51)
где ρт – удельное сопротивление металла, определяемое по формуле (2.52) с учётом нагрева детали шунтирующим током до Т=0,3 Тпл
ρт= (1+ßср·(Т-293)) ρо (2.52)
где ßср – средний термический коэффициент металла (таблица 2.9);
Lш – длина внешней части кольца между гудками;
F – величина поперечного сечения детали.
Тогда суммарное значение тока во вторичной цепи:
I2=IОПЛ+IШ. (2.53)
После расчёта режима сварки параметры её сводятся в таблицу и строится циклограмма стыковой сварки оплавлением.
Таблица 2.9 – Удельное сопротивление металлов и их термический коэффициент
Материал | ρт, Ом·м | Интервал температур, К | ßср, I/К |
Низкоуглеродистые стали | 13·10-8 | 293-1773 | 0,0066 |
Нержавеющие стали | 75·10-8 | 293-1673 | 0,00007 |
Сплав Амг6 | 7,1·10-8 | 293-833 | 0,00073 |
Алюминий | 2,8·10-8 | 293-923 | 0,004 |
Титан | 60·10-8 | 293-1998 | 0,00164 |
Латунь | 8·10-8 | 293-1178 | 0,001 |
Медь | 1,7·10-8 | 293-1553 | 0,004 |