Розрахунок параметрів режиму плазмового зварювання

При зварюванні діє багато факторів, які впливають в різній мірі на кінцеві розміри і властивості шва та зварного з’єднання. До них відносяться сила струму, напруга, швидкість зварювання, розміри і хімічний склад електрода, склад захисного середовища, хімічний склад основного металу [10, с. 174].

При визначені режиму зварювання необхідно вибрати такі його параметри, які б забезпечували отримання швів заданих розмірів, форми і якості. Основні параметри режиму механізованого зварювання в захисних газах- сила зварювального струму, густина струму, напруга дуги, швидкість зварювання, рід струму і його полярність [10, с.185].

Визначення зварювального струму. Зосередженість струму в стовпі дуги визначаємо за формулою:

, [11, с.25] (2.2)

де ‒ ступінь іонізації газу, (приймаємо = 0,15 [11, с. 24 ]);

‒ коефіцієнт, який враховує неізометричність плазми, (приймаємо = 5 [ 11, с. 25 ]);

‒ атомна вага плазмо утворюючого газу, (приймаємо = 40 [11, с. 25 ]);

‒ тиск дуги, Па (приймаємо = 30 Па [11, с. 25 ]);

‒ координата вздовж осі стовпа, яка відраховується від зрізу сопла плазмотрона, м (приймаємо = 0,015м [11, с. 25 ]);

‒ переріз пружнього співвдарення електронів у плазмі м² (приймаємо = 4·10^-19 м² [11, с. 25 ]);

‒ напруженість електричного поля, В/м (приймаємо = 25 В/м [11, с. 25 ]);

‒ температура електронів в стовпі дуги, К (приймаємо = 7000К [11, с. 25 ]).

Визначаємо коефіцієнт зосередженості струму за формулою:

, [11, с. 24] (2.3)

де ‒ радіус стиснутого стовпа дуги, мм^-2 (приймаємо рівний радіусу сопла плазмотрона, = 1,5 мм^-2).

Визначаємо густину струму на осі стовпа дуги за формулою:

, [ 11, с. 23 ] (2.4)

де ‒ середня густина струму в каналі плазмотрона, А/мм² (приймаємо = 20 А/мм² [ 11, с. 23]);

(А/мм²).

Визначаємо силу зварювального струму за формулою:

, [ 11, с. 24 ] (2.5)

А.

Визначаємо силу зварювального струму при імпульсному зварюванні за формулою:

, [ 11, с. 26 ] (2.6)

де ‒ час паузи, с (приймаємо = 0,1с [ 12, с. 30 ]);

‒ час зварювання, с (приймаємо = 0,1с [ 12, с. 30 ]).

А.

Визначаємо напругу в каналі сопла плазмотрона за формулою:

, [ 6, с. 29 ] (2.7)

де ‒ витрати плазмо утворюючого газу, л/хв. (приймаємо = 0,5 л/хв. [ 12, с. 5]);

‒ діаметр сопла плазмотрона, мм (приймаємо = 3 мм);

‒ кут заточування вольфрамового електрода, (приймаємо = 30^⁰ [ 6, с. 29 ]).

(В).

Діаметр стисненої дуги в каналі сопла плазмотрона визначаємо за формулою:

, [ 6, с. 29 ] (2.8)

де ‒ величина заглиблення електрода в канал сопла, мм (приймаємо = 1 мм [ 6, с. 29 ]).

(мм).

Визначаємо діаметр стиснутої дуги на відкритій ділянці за формулою:

, [ 6, с. 30 ] (2.9)

де – коефіцієнт зосередженості (приймаємо = 0,1 [ 6, с. 30 ]);

–відстань від торця сопла до виробу, мм (приймаємо =0.5мм,

= 3мм [ 6, с. 30 ]).

(мм);

(мм).

Визначаємо розміри зварних за формулами:

– ширини:

, [ 6, с. 60 ] (2.10)

(мм);

(мм).

– глибини:

, [ 6, с. 60 ] (2.11)

(мм);

(мм).

Визначаємо діаметр електрода за формулою:

, [ 6, с. 41 ] (2.12)

де – максимальна сила струму установки, А (для установки плазмового зварювання УПС-301УХЛ4 =315 А [ 13, с. 10]).

(мм).

Приймаємо діаметр електрода 3мм. Швидкість зварювання, визначають експериментально. Найкраща якість шва при імпульсному струмі 122А отримується при швидкості зварювання 16,8 м/год.

Визначаємо питомий опір електрода при температурі 2000^⁰С за формулою:

, [ 1, с. 70 ] (2.13)

де – питомий опір при 0^⁰С, Ом·м (приймаємо =5,1·10^-7 Ом·м [ 1, с. 70 ]);

– температура електрода, ^⁰С (приймаємо = 2000^⁰С).

Ом·м.

Визначаємо активний опір електрода за формулою:

, [ 11, с. 30 ] (2.14)

де – коефіцієнт, який враховує поверхневий ефект (приймаємо = 1,3 [ 11, с. 30 ]);

– вильот електрода, м (приймаємо =0.025 м [11, с. 31 ]);

– переріз електрода, м² (приймаємо =7,07·10^-6 м² [ 11, с. 30 ]).

Ом.

Втрати потужності в електроді визначаємо за формулою:

, [ 6, с. 27 ] (2.15)

Вт.

Значний вплив на якість зварного з’єднання мають витрати захисного газу, величина яких залежить від режиму зварювання та форми і розмірів виробів.

Витрати захисного газу повинні бути мінімальними, але достатніми для створення надійного захисту розплавленого металу від навколишнього середовища і атмосфери [ 5, с. 278 ].

Витрати захисного газу в залежності від діаметра вольфрамового електрода і сили зварювального струму приведені в таблиці 2.4.

Таблиця 2.4– Питомі витрати аргону [ 14, с. 13 ]

Розраховані параметри режиму плазмового зварювання в захисному газі зводимо в таблицю 2.5.

2.6 Вибір і обгрунтування зварювального обладнання

Вдосконалення способів і технології зварювання пред’являє до джерел живлення різноманітні і багаточиселні вимоги.

Джерело живлення повино забезпечувати легке і надійне збудження дуги, стійке її горіння у встановленому режимі, регулювання потужності (струму) [ 9, с. 266 ].

При виборі зовнішньої вольт-амперної характеристики джерела перш за все не обхідно дотримуватись вимог стійкого горіння дуги. Однак навіть при дотриманні цих умов, стабільність горіння дуги може бути підвищена при виборі найбільш раціональної форми вольт-амперної характеристики джерела, що визначається з розгляду конкретних умов ведення процесу зварювання [9, с. 229-300 ].

Отже джерела живлення зварювальної дуги повинні відповідати наступним вимогам:

а) забезпечувати надійну для даного технологічного процесу силу струму дуги і напругу дуги;

б) мати надійний, необхідний вид зовнішньої характеристики, щоб виконати умови стабільного горіння дуги;

в) мати такі динамічні параметри, щоб можна було забезпечити нормальне збудження дуги і мінімальний коефіцієнт розбризкування [15, с.129].

При механізованому зварюванні в середовищі захисних газів статична характеристика дуги зростаюча. Для живлення дуги принципово придатні джерела з падаючими, жорсткими і зростаючими вольт-амперними характеристиками. Однак найбільша зміна зварювального струму при коливаннях довжини дуги, необхідна для активізації процесу саморегулювання, буде спостерігатися при виборі джерела живлення із зростаючими вольт-амперними характеристиками. На практиці застосування головним чином джерела живлення з пологопадаючими і жорсткими вольт-амперними

Характеристиками [ 9, с. 231 ].

Тому, при плазмовому зварюванні в середовищі захисних газів (аргон), неплавким вольфрамовим електродом застосовуємо установку для плазмового зварювання УПС – 301УХЛ4, технічні дані якої приведенні в таблиці 2.6.

Таблиця 2.6 – Технічні дані установки УПС – 301УХЛ4 [13, с. 1]

Установка для плазмового зварювання УПС – 301УХЛ4 складається з шафи керування ШУ – 451, переносного блоку керування, плазмотрона, газового редуктора з витратоміром, з’єднувальних приладів і шлангів [ 13, с. 1].

Найбільше розповсюдження отримали апарати для плазмового зварювання в захисному газовому середовищі.

Установка плазмового зварювання УПС – 301 УХЛ4 комплектується плазмотроном ПРС – 0301, який має зміні охолоджувальні водою вольфрамові електроди і плазмо утворюючі сопла. Технічна характеристика якого приведена в таблиці 2.7.

Таблиця 2.7 – Технічна характеристика плазмотрона ПРС – 0301 [6, с. 44]

До плазмотронів висувають такі вимоги:

а) забезпечувати багаторазове надійне збудження і стабільне горіння стисненої дуги;

б) електрод і сопло, як найбільш термічно навантажені елементи, повинні витримувати довгочасне теплове навантаження при максимальній потужності плазмотрона;

в) електрична ізоляція між електродом і соплом повинна стійко працювати при максимальній напрузі (2-5 кВ), яка виникає в момент запалювання і обриву дуги;

г) елементи водяних і газових комунікацій повинні витримувати внутрішній тиск не нижче 0,1 Мпа;

д) плазмотрони повинні бути технологічними в виготовленні і ремонті, зручними в експлуатації [ 7, с. 8 ].

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: