CC BY
123
УДК 621.791
Е.А. Протопопов (Тула, ТулГУ)
MAG.1.0. - ПОДСИСТЕМА САПР ДЛЯ РАСЧЕТА РЕЖИМА СВАРКИ В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Рассматриваются вопросы использования и основные характеристики подсистемы САПР MAG 1.0 для расчета режима сварки в углекислом газ низкояегиро-ванных сталей для соединений по ГОСТ 14771-76. Приведена упрощенная методика расчета режимов свааки низколегированных сталей плавящимся электродом в углекислом газе.
Программные автоматизированные информационно-справочные системы являются удобным и эффективным инструментом в производственной деятельности конструктора или технолога. Такие системы могут использоваться как в процессе ручной разработки сварочной технологии или сварных конструкций, так и в случае автоматизированного проектирования в качестве компонентов различных САПР.
Следует отметить, что для выхода отечественной промышленности из состояния развала и упадка необходимо пройти путь интенсивного внедрения современных информационных технологий на всех этапах подготовки, освоения и организации производства. В данной ситуации автоматизированные информационно-справочные системы способны играть важную роль в преодолении инерции мышления «ручного» проектирования работ и облегчить восприятие и освоение проектировщиками более мощных информационных технологий, т. е. САПР. Таким обраом, практически невостребованные сегодня отраслевые автоматизированные информационно-справ очные системы представляют собой важный задел для развития промышленности в ближайшем будущем.
Расчет параметров режима сварки
Основные параметры режима автоматической и полуавтоматической сварки плавящимся электродом в углекислом гае, оказывающие существенное влияние на рамеры и форму швов, - сила сварочного тока, плотность тока в электроде, напряжение дуги, скорость сварки.
При решении производственных задач и определении режима сварки необходимо выбрать такие его параметры, которые обеспечат получение швов заданных рамеров, формы и качества.
Расчет режима сварки производится в следующей последовательности.
В соответствии с ГОСТ 14771-76 [1] выбираются тип сварного соединения и конструктивные элементы подготовленных кромок свариваемых деталей, задаются рам еры шва.
Площадь поперечного сечения наплавленного метала шва ^нзадан определяется по формулам, приведенным в работе [2].
Исходя из заданного значения диаметра сварочной проволоки с1э задаются минимаьное 1тт и максимаьное 1тах допустимые значения сварочного тока (табл. 1).
Таблица 1
Зависимость величины сварочного тока и напряжения на дуге от диаметра электрода и пространственного положения сварки [3]
^Э5 Нижнее Вертикальное Потолочное
мм I, А и, В I, А и, В I, А и, В
0,8 50-110 15-18 50-100 15-17 50-100 14-16
1 50-180 17-22 50-160 18-20 60-110 15-18
1,2 120-250 19-26 110-220 19-22 110-170 17-20
1,4 140-300 19-28 120-220 19-22 120-180 18-21
1,6 150-350 20-30 - — — —
2 200-500 25-35 — — — —
Плотность тока на электроде рассчитывается по формуле [4]
4I . , л
КС1:
2 ’
А/мм
(1)
где I - текущее значение сварочного тока, первоначаьно принимаемое 1 = 1 А
1 1тт?
Скорость сварки (м/ч) определяется по формуле [4]
(2)
где А — коэффициент (табл. 2), А-м/ч.
Таблица 2
Область допустимых значений коэффициента А [4]
йэ, мм Коэффициент А, А-м/ч
1,2 2000 — 5000
1,6 5000 — 8000
2,0 8000 —12000
2,5 11000— 15000
3,0 12000— 16000
Для определения коэффициента расплавления проволоки ар используется выражение [5]
ар = {иэ + ив)Н~’ г/(Ас (3)
Нкал
где иэ - падение напряжения на электроде, В; ив- падение напряжения на вылете электрода, В; Нкал - теплосодержание капель электродного метала, Дж/кг.
По данным работы [5], для железа Нкал = 2048-103 Дж/кг.
Падение напряжения на электроде иэ зависит от рода тока и полярности, от поверхности и состава гаовой фаы в сварочной дуге. Так как сварку плавящимся электродом в защитном гае низколегированных сталей ведут на постоянном токе обратной полярности, То для определения иэ можно воспользоваться выражением [5]
и э=и а + фв , (4)
где иа - анодное падение напряжения, В; фв - работа выхода электрона, эВ.
По данным [6], при МАГ-сварке низколегированных сталей падение напряжения на аноде мао зависит от материма анода и состава гаовой фаы и может быть принято постоянным и достигающим
иа = 2,43 ±0,29 В.
При сварке низколегированных стаей фв может быть принята равной работе выхода электрона для железа [5], фв = 4,31 эВ.
Падение напряжения на вылете электрода рассчитываем, полагая неизменным удельное электросопротивление, приближенно равное среднему расчетному значению рср для диапазона температур на вылете электродной проволоки от температуры окружающей среды до температуры плавления материал электрода [5]:
4рсп I I
ив = —в, (5)
Я с э2
где рср= 7,5-10-6 Оммм - удельное электросопортивление материаа сварочной проволоки; 1в- вылет сварочной проволоки, мм.
Величина коэффициента наплавки ан при сварке в защитных гаах может существенно отличаться от величины коэффициента расплавления ар в связи с потерями электродного метала [4]:
ан = а.
.(1 --f), (6)
*н ^р'
где у - коэффициент потерь на угар и рабрызгавание.
Величина коэффициента потерь для сварки при отимаьных напряжениях дуга зависит от плотности тока л в электроде [4]:
у =-4,72 + 17,6-10“2) -4,48-10—)2,% . (7)
Уравнение (7) позволяет рассчитать ожидаемую среднюю величину коэффициента потерь в диаплоне плотностей тока 60 - 320 А/мм .
Площадь наплавки можно определить по формуле [4]
где у - плотность наплавленного метала, г/см3.
Для расчета напряжения на дуге используется зависимость, полученна путем обработки экспериментальных данных [3],
Дальнейшая процедра расчета режима сварки включает в себя вычисления по циклу по I (от Imin до Imax), причем условием окончания цикла является выполнение соотношения Fu > ^н задан.
Программа MAG 1.0 представляет собой автоматизированную справочную систему (подсистему САПР), предназначенную для использования технологическими службами машиностроитель mix предприятий, а также студентами вузов.
Подсистема САПР MAG 1.0 содержит информацию о конструктивных элементах подготовленных кромок свариваемых деталей и сварных швов всех типорамеров по ГОСТ 14771 - 76.
После ознакомления с информацией о раличных типах сварных соединений пользователь может получить информацию о конструктивны: элементах подготовленных кромок свариваемых деталей и сварного шва для конкретного соединения (рис., а).
Для расчета режима сварки необходимо задать рамеры конструктивных элементов подготовки кромок под сварку и параметры шва (для стандартных швов) или площадь наплавки (для нестандартных швов), пространственное положение сварки, диаметр и вылет сварочной проволоки. Пользователь дополнительно может задать скорость сварки и количество проходов (рис., б).
Результатами расчета являются: параметры режима сварки (сварочный ток, напряжение на дуге, скорость сварки, скорость подачи сварочной проволоки), плотность сварочного тока, рамеры шва (для однослойного шва), площадь наплавленного метала, количество проходов (рис., в). Для распечатки справочной информации, полученной в результате работы программы, необходимо подключение матричного, струйного или лаерного принтера.
Uд = 12,4 + 0,1 -¿э ■! Скорость подачи сварочной проволоки
(9)
v = 4FüVCB м/ч ^пп о ’ ivl/
2
ndэ
(10)
Описание программного обеспечения
а
Стыковое соединение С18
Конструктивные элементы подготовленных кромок.
10 ±3* . ♦! . ♦!
Конструктивные элементы сварного шва
34*4
ПШЩРъ
¡8 Ц
1ОЯМ1 им ой ятлт S QQ| мм
»чммшм « |340 Полом»«« CS4PM Д»имртргх*«о*»и **- г 0.1 r 1 6 u <“ 1.4 r U г г
Bxoraуэняш«м. g ¡20 ‘I ю* I'c0nvnr»-W4* jj
Зюор Ь (20 Пдоим*1ДО«и с {20 M«
УГМ»0С4КР(М1М а |'8 0 Г Сирхпсмри Vc
BWWeo , (в 0 -ffH ~ XtMCtWM ei 1 B»cöt i ркм аЗргмсго I • q Jj *J ^ |?0.0 rjrj v.-.. &Ы4Г *•* 1« il
Пясммь •чп<ча>м Fn 401 3 ”
Голмсгмпрсиока [Й ^
П.Пиве «вПЛ*»Л
М НИ> ГРОИМ 363 »•**
✓ ок
б
в* В* _Н
Стыковое соеджение С18 a»it:ooeiijo*j
(Тол 141 ка детали S » 32.0 им)
Кооррпаюм »шмвмгы аолготои»***» фОМЛ
-а- , 2, J
Параметры режима сварки
Параметры проход*
Попю*вт*яар™- гарюохшъмов Диммтр саарской продолен« мы d ® 1.2 ОСр«тмю пожриоеть
Ппопвстъ cupowo пня АЛш2 j *221.0 Смрочъмток. А I «249
Натр***«* ив дуге, В U «242
Скорость ацими^ Vc • 126
Скорость под»чи
csapowotfRpoaomnii мь Vn «4055
иИиммм. # Jtccn i:m>
в
Страницы интерфейса программы MAG 1.0: а, б- ввод исходных данных для расчета параметров режима сварки, в - протокоя расчета
Верификация программы выполнена путем сравнения результатов расчетов с табличными данными [3, 4].
Программа выполнена в системе программирования Delphi 5.0 и функционирует на IBM-совместимых компьютерах с операционной системой Windows 9х/2000/ХР.
Раработанная программа Mag 1.0 позволяет быстро и удобно подобрать режим сварки низколегированных стаей плавящимся электродом в углекислом газе для заданного типа сварного соединения по ГОСТ 14771 - 76 или нестандартного шва. Параметры режима сварки рассчитываются исходя из требования обеспечения максимальной производительности процесса сварки.
Библиографический список
1. ГОСТ 14771-76. Дугова сварка в защитном газе. Соединения сварные. - М.: Изд-во стандартов, 1983. - 60 с.
2. Юрьев В.П. Справочное пособие по нормированию материаов и электроэнергии для сварочной техники / В.П. Юрьев. - М.: Машиностроение, 1972. - 52 с.
3. Сварка в смеси активных гаов / А.Е. Аснис [и др.]. - Киев: Наукова думка, 1982. - 216 с.
4. Акулов А.И. Технологи и оборудование сварки плавлением /
A.И. Акулов, Г.А. Бельчук, В.П. Демянцевич. - М.: Машиностроение, 1977.- 432 с.
5. Коринец И.Ф. Математическа модель плавления электродной проволоки при дуговой сварке / И.Ф. Коринец // Автоматическа сварка. -1995.- №10.- С. 39-43.
Получено 17.07.08.
УДК 621.791. 052
B. А. Судник, С. В. Рогов (Тула, ТулГУ)
ОЦЕНКА ГЕОМЕТРИИ ШВА С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ВЕРИФИКАЦИИ МАГ-СВАРКИ СТАЛЕЙ С РАЗДЕЛКОЙ КРОМОК
Рассмотрена методика оценки брака при использовании функции Лапласа для определения вероятности выхода размеров шва м допуски. Методика применена для оценки геометрии стыкового сварною шва при МАГ-сварке стали 09Г2С, поляченноо с помощью компьютерной программыMAGSIMи экспериментальной верификации.
Введение
Внедрение автоматизированных и роботизированных технологий сварки связано с повышением интеллектуаьного уровня систем обеспече-
