Расчет и сравнительная оценка затрат на выполнение сварного соединения при различных сочетаниях типа сварного шва, способа и условий сварки

Точные расчеты затрат на получение сварного соединения с учетом влияния всех факторов для каждого способа сварки и типа сварного шва требуют большого количества исходных данных, значительного времени и не всегда позволяют получить достоверные данные. Поэтому на предприятиях способы сварки и типы сварных швов, как правило, выбирают, исходя из приближенной сравнительной оценки эффективности разных способов сварки на основе накопленного опыта их применения при производстве сварных изделий, аналогичных новым изделиям, заказанным потребителями.

Эффективность применения разных способов дуговой сварки для выполнения выбранного типа шва приближенно оценивается сравнением следующих показателей.

1.Сравненем масс электродного металла G _н (в граммах), которая может быть наплавлена в течение часа при выполнении этого шва тем или иным способом сварки.

2.Сравнением величины площади поперечного сечения F _ш шва, заполняемого электродным металлом при том или ином способе сварки, и массы G _мш (в граммах) одного метра сварного шва данного сечения.

3.Сравнением количества проходов (слоев), которое потребуется для заполнения электродным металлом всей площади поперечного сечения шва при том или ином способе сварки.

4.Сравнением требуемых форм разделки кромок под сварку, видов необходимых для разделки кромок технологических операций и оборудования.

5. Сравнением стоимости сварочных материалов, необходимых для выполнения одного метра выбранного типа шва тем или иным способом сварки.

Масса электродного металла G _н, который может быть наплавлен в течение часа тем или иным способом сварки, определяется по следующей формуле:

G н = α _{p (1 – Ψ )} I св, (1)

где α _p – коэффициент расплавления электрода, электродной проволоки (г/А • ч);

_{Ψ –} коэффициент потерь (%) электродного материала на угар и разбрызгивание;

I св – сила сварочного тока (ампер), на которой должен выполняться тот или иной слой сварного шва.

Коэффициент расплавления покрытых электродов для сварки ответственных конструкций приближенно может быть принят равным 9 г/А • ч.

Коэффициент расплавления электродной проволоки при дуговой сварке под слоем флюса и в среде защитных газов приближенно может быть принят равным 15 г/А • ч.

Коэффициенты потерь на огарки и разбрызгивание может быть принят равным:

- при сварке покрытыми электродами 10 – 15%;

- при сварке плавящимся электродом в среде защитных газов 3 – 5%;

- при сварке под флюсом 1 – 2%.

Сила сварочного тока при сварке покрытыми электродами в зависимости от пространственного положения составляет (30 – 40) d _cт, где d _cт – диаметр стержня электрода в миллиметрах. При диаметре, равном 5 мм сила тока дуги должна быть равной примерно 200 ампер. Соответствующие значения силы тока при сварке в среде защитного газа составят 350 – 500 ампер, а при автоматической сварке под флюсом 600 – 1000 ампер.

Приведенные значения α _{p, Ψ,} I св свидетельствуют, что наибольшую производительность процессов сварки в соответствии с формулой (1) обеспечивает автоматическая сварка под флюсом (при выполнении курсового проекта данный вывод должен быть обоснован расчетами). Однако возможность выбора и применения этого способа определяется толщиной свариваемого металла, протяженностью сварного соединения и его пространственным положением (определяющими возможность удержания флюса и предотвращения прожогов).

Площадь поперечного сечения шва F _ш характеризует не только количество электродного металла, требуемого для ее заполнения, но и величину возможных остаточных внутренних напряжений в ней. Чем меньше F _ш, тем меньше остаточные напряжения.

Количество проходов (слоев), которое требуется для заполнения электродным металлом всего поперечного сечения шва, определяет время, необходимое для получения сварного соединения.

Количество проходов определяется толщиной металла, типом сварного шва и формой разделки кромок, способом и выбранными условиями сварки (на весу, на подкладке, на флюсовой подушке), требованиями нормативных документов.

Окончательное решение о выборе того или иного способа сварки должно приниматься с учетом стоимости сварочных материалов С _М, необходимых для выполнения одного метра шва тем или иным способом сварки.

Стоимость покрытых электродов, проволоки определяется по формуле

С _Э = Ц_Э М _Э (2)

где Ц_Э – цена 1 килограмма электродов, проволоки, рубль/кГ;

М _Э – масса электродов или проволоки, расходуемая на сварку одного метра шва, Кг.

Она равна: М _Э = 0.1 k _п r F _ш, (3)

где r – плотность материала стержня электрода или проволоки, Г/см³;

F _ш – площадь поперечного сечения сварного шва, см²;

k _п – коэффициент, учитывающий массу покрытия на стержне электрода. Для проволоки k _п = 1.

В случае необходимости применения различных видов сварочной проволоки для выполнения корневого, заполняющего и облицовочного слоев масса расходуемой проволоки каждой марки М _Эj, когда неизвестны площади сечения каждого слоя, может быть определена следующим образом:

М _Эj = 0.1 r πd²_прj/4 • V_прj / V_j [ кГ ] (4)

где d²_прj – диаметр проволоки данной марки, см;

V_{пр j} – скорость подачи проволоки, м/час;

V_j – скорость сварки слоя, м/час.

Стоимость флюса определяется по выражению: С_ф = Ц_ф k _ф М _Э,

где k _ф ≈ 1.3 – отношение массы расплавляемого флюса к массе наплавляемой электродной проволоки на 1 м шва при сварке под слоем флюса;

Ц_ф – цена 1 килограмма флюса, рубль/кГ;

Стоимость защитного газа, расходуемого при дуговой сварке, определяется пор формуле

С _Г = Ц _Г զ _г t _св (5)

где Ц _Г – цена 1 м³ данного защитного газа, рубль/ м³;

զ _г – суммарный расход газа на защиту сварочной ванны и обратной стороны (корня) шва, литр/час;

t _св – суммарное время сварки (в часах) 1 метра всех слоев шва, включая время на зачистку и контроль поверхности корня шва и заполняющих слоев.

t _св = 1/ V _к + n _зап / V_зап + 1/ V_обл + n_сл (t_пр+ t_ок)/3600 (6)

где V _к, V_зап, V_обл – скорость сварки корневой части, заполняющих слоев и облицовочного слоя шва, м/час;

n _зап – количество заполняющих слоев шва; n_сл – общееколичество слоев шва;

t_пр, t_ок– время предварительной продувки перед возбуждением сварочной дуги (2…3 сек) и продувки конца шва после ее гашения (3…5 сек).

Одним из главных показателей для приближенной оценки экономической эффективности сравниваемых способов сварки являются затраты на заработную плату сварщиков. Требуемая зарплата З _с (руб) для выполнения одного метра сварного шва равна

З _с = t _св Р_{э с} (7)

где Р_{э с} – действующие на предприятии расценки оплаты одного часа работы электросварщика данной квалификации, руб/час;

t _св – суммарное время сварки (в часах) 1 метра всех слоев шва, включая время на зачистку и контроль поверхности корня шва и заполняющих слоев, определяемое по формуле (6).

Значения параметров режимов V _к, V_зап, V_обл и требуемое количество слоев шва для сравниваемых способов сварки и типов швов сварных соединений объекта курсового проектирования должны определяться в период практики по нормативным документам и технологическим процессам изготовления на предприятии аналогичных сварных изделий.

Цены электродов, проволоки, флюсов и защитных газов берутся в отделе снабжения или в отделе главного сварщика предприятия.