3.2. Cơ sở tính tốn các thơng số của quy trình hàn
3.2.2. Tính tốn chế độ hàn
Trong quy trình này mối hàn tự động sử dụng đệm lót là mối hàn lót bằng phương pháp hàn CO2, chiều cao mối của mối hàn lót bằng chiều cao khe hở đáy. Ta tính chế độ hàn cho các lớp hàn tự động tiếp theo như sau:
Hình 3-2. Kích thước và thứ tự các lớp hàn
Diện tích tiết diện ngang kim loại đắp của toàn bộ mối hàn xác định theo công thức: ( ) as bc tg h Fd ≈ 2. β/2 + . +0,75. . Trong đó:
- h: chiều cao mối hàn, h = s – p = 20 – 2 = 18 (mm) - a: chiều rộng khe hàn, a = 6 (mm)
- b: chiều rộng mối hàn, có thể tính gần đúng b = a + 2h.tg(β/2) + 2 = 24
(mm)
- c: chiều cao mối hàn, c = b/ψm = 24/10 = 2,4 (mm), ψm = (7 ÷ 10) là hệ số hình dáng mối hàn.
- β: góc vát mép: β = 50o
Các thông số a, p, β chọn theo tiêu chuẩn.
⇒Fd ≈182.tg(50/2)+6.18+0,75.24.2,4=302 (mm2) Cụ thể tính tốn như sau:
Tính chế độ hàn cho lớp thứ nhất.
1. Chọn đường kính dây hàn theo tiêu chuẩn, d = 4 (mm)
2. Theo đường kính dây hàn đã chọn, tính I và U theo cơng thức đã biết sau:
U = 20 + 50.I.10-3/d0,5 ± 1 (1)
ψn =k’.(19 – 0,01.I).d.(U/I) (2) Khi hàn bằng dòng xoay chiều k’ = 1
ψn – Hệ số ngấu có giá trị tối ưu từ (1,3 ÷ 2,0), chọn ψn = 2
Thay các giá trị vào và giải hệ hai phương trình (1) và (2) ta được: I = 453 (A) và U = 31 (V)
3. Tính tốc độ hàn. Để bảo đảm điều kiện kết tinh tốt của vũng hàn, tỷ số giữa chiều dài và chiều rộng của vũng hàn phải không đổi. Theo lý thuyết truyền nhiệt, ta sẽ có: v.I = A = const.
Tức là v = A/I (m/h)
d [mm] 1,6 2 3 4 5 6
A[.103A.m/h] 5 ÷ 8 8 ÷ 12 12 ÷ 16 16 ÷ 20 20 ÷ 25 25 ÷ 30
Với d = 4 [mm], chọn A = 16.103[A.m/h] ⇒ v = 16000/453 = 35 (m/h) 4. Xác định chiều sâu chảy theo cường độ dịng điện.
I = (80 ÷ 100).h ⇒ h = I/80 = 453/80 = 5,7 (mm) 5. Xác định chiều rộng mối hàn.
b = h.ψn = 5,7.2 = 11,4 (mm)
6. Xác định chiều đắp lớp thứ nhất co. Diện tích đắp lớp thứ nhất có thể xem là diện tích hình thang cân có đáy lớn là chiều rộng lớp hàn thứ nhất, đáy nhỏ là chiều rộng khe đáy và chiều cao là co, co = b’/tg(β/2), b’ là cạnh của tam giác vuông giới hạn bởi một nửa góc vát mép.
b’ = (b – a)/2 = (11,4 - 6)/2 = 2,7 (mm)
⇒ co = 2,7/tg(50/2) = 5,8 (mm)
Như vậy diện tích kim loại đắp lớp thứ nhất
F1’ = (a + b).co/2 = (6 + 11,4).5,8/2 = 50,5 (mm2) 7. Xác định số lớp hàn.
Xem diện tích các lớp hàn bằng nhau thì số lớp hàn n = Fd/F1 = 302/50,5 = 5,98
Trong thực tế việc chọn số lớp hàn cần phải đảm bảo mối hàn có hình dáng và cơ tính tốt nhất và mang lại tính kinh tế trong sản xuất. Do vậy có thể thay đổi số lớp hàn khác với giá trị tính tốn để đáp ứng được u cầu đề ra.
Tính tốn chế độ hàn cho các lớp tiếp theo tương tự như trường hợp tính cho lớp thứ nhất. Đối với hàn nhiều lớp thì mối hàn sẽ ngấu hồn tồn do vậy hệ số ngấu ψn > 2, lớn hơn so với mối hàn một lớp. Đặc biệt, đối với lớp hàn phủ chiều
rộng mối hàn lớn do vậy để đáp ứng giá trị của hệ số ngấu đã chọn thì chiều sâu ngấu h phải lớn. Khi chiều sâu ngấu h lớn thì cường độ dịng điện phải tăng để đáp ứng được chiều sâu ngấu h.
Theo lý thuyết ở chương 2, mục ảnh hưởng của điện áp hàn đối với hình dạng và kích thước mối hàn, khi điện áp hàn tăng sẽ làm tăng chiều rộng mối hàn. Do đó, có thể tăng điện áp hàn trên cơ sở giá trị đã tính đối với lớp hàn thứ nhất.
Tính tốn chế độ hàn cho lớp cuối cùng (lớp phủ) như sau: 1. Xác định chiều sâu ngấu h.
Chọn ψn = 3, từ chiều rộng mối hàn b = 24 (mm), (đã tính ở trên)
⇒ h = b/ψn = 24/3 = 8 (mm) 2. Xác định cường độ dòng điện. I = 80.h = 80.8 = 640 (A) 3. Xác định tốc độ hàn v = A/I = 20.10-3/640 = 31 (m/h) 4. Xác định điện áp hàn. U = 20 + 50.I.10-3/d0,5 ± 1 = 20 + 50.640.10-3/2 = 36 (V)
Giá trị các thông số của chế độ các lớp trung gian lấy trong giới hạn lớp thứ nhất và lớp cuối cùng.
Các giá trị thông số của chế độ hàn đã tính ở trên sẽ được đề cập trong nội dung chi tiết của quy trình. Các thơng số trong quy trình sẽ biến thiên trong phạm vi hẹp cho phụ hợp với điều kiện thực tế để mang lại mối hàn chất lượng cao và hiệu quả kinh tế tốt nhất.