Svejsningsberegner - Strøm, Spænding & Varmetilførsel

Svejseberegner

En svejseberegner estimerer den nødvendige strømstyrke, spænding, svejsehastighed og varmetilførsel til en lysbuesvejsning. Den bruger materialetykkelsen og den anvendte svejseproces. Værktøjet dækker fire almindelige processer: MIG (GMAW), TIG (GTAW), elektrodesvejsning (SMAW) og rørtrådssvejsning (FCAW).

Resultaterne er tommelfingerregler, ikke en certificeret svejseprocedure. De gælder for tyndt materiale, der svejses i én svejsepassage. Ved tykkere materiale ligger de underliggende formler uden for deres gyldighedsområde. Når det sker, viser beregneren en advarsel i stedet for et tal frem for at gætte.

Sådan fungerer beregneren

Indtast en materialetykkelse i millimeter, og vælg en svejseproces. Beregneren beregner en anbefalet strømstyrke og finder derefter spænding og svejsehastighed ud fra denne strømstyrke og tykkelsen. En strømstyrke kan også indtastes direkte. I så fald arbejder beregneren baglæns for at estimere den tykkelse, processen egner sig til, og beregner derefter resten.

Formel for svejsestrøm

Strømstyrken stiger lineært med tykkelsen. Stigningstakten varierer efter proces:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Elektrodesvejsning: $I = 35t$
• Rørtråd: $I = 38t$

I er strømstyrken i ampere. t er tykkelsen i millimeter.

Formel for svejsespænding

Spændingen stiger med strømstyrken:

• MIG: $V = 14 + \frac{I}{25}$
• TIG: $V = 10 + \frac{I}{40}$
• Elektrodesvejsning: $V = 20 + \frac{I}{50}$
• Rørtråd: $V = 22 + \frac{I}{30}$

V er spændingen i volt.

Formel for svejsehastighed

Svejsehastighed er den hastighed, hvormed brænderen eller elektroden bevæger sig langs samlingen, målt i millimeter pr. minut. Den falder, når materialet bliver tykkere:

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• Elektrodesvejsning: $S = 200 - 15t$
• Rørtråd: $S = 250 - 18t$

S er svejsehastigheden i millimeter pr. minut.

Formel for varmetilførsel

Varmetilførsel måler den termiske energi, der tilføres pr. millimeter svejsning, i kilojoule pr. millimeter (kJ/mm). AWS D1.1 og ASME IX definerer den som lysbueenergi:

$Q = \frac{V \times I \times 60}{1000 \times S}$

V er spændingen, I er strømstyrken i ampere, og S er svejsehastigheden i mm/min.

En anden beregning, ISO-varmetilførslen, stammer fra EN ISO 1011-1. Den multiplicerer lysbueenergien med en termisk virkningsfaktor, k. Denne faktor er et tal under 1. Den estimerer, hvor meget af lysbuens energi der faktisk trænger ind i metallet, i stedet for at gå tabt som stråling eller sprøjt.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ er ISO-varmetilførslen, og k er den termiske virkningsfaktor.

k er 0,8 ved MIG-, elektrodesvejsning og svejsning med pulverfyldt tråd. Den er 0,6 ved TIG, fordi en TIG-lysbue overfører mindre af sin energi til grundmaterialet end de tre andre processer. Svejsekoder er forskellige med hensyn til, hvilket tal de kalder »varmetilførsel«. Angiv det tal, som den gældende kode kræver.

Hvorfor nogle input ikke giver et resultat

Formlerne for strømstyrke, spænding og svejsehastighed er lineære tilnærmelser. De gælder kun for tyndt materiale, der svejses i én streng. Ved reel lysbuesvejsning ligger varmetilførslen typisk på cirka 0,5 til 5 kJ/mm. Over denne grænse findes der ingen procedure for en enkelt streng. Samlingen kræver flere strenge, hvor hver enkelt holdes inden for dette interval.

Beregneren kontrollerer dette. Hvis en kombination af tykkelse og proces ville kræve en lysbueenergi over 5 kJ/mm, viser den en advarsel i stedet for et tal. Det samme sker, hvis formlen giver en svejsehastighed på nul eller mindre. Svejsning efter en værdi, som beregneren ikke har vist, indebærer risiko for gennembrænding, overdreven deformation eller en samling, der ikke består inspektionen.

Regneeksempel

En svejser sammenføjer en plade af blødt stål på 5 mm med MIG.

1. Strømstyrke: 5 × 40 = 200 A
2. Spænding: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. Svejsehastighed: 300 − 5 × 20 = 200 mm/min
4. Lysbueenergi (AWS/ASME-varmetilførsel): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1,32 kJ/mm
5. ISO-varmetilførsel: 0,8 × 1,32 = 1,06 kJ/mm

Begge tal ligger inden for intervallet 0,5–5 kJ/mm, som en enkelt MIG-streng kan frembringe, så beregneren returnerer et resultat.

Sammenlign det med 10 mm stål, der svejses på samme måde. Formlerne kræver 400 A, 30 V og en svejsehastighed på 100 mm/min. Det giver en lysbueenergi på 7,2 kJ/mm, hvilket er over grænsen på 5 kJ/mm. Beregneren viser en advarsel i stedet for disse tal. En reel svejsning i 10 mm stål kræver flere strenge efter en kvalificeret procedure, ikke et estimat for én streng.

Typiske intervaller for strømstyrke og tykkelse efter proces

Disse intervaller beskriver almindelig praksis på værksteder. Beregnerens formler udvider den samme lineære regel til hver proces, uanset den enkelte maskines begrænsninger.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er varmetilførsel ved svejsning? Varmetilførsel er den termiske energi, der tilføres pr. millimeter svejsning, i kJ/mm. Den påvirker, hvor dybt svejsningen trænger ind, hvor hurtigt den afkøles, og hvor meget strukturen i det omgivende metal ændres.

Hvad er forskellen mellem AWS-varmetilførsel og ISO-varmetilførsel? Varmetilførsel efter AWS D1.1 og ASME IX er lysbueenergi: spænding gange strømstyrke gange 60, divideret med 1000 gange svejsehastigheden. ISO 1011-1-varmetilførsel multiplicerer dette tal med en termisk virkningsfaktor, k. Faktoren er 0,6 for TIG og 0,8 for de tre andre processer. Den giver et lavere tal, som bedre afspejler den energi, samlingen faktisk absorberer.

Hvorfor viser beregneren en advarsel i stedet for et resultat? Formlerne er lineære regler, der kun fungerer for tyndt materiale, som svejses i én streng. Over en lysbueenergi på cirka 5 kJ/mm, eller når formlen giver en svejsehastighed på nul eller mindre, findes der ingen svejsning i én streng, der svarer til tallet. Beregneren tilbageholder resultatet i stedet for at vise et forkert resultat.

Kan jeg indtaste strømstyrke i stedet for tykkelse? Ja. Når der indtastes en strømstyrke, estimerer beregneren den tykkelse, som denne strømstyrke egner sig til, og beregner derefter spænding, svejsehastighed og varmetilførsel ud fra den.

Fungerer disse formler for aluminium? Formlerne er baseret på svejsepraksis for stål. Aluminium leder varmen væk hurtigere end stål, så det kræver generelt omkring 30 % mere strømstyrke end stål med samme tykkelse samt ren argon eller en argon-helium-beskyttelsesgas.

Er dette en erstatning for en svejseprocedurespecifikation (WPS)? Nej. Ved arbejde, der er underlagt en kode, har en kvalificeret WPS, som er afprøvet og dokumenteret for den specifikke samling og det specifikke materiale, forrang. Beregneren giver et udgangspunkt for den indledende indstilling, ikke en certificeret procedure.

Referencer

1. American Welding Society. AWS D1.1/D1.1M Structural Welding Code — Steel.
2. International Organization for Standardization. EN ISO 1011-1, Recommendations for welding of metallic materials.
3. Jeffus, L. Welding: Principles and Applications, 8. udg. Cengage Learning, 2021.
4. TWI Ltd. »Calculating Heat Input.« twi-global.com.