Υπολογιστής Συγκόλλησης - Ένταση Ρεύματος, Τάση & Θερμική Είσοδος

Υπολογιστής συγκόλλησης

Ένας υπολογιστής συγκόλλησης εκτιμά την ένταση του ρεύματος, την τάση, την ταχύτητα μετακίνησης και τη θερμική εισροή που απαιτούνται για μια συγκόλληση τόξου. Βασίζεται στο πάχος του υλικού και στη χρησιμοποιούμενη διαδικασία συγκόλλησης. Το εργαλείο καλύπτει τέσσερις συνηθισμένες διαδικασίες: MIG (GMAW), TIG (GTAW), ηλεκτροσυγκόλληση με επενδεδυμένο ηλεκτρόδιο (SMAW) και συγκόλληση με σύρμα με πυρήνα συλλιπάσματος (FCAW).

Τα αποτελέσματα είναι εμπειρικοί κανόνες και όχι πιστοποιημένη διαδικασία συγκόλλησης. Ισχύουν για λεπτό υλικό που συγκολλάται με μία μόνο διέλευση. Σε παχύτερο υλικό, οι τύποι στους οποίους βασίζεται ο υπολογισμός υπερβαίνουν το πεδίο ισχύος τους. Όταν συμβαίνει αυτό, ο υπολογιστής εμφανίζει προειδοποίηση αντί για αριθμητική τιμή, αντί να κάνει εκτίμηση.

Πώς λειτουργεί η αριθμομηχανή

Εισαγάγετε το πάχος του υλικού σε χιλιοστά και επιλέξτε μια διαδικασία συγκόλλησης. Η αριθμομηχανή υπολογίζει το συνιστώμενο ρεύμα και στη συνέχεια υπολογίζει την τάση και την ταχύτητα μετακίνησης με βάση αυτό το ρεύμα και το πάχος. Μπορεί επίσης να εισαχθεί απευθείας ένα ρεύμα. Σε αυτή την περίπτωση, η αριθμομηχανή υπολογίζει αντίστροφα το πάχος για το οποίο είναι κατάλληλη η διαδικασία και κατόπιν υπολογίζει τα υπόλοιπα μεγέθη.

Τύπος ρεύματος συγκόλλησης

Το ρεύμα αυξάνεται γραμμικά με το πάχος. Ο ρυθμός διαφέρει ανάλογα με τη διαδικασία:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Ηλεκτρόδιο: $I = 35t$
• Συγκόλληση τόξου με πυρήνα συλλίπανσης: $I = 38t$

Το I είναι το ρεύμα σε αμπέρ. Το t είναι το πάχος σε χιλιοστά.

Τύπος τάσης συγκόλλησης

Η τάση αυξάνεται με το ρεύμα:

• MIG: $V = 14 + \frac{I}{25}$
• TIG: $V = 10 + \frac{I}{40}$
• Συγκόλληση με επενδεδυμένο ηλεκτρόδιο: $V = 20 + \frac{I}{50}$
• Συγκόλληση με ηλεκτρόδιο με πυρήνα συλλίπανσης: $V = 22 + \frac{I}{30}$

Το V είναι η τάση σε βολτ.

Τύπος ταχύτητας μετακίνησης

Η ταχύτητα προώθησης είναι η ταχύτητα με την οποία η τσιμπίδα ή το ηλεκτρόδιο κινείται κατά μήκος της ραφής, και μετριέται σε χιλιοστά ανά λεπτό. Μειώνεται όσο αυξάνεται το πάχος του υλικού:

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• Συγκόλληση με επενδεδυμένο ηλεκτρόδιο: $S = 200 - 15t$
• Συγκόλληση με ηλεκτρόδιο με πυρήνα συλλίπανσης: $S = 250 - 18t$

Το S είναι η ταχύτητα μετακίνησης σε χιλιοστά ανά λεπτό.

Τύπος υπολογισμού της θερμικής εισαγωγής

Η θερμική εισαγωγή εκφράζει τη θερμική ενέργεια που παρέχεται ανά χιλιοστό συγκόλλησης, σε κιλοτζάουλ ανά χιλιοστό (kJ/mm). Τα AWS D1.1 και ASME IX την ορίζουν ως ενέργεια τόξου:

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

Το V είναι η τάση, το I είναι το ρεύμα σε αμπέρ και το S είναι η ταχύτητα μετακίνησης σε mm/min.

Ένα δεύτερο μέγεθος, η θερμική εισαγωγή σύμφωνα με το ISO, προκύπτει από το EN ISO 1011-1. Πολλαπλασιάζει την ενέργεια τόξου με έναν συντελεστή θερμικής απόδοσης, k. Ο συντελεστής αυτός είναι μικρότερος από 1. Εκτιμά πόση από την ενέργεια του τόξου εισέρχεται πραγματικά στο μέταλλο, αντί να χάνεται ως ακτινοβολία ή εκτόξευση σταγονιδίων.

$Q_i = k \times Q$

Το $Q_i$ είναι η θερμική είσοδος κατά ISO και το k ο συντελεστής θερμικής απόδοσης.

Το k είναι 0,8 για συγκόλληση MIG, συγκόλληση με επενδεδυμένο ηλεκτρόδιο και συγκόλληση τόξου με πυρήνα συλλίπανσης. Είναι 0,6 για TIG, επειδή το τόξο TIG μεταφέρει λιγότερη από την ενέργειά του στο βασικό μέταλλο σε σχέση με τις άλλες τρεις διαδικασίες. Οι κώδικες συγκόλλησης διαφέρουν ως προς το ποιο μέγεθος ονομάζουν «θερμική είσοδο». Αναφέρετε αυτό που απαιτεί ο ισχύων κώδικας.

Γιατί ορισμένες τιμές εισόδου δεν δίνουν αποτέλεσμα

Οι τύποι για το ρεύμα, την τάση και την ταχύτητα μετακίνησης είναι γραμμικές προσεγγίσεις. Ισχύουν μόνο για λεπτό υλικό που συγκολλάται σε ένα πέρασμα. Η πραγματική συγκόλληση τόξου πραγματοποιείται με θερμική είσοδο περίπου από 0,5 έως 5 kJ/mm. Πάνω από αυτό το όριο δεν υπάρχει διαδικασία ενός περάσματος. Η ραφή χρειάζεται πολλαπλά περάσματα, καθένα από τα οποία πρέπει να παραμένει μέσα σε αυτό το εύρος.

Η αριθμομηχανή το ελέγχει αυτό. Αν ένας συνδυασμός πάχους και διαδικασίας απαιτεί ενέργεια τόξου πάνω από 5 kJ/mm, εμφανίζει προειδοποίηση αντί για αριθμητικό αποτέλεσμα. Το ίδιο κάνει αν ο τύπος δώσει ταχύτητα μετακίνησης μηδενική ή μικρότερη. Η συγκόλληση σε τιμή που δεν έχει εμφανίσει η αριθμομηχανή ενέχει κίνδυνο διάτρησης, υπερβολικής παραμόρφωσης ή ραφής που αποτυγχάνει στον έλεγχο.

Λυμένο παράδειγμα

Ένας συγκολλητής ενώνει χαλύβδινη πλάκα από μαλακό χάλυβα πάχους 5 mm με MIG.

1. Ρεύμα: 5 × 40 = 200 A
2. Τάση: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. Ταχύτητα μετακίνησης: 300 − 5 × 20 = 200 mm/min
4. Ενέργεια τόξου (θερμική είσοδος AWS/ASME): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1,32 kJ/mm
5. Θερμική είσοδος κατά ISO: 0,8 × 1,32 = 1,06 kJ/mm

Και τα δύο μεγέθη βρίσκονται μέσα στο εύρος 0,5–5 kJ/mm που μπορεί να επιτύχει ένα πέρασμα MIG, επομένως η αριθμομηχανή επιστρέφει αποτέλεσμα.

Συγκρίνετέ το με χάλυβα πάχους 10 mm που συγκολλάται με τον ίδιο τρόπο. Οι τύποι απαιτούν 400 A, 30 V και ταχύτητα μετακίνησης 100 mm/min. Αυτό αντιστοιχεί σε ενέργεια τόξου 7,2 kJ/mm, πάνω από το όριο των 5 kJ/mm. Η αριθμομηχανή εμφανίζει προειδοποίηση αντί για αυτά τα μεγέθη. Μια πραγματική συγκόλληση σε χάλυβα πάχους 10 mm χρειάζεται πολλαπλά περάσματα σύμφωνα με εγκεκριμένη διαδικασία, όχι εκτίμηση ενός περάσματος.

Τυπικά εύρη ρεύματος και πάχους ανά διαδικασία

Αυτά τα εύρη περιγράφουν τη συνήθη πρακτική σε εργαστήρια. Οι τύποι της αριθμομηχανής επεκτείνουν τον ίδιο γραμμικό κανόνα σε κάθε διαδικασία, ανεξάρτητα από τα όρια ενός συγκεκριμένου μηχανήματος.

Συχνές ερωτήσεις

Τι είναι η θερμική είσοδος στη συγκόλληση; Η θερμική είσοδος είναι η θερμική ενέργεια που παρέχεται ανά χιλιοστό συγκόλλησης, σε kJ/mm. Επηρεάζει το βάθος διείσδυσης της συγκόλλησης, την ταχύτητα ψύξης και τον βαθμό μεταβολής της δομής του περιβάλλοντος μετάλλου.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της θερμικής εισόδου AWS και της θερμικής εισόδου ISO; Η θερμική είσοδος κατά AWS D1.1 και ASME IX είναι η ενέργεια τόξου: τάση επί ρεύμα επί 60, διαιρεμένα με 1000 επί την ταχύτητα μετακίνησης. Η θερμική είσοδος ISO 1011-1 πολλαπλασιάζει αυτό το μέγεθος με έναν συντελεστή θερμικής απόδοσης, k. Ο συντελεστής είναι 0,6 για TIG και 0,8 για τις άλλες τρεις διαδικασίες. Δίνει μικρότερη τιμή, η οποία αντιπροσωπεύει καλύτερα την ενέργεια που απορροφά πραγματικά η ραφή.

Γιατί ο υπολογιστής εμφανίζει προειδοποίηση αντί για το αποτέλεσμα; Οι τύποι είναι γραμμικοί κανόνες που λειτουργούν μόνο για λεπτό υλικό συγκολλημένο σε ένα πέρασμα. Πάνω από ενέργεια τόξου περίπου 5 kJ/mm ή όταν ο τύπος δίνει ταχύτητα μετακίνησης μηδενική ή μικρότερη, κανένα συγκόλλημα ενός περάσματος δεν αντιστοιχεί στην τιμή. Η αριθμομηχανή αποκρύπτει το αποτέλεσμα αντί να εμφανίσει ένα εσφαλμένο.

Μπορώ να εισαγάγω ρεύμα αντί για πάχος; Ναι. Η εισαγωγή ενός ρεύματος κάνει την αριθμομηχανή να εκτιμήσει το πάχος για το οποίο είναι κατάλληλο το ρεύμα και στη συνέχεια να υπολογίσει την τάση, την ταχύτητα μετακίνησης και τη θερμική είσοδο.

Ισχύουν αυτοί οι τύποι για το αλουμίνιο; Οι τύποι βασίζονται στην πρακτική συγκόλλησης χάλυβα. Το αλουμίνιο απάγει τη θερμότητα ταχύτερα από τον χάλυβα, επομένως γενικά χρειάζεται περίπου 30% περισσότερο ρεύμα από χάλυβα ίδιου πάχους, καθώς και καθαρό αργό ή προστατευτικό αέριο αργού-ηλίου.

Αποτελεί αυτό υποκατάστατο μιας προδιαγραφής διαδικασίας συγκόλλησης (WPS); Όχι. Για εργασίες που διέπονται από κώδικα, υπερισχύει μια εγκεκριμένη WPS, δοκιμασμένη και τεκμηριωμένη για τη συγκεκριμένη ραφή και το συγκεκριμένο υλικό. Η αριθμομηχανή παρέχει ένα σημείο εκκίνησης για την αρχική ρύθμιση, όχι πιστοποιημένη διαδικασία.

Παραπομπές

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, 8η έκδ. Cengage Learning, 2021.
4. TWI Ltd. «Calculating Heat Input.» twi-global.com.