Keevituse kalkulaator - Vool, Pinge & Soojussisend

Keevituskalkulaator

Keevituskalkulaator hindab kaarkeevituseks vajalikku keevitusvoolu, pinget, liikumiskiirust ja soojussisendit. See kasutab lähteandmetena materjali paksust ja kasutatavat keevitusprotsessi. Tööriist hõlmab nelja levinud protsessi: MIG (GMAW), TIG (GTAW), käsikaarkeevitus (SMAW) ja räbustikuga täidistraadikeevitus (FCAW).

Tulemused on ligikaudsed rusikareeglid, mitte sertifitseeritud keevitusprotseduur. Need kehtivad õhukese materjali ühe läbimiga keevitamisel. Paksema materjali korral väljuvad aluseks olevad valemid kehtivuspiirkonnast. Sellisel juhul kuvab kalkulaator arvu äraarvamise asemel hoiatuse.

Kuidas kalkulaator töötab

Sisestage materjali paksus millimeetrites ja valige keevitusprotsess. Kalkulaator arvutab soovitusliku voolutugevuse ning leiab selle voolutugevuse ja paksuse põhjal pinge ja liikumiskiiruse. Voolutugevuse võib sisestada ka otse. Sel juhul arvutab kalkulaator tagurpidi välja protsessile sobiva hinnangulise paksuse ja tuletab seejärel ülejäänud näitajad.

Keevitusvoolu valem

Voolutugevus kasvab paksusega lineaarselt. Kasvukiirus oleneb protsessist:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Elektroodkeevitus: $I = 35t$
• Räbustikuga täidistraadikeevitus: $I = 38t$

I on voolutugevus amprites. t on paksus millimeetrites.

Keevituspinge valem

Pinge kasvab koos voolutugevusega:

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

V on pinge voltides.

Liikumiskiiruse valem

Liikumiskiirus näitab, kui kiiresti liigub põleti või elektrood mööda liidet; seda mõõdetakse millimeetrites minutis. Materjali paksuse kasvades see väheneb:

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• Elektroodkeevitus: $S = 200 - 15t$
• Räbustikuga täidistraadikeevitus: $S = 250 - 18t$

S on liikumiskiirus millimeetrites minutis.

Soojussisendi valem

Soojussisend mõõdab keevisõmbluse millimeetri kohta edastatud soojusenergiat kilodžaulides millimeetri kohta (kJ/mm). AWS D1.1 ja ASME IX määratlevad selle kaareenergiana:

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

V on pinge, I on voolutugevus amprites ja S on liikumiskiirus millimeetrites minutis.

Teine näitaja, ISO soojussisend, pärineb standardist EN ISO 1011-1. See korrutab kaareenergia soojusteguriga k. See tegur on väiksem kui 1. See hindab, kui suur osa kaare energiast tegelikult metalli siseneb, mitte ei kao kiirguse või pritsmetena.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ on ISO soojussisend ja k soojustegur.

MIG-, elektrood- ja räbustikuga täidistraadikeevituse korral on k 0,8. TIG-keevituse korral on see 0,6, sest TIG-kaar kannab alusmetalli üle vähem energiat kui ülejäänud kolm protsessi. Keevitusstandardites nimetatakse neist näitajatest soojussisendiks eri suurusi. Esitada tuleb see näitaja, mida kohaldatav standard nõuab.

Miks mõne sisendi korral tulemust ei anta

Voolutugevuse, pinge ja liikumiskiiruse valemid on lineaarsed lähendid. Need kehtivad ainult õhukese materjali ühe läbimiga keevitamisel. Tegelik kaarkeevitus toimub ligikaudu 0,5 kuni 5 kJ/mm soojussisendiga. Sellest ülempiirist suurema väärtuse korral ei ole ühe läbimiga protseduuri võimalik kasutada. Liide vajab mitut läbimit, millest igaüks peab jääma sellesse vahemikku.

Kalkulaator kontrollib seda. Kui paksuse ja protsessi kombinatsioon nõuaks kaareenergiat üle 5 kJ/mm, kuvab see arvu asemel hoiatuse. Sama tehakse juhul, kui valem annab liikumiskiiruseks nulli või väiksema väärtuse. Keevitamine väärtuseni, mida kalkulaator ei ole näidanud, võib põhjustada läbipõlemist, liigset deformatsiooni või kontrolli mitteläbivat liidet.

Lahendatud näide

Keevitaja ühendab MIG-keevitusega 5 mm paksust pehmet terasplaati.

1. Voolutugevus: 5 × 40 = 200 A
2. Pinge: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. Liikumiskiirus: 300 − 5 × 20 = 200 mm/min
4. Kaareenergia (AWS/ASME soojussisend): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1,32 kJ/mm
5. ISO soojussisend: 0,8 × 1,32 = 1,06 kJ/mm

Mõlemad näitajad jäävad 0,5–5 kJ millimeetri kohta vahemikku, mida ühe MIG-läbimiga saab saavutada, seega annab kalkulaator tulemuse.

Võrrelge seda 10 mm paksuse terase samal viisil keevitamisega. Valemid annavad tulemuseks 400 A, 30 V ja liikumiskiiruseks 100 mm/min. Sellele vastav kaareenergia on 7,2 kJ/mm, mis ületab 5 kJ/mm ülempiiri. Kalkulaator kuvab nende arvude asemel hoiatuse. 10 mm paksusest terasest keevisõmblus vajab kvalifitseeritud protseduuri kohaselt mitut läbimit, mitte ühe läbimi hinnangut.

Tüüpilised voolutugevuse ja paksuse vahemikud protsesside kaupa

Need vahemikud kirjeldavad tavapärast töökoja praktikat. Kalkulaatori valemid laiendavad sama lineaarset reeglit igale protsessile, olenemata konkreetse masina piirangutest.

Korduma kippuvad küsimused

Mis on keevituse soojussisend? Soojussisend on keevisõmbluse millimeetri kohta edastatud soojusenergia, mida mõõdetakse kJ/mm. See mõjutab keevise läbitungimissügavust, jahtumiskiirust ja seda, kui palju muutub ümbritseva metalli struktuur.

Mis vahe on AWS-i ja ISO soojussisendil? AWS D1.1 ja ASME IX järgi on soojussisend kaareenergia: pinge korrutatud voolutugevuse ja 60-ga ning jagatud 1000-ga korrutatud liikumiskiirusega. ISO 1011-1 soojussisend korrutab selle näitaja soojusteguriga k. Tegur on TIG-keevitusel 0,6 ja ülejäänud kolmel protsessil 0,8. Saadud väiksem arv kajastab paremini energiat, mille liide tegelikult neelab.

Miks kuvab kalkulaator tulemuse asemel hoiatuse? Valemid on lineaarsed reeglid, mis toimivad ainult õhukese materjali ühe läbimiga keevitamisel. Kui kaareenergia ületab ligikaudu 5 kJ/mm või valem annab liikumiskiiruseks nulli või väiksema väärtuse, ei vasta ühe läbimiga keevisõmblus sellele arvule. Kalkulaator jätab tulemuse kuvamata, selle asemel et näidata vale tulemust.

Kas paksuse asemel võib sisestada voolutugevuse? Jah. Voolutugevuse sisestamisel hindab kalkulaator, millise paksuse jaoks see voolutugevus sobib, ning arvutab selle põhjal pinge, liikumiskiiruse ja soojussisendi.

Kas need valemid kehtivad alumiiniumi korral? Valemid põhinevad terase keevitamise praktikal. Alumiinium juhib soojust terasest kiiremini eemale, mistõttu vajab see sama paksuse korral üldjuhul ligikaudu 30% suuremat voolutugevust kui teras ning puhta argooni või argooni ja heeliumi segu sisaldavat kaitsegaasi.

Kas see asendab keevitusprotseduuri spetsifikatsiooni (WPS)? Ei. Standarditega reguleeritud tööde korral on ülimuslik konkreetse liite ja materjali jaoks katsetatud, dokumenteeritud ning kvalifitseeritud WPS. Kalkulaator annab esialgse seadistuse lähtepunkti, mitte sertifitseeritud protseduuri.

Viited

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. väljaanne. Cengage Learning, 2021.
4. TWI Ltd. „Calculating Heat Input.” twi-global.com.