Hegesztési Kalkulátor - Áramerősség, Feszültség & Hőbevitel

Hegesztési kalkulátor

A hegesztési kalkulátor megbecsüli az ívhegesztéshez szükséges áramerősséget, feszültséget, haladási sebességet és hőbevitelt. A számítás az anyagvastagságon és az alkalmazott hegesztési eljáráson alapul. Az eszköz négy gyakori eljárást támogat: MIG (GMAW), TIG (GTAW), bevont elektródás (SMAW) és porbeles (FCAW) hegesztést.

Az eredmények iránymutató értékek, nem minősített hegesztési eljárás. Vékony, egy menetben hegesztett anyagra érvényesek. Vastagabb anyagnál az alapul szolgáló képletek kilépnek az érvényességi tartományukból. Ilyenkor a kalkulátor találgatás helyett figyelmeztetést jelenít meg számérték helyett.

Hogyan működik a kalkulátor?

Adja meg az anyagvastagságot milliméterben, és válassza ki a hegesztési eljárást. A kalkulátor kiszámítja az ajánlott áramerősséget, majd ebből és a vastagságból meghatározza a feszültséget és a haladási sebességet. Az áramerősség közvetlenül is megadható. Ebben az esetben a kalkulátor visszafelé számolva megbecsüli, milyen vastagsághoz megfelelő az eljárás, majd meghatározza a többi értéket.

A hegesztési áramerősség képlete

Az áramerősség a vastagsággal egyenes arányban nő. Az arány eljárásonként eltér:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Bevont elektródás: $I = 35t$
• Porbeles: $I = 38t$

Az I az áramerősség amperben. A t a vastagság milliméterben.

A hegesztési feszültség képlete

A feszültség az áramerősséggel együtt nő:

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

A V a feszültség voltban.

A haladási sebesség képlete

A haladási sebesség azt mutatja, milyen gyorsan mozog a hegesztőpisztoly vagy az elektróda a varrat mentén; mértékegysége milliméter/perc. Az anyag vastagságának növekedésével csökken:

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• Bevont elektródás: $S = 200 - 15t$
• Porbeles: $S = 250 - 18t$

Az S a haladási sebesség milliméter per percben.

A hőbevitel képlete

A hőbevitel a hegesztési varrat milliméterenként átadott hőenergiáját méri, kilojoule per milliméterben (kJ/mm). Az AWS D1.1 és az ASME IX ezt ívenergiaként határozza meg:

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

A V a feszültség, az I az áramerősség amperben, az S pedig a haladási sebesség mm/percben.

Egy második érték, az ISO szerinti hőbevitel, az EN ISO 1011-1 szabványból származik. Az ívenergiát a k termikus hatásfoktényezővel szorozza meg. Ez a tényező 1 alatti szám. Azt becsüli, hogy az ív energiájának mekkora része jut ténylegesen a fémbe, és mekkora része vész el sugárzás vagy fröcskölés miatt.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ az ISO szerinti hőbevitel, k pedig a hőhatásfok-tényező.

A k értéke 0,8 MIG-, bevont elektródás és porbeles hegesztésnél. TIG-hegesztésnél 0,6, mivel a TIG-ív energiájának kisebb része jut az alapfémbe, mint a másik három eljárásnál. A hegesztési szabványok eltérően nevezhetik meg, hogy melyik érték a „hőbevitel”. A vonatkozó szabvány által előírt értéket kell megadni.

Miért nem ad eredményt egyes bemeneteknél?

Az áramerősség, a feszültség és a haladási sebesség képletei egyenes arányosságon alapuló közelítések. Csak vékony, egy menetben hegesztett anyagra érvényesek. A tényleges ívhegesztés hőbevitele körülbelül 0,5–5 kJ/mm. E felső határ fölött nem létezik egy menetben végrehajtható eljárás. A varratot több menetben kell elkészíteni, és minden menetnek ezen a tartományon belül kell maradnia.

A kalkulátor ezt ellenőrzi. Ha egy vastagság és eljárás kombinációja 5 kJ/mm feletti ívenergiát igényelne, számérték helyett figyelmeztetést jelenít meg. Ugyanezt teszi akkor is, ha a képlet szerinti haladási sebesség nulla vagy annál kisebb. A kalkulátor által nem megadott értékkel végzett hegesztés átégést, túlzott alakváltozást vagy az ellenőrzésen megbukó varratot okozhat.

Megoldott példa

Egy hegesztő 5 mm vastag lágyacél lemezt hegeszt MIG-eljárással.

1. Áramerősség: 5 × 40 = 200 A
2. Feszültség: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. Haladási sebesség: 300 − 5 × 20 = 200 mm/perc
4. Ívenergia (AWS/ASME szerinti hőbevitel): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1,32 kJ/mm
5. ISO szerinti hőbevitel: 0,8 × 1,32 = 1,06 kJ/mm

Mindkét érték a 0,5–5 kJ/mm-es tartományon belül van, amelyet egyetlen MIG-menettel el lehet érni, ezért a kalkulátor eredményt ad.

Hasonlítsuk ezt össze az ugyanígy hegesztett, 10 mm vastag acéllal. A képletek szerint 400 A áramerősségre, 30 V feszültségre és 100 mm/perc haladási sebességre lenne szükség. Ez 7,2 kJ/mm ívenergiát ad, ami meghaladja a 5 kJ/mm-es felső határt. A kalkulátor e számok helyett figyelmeztetést jelenít meg. A 10 mm vastag acél valódi hegesztését minősített eljárással, több menetben kell elvégezni, nem egyetlen menetre vonatkozó becsléssel.

Jellemző áramerősség- és vastagságtartományok eljárásonként

Ezek a tartományok a műhelyekben szokásos gyakorlatot írják le. A kalkulátor képletei minden eljárásnál ugyanezt az egyenes arányosságot terjesztik ki, függetlenül az adott gép korlátaitól.

Gyakran ismételt kérdések

Mi a hőbevitel a hegesztésben? A hőbevitel a hegesztési varrat milliméterenként átadott hőenergiája, kJ/mm-ben. Befolyásolja a hegesztés behatolási mélységét, a lehűlés sebességét és a környező fém szerkezetének megváltozását.

Mi a különbség az AWS szerinti és az ISO szerinti hőbevitel között? Az AWS D1.1 és az ASME IX szerinti hőbevitel ívenergia: a feszültség és az áramerősség szorzata, megszorozva 60-nal, majd elosztva a 1000-zal és a haladási sebességgel alkotott szorzattal. Az ISO 1011-1 szerinti hőbevitel ezt az értéket a k termikus hatásfoktényezővel szorozza meg. A tényező TIG-hegesztésnél 0,6, a másik három eljárásnál pedig 0,8. Így kisebb értéket kapunk, amely jobban tükrözi a kötés által ténylegesen elnyelt energiát.

Miért jelenít meg a kalkulátor eredmény helyett figyelmeztetést? A képletek olyan egyenes arányosságon alapuló szabályok, amelyek csak vékony, egy menetben hegesztett anyagra érvényesek. Körülbelül 5 kJ/mm ívenergia fölött, illetve akkor, ha a képlet szerinti haladási sebesség nulla vagy annál kisebb, nem végezhető egy menetben olyan hegesztés, amely megfelel az értéknek. A kalkulátor nem jeleníti meg az eredményt, hogy ne adjon hamis értéket.

Megadhatom a vastagság helyett az áramerősséget? Igen. Az áramerősség megadásakor a kalkulátor megbecsüli az ahhoz megfelelő vastagságot, majd ebből kiszámítja a feszültséget, a haladási sebességet és a hőbevitelt.

Működnek ezek a képletek alumíniumra is? A képletek acélhegesztési gyakorlaton alapulnak. Az alumínium gyorsabban vezeti el a hőt, mint az acél, ezért azonos vastagság esetén általában körülbelül 30%-kal nagyobb áramerősségre van szükség, valamint tiszta argonból vagy argon-hélium keverékéből álló védőgázra.

Helyettesíti ez a hegesztési technológiai utasítást (WPS)? Nem. Szabvány által szabályozott munkánál az adott kötésre és anyagra minősített, vizsgált és dokumentált WPS az irányadó. A kalkulátor a kezdeti beállításhoz ad kiindulási értéket, nem minősített eljárást.

Hivatkozások

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