Suvirinimo Skaičiuoklė - Srovė, Įtampa ir Šilumos Įvestis

Suvirinimo skaičiuoklė

Suvirinimo skaičiuoklė apskaičiuoja lankiniam suvirinimui reikalingą srovę, įtampą, suvirinimo greitį ir šilumos įnašą. Ji remiasi medžiagos storiu ir naudojamu suvirinimo procesu. Įrankis apima keturis įprastus procesus: MIG (GMAW), TIG (GTAW), lankinį suvirinimą glaistytu elektrodu (SMAW) ir suvirinimą milteliais užpildyta viela (FCAW).

Rezultatai yra apytikslės praktinės taisyklės, o ne sertifikuota suvirinimo procedūra. Jie taikomi plonai medžiagai, suvirinamai vienu ėjimu. Suvirinant storesnę medžiagą, pagrindinės formulės išeina už galiojimo ribų. Tokiu atveju skaičiuoklė, užuot spėjusi, pateikia įspėjimą, o ne skaitinę reikšmę.

Kaip veikia skaičiuoklė

Įveskite medžiagos storį milimetrais ir pasirinkite suvirinimo procesą. Skaičiuoklė apskaičiuoja rekomenduojamą srovę, tada pagal ją ir storį nustato įtampą bei suvirinimo greitį. Srovę taip pat galima įvesti tiesiogiai. Tokiu atveju skaičiuoklė apskaičiuoja, kokiam storiui šis procesas tinka, o tada nustato likusius dydžius.

Suvirinimo srovės formulė

Srovė didėja tiesiškai didėjant storiui. Kitimo greitis priklauso nuo proceso:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Glaistytuoju elektrodu: $I = 35t$
• Milteliais užpildyta viela: $I = 38t$

I – srovė amperais. t – storis milimetrais.

Suvirinimo įtampos formulė

Įtampa didėja didėjant srovei:

• MIG: $V = 14 + \frac{I}{25}$
• TIG: $V = 10 + \frac{I}{40}$
• Glaistytuoju elektrodu: $V = 20 + \frac{I}{50}$
• Milteliais užpildyta viela: $V = 22 + \frac{I}{30}$

V – įtampa voltais.

Suvirinimo greičio formulė

Suvirinimo greitis – tai degiklio arba elektrodo judėjimo išilgai siūlės greitis, matuojamas milimetrais per minutę. Didėjant medžiagos storiui, jis mažėja:

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• Glaistytuoju elektrodu: $S = 200 - 15t$
• Milteliais užpildyta viela: $S = 250 - 18t$

S – suvirinimo greitis milimetrais per minutę.

Šilumos įnešo formulė

Šilumos įnešas – tai vienam suvirinimo siūlės milimetrui perduota šiluminė energija, matuojama kilodžauliais milimetrui (kJ/mm). AWS D1.1 ir ASME IX jį apibrėžia kaip lanko energiją:

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

V – įtampa, I – srovė amperais, S – suvirinimo greitis mm/min.

Antrasis dydis, ISO šilumos įnešas, nustatomas pagal EN ISO 1011-1. Jis padaugina lanko energiją iš šiluminio naudingumo koeficiento k. Šis koeficientas yra mažesnis už 1. Jis įvertina, kokia lanko energijos dalis iš tikrųjų patenka į metalą, o ne prarandama dėl spinduliuotės ar purslų.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ – ISO šilumos įnešas, o k – šiluminio naudingumo koeficientas.

MIG, glaistytuoju elektrodu ir milteliais užpildyta viela suvirinant k yra 0,8. TIG suvirinant jis yra 0,6, nes TIG lankas į pagrindinį metalą perduoda mažesnę energijos dalį nei kiti trys procesai. Suvirinimo standartuose skiriasi tai, kuris dydis vadinamas „šilumos įnešu“. Nurodykite tą, kurio reikalauja taikomas standartas.

Kodėl kai kurios įvestys neduoda rezultato

Srovės, įtampos ir suvirinimo greičio formulės yra tiesinės aproksimacijos. Jos taikomos tik plonai medžiagai, suvirinamai vienu ėjimu. Tikrasis lankinis suvirinimas atliekamas esant maždaug 0,5–5 kJ/mm šilumos įnešui. Viršijus šią ribą, vieno ėjimo procedūra neįmanoma. Siūlę reikia suvirinti keliais ėjimais, kiekvieną išlaikant šiame intervale.

Skaičiuoklė tai patikrina. Jei dėl storio ir proceso derinio lanko energija viršytų 5 kJ/mm, ji pateikia įspėjimą, o ne skaitinę reikšmę. Tas pats taikoma, jei pagal formulę suvirinimo greitis būtų lygus nuliui arba mažesnis už nulį. Suvirinant pagal skaičiuoklės nerodomą reikšmę kyla pradegimo, per didelės deformacijos arba patikros neatitinkančios siūlės rizika.

Išspręstas pavyzdys

Suvirintojas MIG būdu jungia 5 mm mažo anglingumo plieno lakštą.

1. Srovė: 5 × 40 = 200 A
2. Įtampa: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. Suvirinimo greitis: 300 − 5 × 20 = 200 mm/min
4. Lanko energija (AWS/ASME šilumos įnešas): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1,32 kJ/mm
5. ISO šilumos įnešas: 0,8 × 1,32 = 1,06 kJ/mm

Abu dydžiai patenka į 0,5–5 kJ/mm intervalą, kurį galima pasiekti vienu MIG ėjimu, todėl skaičiuoklė pateikia rezultatą.

Palyginkite tai su 10 mm plienu, suvirinamu tokiu pačiu būdu. Pagal formules reikėtų 400 A, 30 V ir 100 mm/min suvirinimo greičio. Taip gaunama 7,2 kJ/mm lanko energija, viršijanti 5 kJ/mm ribą. Skaičiuoklė vietoj šių skaičių pateikia įspėjimą. Tikram 10 mm plieno suvirinimui reikia kelių ėjimų pagal kvalifikuotą procedūrą, o ne vieno ėjimo įverčio.

Įprasti srovės ir storio intervalai pagal procesą

Šie intervalai apibūdina įprastą dirbtuvių praktiką. Skaičiuoklės formulės taiko tą pačią tiesinę taisyklę kiekvienam procesui, neatsižvelgdamos į konkretaus aparato ribas.

Dažnai užduodami klausimai

Kas yra šilumos įnešas suvirinant? Šilumos įnešas – vienam suvirinimo siūlės milimetrui perduota šiluminė energija, matuojama kJ/mm. Jis turi įtakos suvirinimo įsiskverbimo gyliui, aušimo greičiui ir aplinkinio metalo struktūros pokyčiams.

Kuo skiriasi AWS ir ISO šilumos įnešas? AWS D1.1 ir ASME IX šilumos įnešas yra lanko energija: įtampa, padauginta iš srovės ir 60, o gauta sandauga padalyta iš sandaugos, kurią sudaro 1000 ir suvirinimo greitis. ISO 1011-1 šilumos įnešas šį dydį padaugina iš šiluminio naudingumo koeficiento k. TIG suvirinant koeficientas yra 0,6, o kitiems trims procesams – 0,8. Gaunamas mažesnis skaičius, geriau atspindintis siūlės faktiškai absorbuojamą energiją.

Kodėl skaičiuoklė vietoj rezultato rodo įspėjimą? Formulės yra tiesinės taisyklės, taikomos tik plonai medžiagai, suvirinamai vienu ėjimu. Kai lanko energija viršija maždaug 5 kJ/mm arba pagal formulę suvirinimo greitis tampa lygus nuliui ar mažesnis, jokio vieno ėjimo suvirinimo rezultatas neatitinka šios reikšmės. Skaičiuoklė rezultato nepateikia, užuot rodžiusi klaidingą reikšmę.

Ar galiu įvesti srovę vietoj storio? Taip. Įvedus srovę, skaičiuoklė įvertina, kokiam storiui ji tinka, ir pagal tai apskaičiuoja įtampą, suvirinimo greitį bei šilumos įnešą.

Ar šios formulės tinka aliuminiui? Formulės pagrįstos plieno suvirinimo praktika. Aliuminis šilumą nuveda greičiau nei plienas, todėl tokio paties storio aliuminiui paprastai reikia maždaug 30 % didesnės srovės nei plienui, taip pat gryno argono arba argono ir helio apsauginių dujų mišinio.

Ar tai gali pakeisti suvirinimo procedūros aprašą (WPS)? Ne. Pagal suvirinimo standartus atliekamiems darbams pirmenybė teikiama kvalifikuotam WPS, išbandytam ir dokumentuotam konkrečiai siūlei bei medžiagai. Skaičiuoklė pateikia pradinį nustatymo tašką, o ne sertifikuotą procedūrą.

Šaltiniai

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-asis leidimas. Cengage Learning, 2021.
4. TWI Ltd. „Calculating Heat Input.“ twi-global.com.