Kalkulator Pengelasan - Arus, Voltan & Input Haba

Kalkulator kimpalan

Kalkulator kimpalan menganggarkan arus, voltan, kelajuan gerakan dan input haba yang diperlukan untuk menghasilkan kimpalan arka. Kalkulator ini menggunakan ketebalan bahan dan proses kimpalan yang digunakan. Alat ini meliputi empat proses lazim: MIG (GMAW), TIG (GTAW), elektrod bersalut (SMAW) dan teras fluks (FCAW).

Hasilnya ialah anggaran umum, bukan prosedur kimpalan yang diperakui. Hasil ini terpakai untuk bahan nipis yang dikimpal dalam satu laluan. Bagi bahan yang lebih tebal, formula asas berada di luar julat sahnya. Apabila itu berlaku, kalkulator memaparkan amaran dan bukannya nombor, bukannya membuat tekaan.

Cara kalkulator berfungsi

Masukkan ketebalan bahan dalam milimeter dan pilih proses kimpalan. Kalkulator mengira arus yang disyorkan, kemudian menentukan voltan dan kelajuan pergerakan berdasarkan arus dan ketebalan itu. Arus juga boleh ditaip secara langsung. Dalam hal ini, kalkulator mengundur pengiraan untuk menganggarkan ketebalan yang sesuai dengan proses tersebut, kemudian mengira nilai selebihnya.

Formula arus kimpalan

Arus meningkat secara linear mengikut ketebalan. Kadarnya berbeza mengikut proses:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Elektrod bersalut: $I = 35t$
• Teras fluks: $I = 38t$

I ialah arus dalam ampere. t ialah ketebalan dalam milimeter.

Formula voltan kimpalan

Voltan meningkat mengikut arus:

• MIG: $V = 14 + \frac{I}{25}$
• TIG: $V = 10 + \frac{I}{40}$
• Elektrod bersalut: $V = 20 + \frac{I}{50}$
• Teras fluks: $V = 22 + \frac{I}{30}$

V ialah voltan dalam volt.

Formula kelajuan pergerakan

Kelajuan pergerakan ialah kadar pergerakan obor atau elektrod sepanjang sambungan, diukur dalam milimeter seminit. Kelajuan ini menurun apabila bahan semakin tebal:

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• Elektrod bersalut: $S = 200 - 15t$
• Teras fluks: $S = 250 - 18t$

S ialah kelajuan pergerakan dalam milimeter seminit.

Formula input haba

Input haba mengukur tenaga terma yang dihantar bagi setiap milimeter kimpalan, dalam kilojoule per milimeter (kJ/mm). AWS D1.1 dan ASME IX mentakrifkannya sebagai tenaga arka:

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

V ialah voltan, I ialah arus dalam ampere, dan S ialah kelajuan pergerakan dalam mm/min.

Nilai kedua, iaitu input haba ISO, berasal daripada EN ISO 1011-1. Nilai ini mendarabkan tenaga arka dengan faktor kecekapan terma, k. Faktor ini ialah nombor yang kurang daripada 1. Faktor ini menganggarkan jumlah tenaga arka yang benar-benar memasuki logam, bukannya hilang sebagai sinaran atau percikan.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ ialah input haba ISO dan k ialah faktor kecekapan terma.

k ialah 0.8 untuk kimpalan MIG, elektrod bersalut dan teras fluks. Nilainya ialah 0.6 untuk TIG kerana arka TIG memindahkan kurang tenaga ke dalam logam asas berbanding tiga proses yang lain. Kod kimpalan berbeza dalam menentukan nilai yang dipanggil “input haba”. Laporkan nilai yang dikehendaki oleh kod yang berkenaan.

Mengapa sesetengah input tidak menghasilkan keputusan

Formula arus, voltan dan kelajuan pergerakan ialah anggaran linear. Formula ini hanya terpakai untuk bahan nipis yang dikimpal dalam satu laluan. Kimpalan arka sebenar biasanya berjalan pada input haba kira-kira 0.5 hingga 5 kJ/mm. Di atas had itu, tiada prosedur satu laluan yang wujud. Sambungan memerlukan beberapa laluan, dan setiap laluan perlu dikekalkan dalam julat tersebut.

Kalkulator menyemak perkara ini. Jika gabungan ketebalan dan proses memerlukan tenaga arka melebihi 5 kJ/mm, kalkulator memaparkan amaran dan bukannya nombor. Kalkulator melakukan perkara yang sama jika formula menghasilkan kelajuan pergerakan sifar atau kurang. Kimpalan pada nilai yang tidak dipaparkan oleh kalkulator berisiko menyebabkan terbakar tembus, herotan berlebihan atau sambungan yang gagal pemeriksaan.

Contoh pengiraan

Seorang pengimpal menyambungkan plat keluli lembut setebal 5 mm menggunakan MIG.

1. Arus: 5 × 40 = 200 A
2. Voltan: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. Kelajuan pergerakan: 300 − 5 × 20 = 200 mm/min
4. Tenaga arka (input haba AWS/ASME): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1.32 kJ/mm
5. Input haba ISO: 0.8 × 1.32 = 1.06 kJ/mm

Kedua-dua nilai berada dalam julat 0.5–5 kJ/mm yang boleh dihasilkan oleh satu laluan MIG, maka kalkulator memberikan keputusan.

Bandingkan dengan keluli setebal 10 mm yang dikimpal dengan cara yang sama. Formula memerlukan 400 A, 30 V dan kelajuan pergerakan 100 mm/min. Ini menghasilkan tenaga arka sebanyak 7.2 kJ/mm, melebihi had 5 kJ/mm. Kalkulator memaparkan amaran dan bukannya nombor tersebut. Kimpalan sebenar pada keluli setebal 10 mm memerlukan beberapa laluan di bawah prosedur yang diperakui, bukan anggaran satu laluan.

Julat arus dan ketebalan lazim mengikut proses

Julat ini menerangkan amalan bengkel yang lazim. Formula kalkulator memanjangkan peraturan linear yang sama merentasi setiap proses, tanpa mengira had mesin tertentu.

Soalan lazim

Apakah input haba dalam kimpalan? Input haba ialah tenaga terma yang dihantar bagi setiap milimeter kimpalan, dalam kJ/mm. Input haba mempengaruhi kedalaman penembusan kimpalan, kadar penyejukan dan sejauh mana struktur logam di sekeliling berubah.

Apakah perbezaan antara input haba AWS dengan input haba ISO? Input haba AWS D1.1 dan ASME IX ialah tenaga arka: voltan didarabkan dengan arus dan 60, kemudian dibahagikan dengan 1000 didarabkan dengan kelajuan pergerakan. Input haba ISO 1011-1 mendarabkan nilai itu dengan faktor kecekapan terma, k. Faktor itu ialah 0.6 untuk TIG dan 0.8 untuk tiga proses yang lain. Nilai ini lebih rendah dan lebih mencerminkan tenaga yang sebenarnya diserap oleh sambungan.

Mengapa kalkulator memaparkan amaran dan bukannya keputusan? Formula ini ialah peraturan linear yang hanya berfungsi untuk bahan nipis yang dikimpal dalam satu laluan. Melebihi tenaga arka kira-kira 5 kJ/mm, atau apabila formula menghasilkan kelajuan pergerakan sifar atau kurang, tiada kimpalan satu laluan yang sepadan dengan nilai tersebut. Kalkulator tidak memberikan keputusan itu supaya tidak memaparkan nilai yang mengelirukan.

Bolehkah saya memasukkan arus dan bukannya ketebalan? Ya. Apabila arus dimasukkan, kalkulator menganggarkan ketebalan yang sesuai dengan arus itu, kemudian mengira voltan, kelajuan pergerakan dan input haba berdasarkan anggaran tersebut.

Adakah formula ini berfungsi untuk aluminium? Formula ini berdasarkan amalan kimpalan keluli. Aluminium mengalirkan haba keluar dengan lebih cepat berbanding keluli, jadi biasanya memerlukan arus kira-kira 30% lebih tinggi daripada keluli yang sama ketebalannya, bersama gas pelindung argon tulen atau campuran argon-helium.

Adakah ini pengganti spesifikasi prosedur kimpalan (WPS)? Tidak. Bagi kerja yang dikawal oleh kod, WPS yang diperakui, diuji dan didokumenkan untuk sambungan serta bahan tertentu mempunyai keutamaan. Kalkulator ini memberikan titik permulaan untuk persediaan awal, bukan prosedur yang diperakui.

Rujukan

1. Persatuan Kimpalan Amerika. AWS D1.1/D1.1M, Kod Kimpalan Struktur — Keluli.
2. Pertubuhan Antarabangsa bagi Standardisasi. EN ISO 1011-1, Syor untuk mengimpal bahan logam.
3. Jeffus, L. Kimpalan: Prinsip dan Aplikasi, edisi ke-8. Cengage Learning, 2021.
4. TWI Ltd. “Mengira Input Haba.” twi-global.com.