Sveisekalkulator - Strøm, Spenning & Varmetilførsel

Sveiseberegner

En sveiseberegner anslår strømstyrken, spenningen, sveisehastigheten og varmetilførselen som trengs for en lysbuesveis. Den bruker materialtykkelsen og sveiseprosessen som grunnlag. Verktøyet dekker fire vanlige prosesser: MIG (GMAW), TIG (GTAW), pinnesveising (SMAW) og rørtrådsveising (FCAW).

Resultatene er tommelfingerregler, ikke en godkjent sveiseprosedyre. De gjelder for tynt materiale som sveises i én omgang. For tykkere materiale ligger de underliggende formlene utenfor gyldighetsområdet. Når det skjer, viser beregneren en advarsel i stedet for et tall, fremfor å gjette.

Slik fungerer kalkulatoren

Angi materialtykkelsen i millimeter og velg en sveiseprosess. Beregneren finner en anbefalt strømstyrke og beregner deretter spenning og sveisehastighet ut fra denne strømstyrken og tykkelsen. En strømstyrke kan også skrives inn direkte. I så fall regner beregneren baklengs for å anslå hvilken tykkelse prosessen passer til, og beregner deretter resten.

Formel for sveisestrøm

Strømstyrken øker lineært med tykkelsen. Stigningstallet varierer mellom prosessene:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Pinnesveising: $I = 35t$
• Rørtrådsveising: $I = 38t$

I er strømstyrken i ampere. t er tykkelsen i millimeter.

Formel for sveisespenning

Spenningen øker med strømstyrken:

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

V er spenningen i volt.

Formel for sveisehastighet

Sveisehastighet er hvor raskt brenneren eller elektroden beveger seg langs skjøten, målt i millimeter per minutt. Den synker når materialet blir tykkere:

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• Pinnesveising: $S = 200 - 15t$
• Rørtrådsveising: $S = 250 - 18t$

S er sveisehastigheten i millimeter per minutt.

Formel for varmetilførsel

Varmetilførsel måler den termiske energien som tilføres per millimeter sveis, i kilojoule per millimeter (kJ/mm). AWS D1.1 og ASME IX definerer den som lysbueenergi:

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

V er spenning, I er strømstyrke i ampere, og S er sveisehastighet i mm/min.

Et annet tall, ISO-varmetilførsel, kommer fra EN ISO 1011-1. Den multipliserer lysbueenergien med en termisk virkningsfaktor, k. Denne faktoren er et tall under 1. Den anslår hvor mye av lysbuens energi som faktisk går inn i metallet, i stedet for å gå tapt som stråling eller sprut.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ er ISO-varmetilførselen, og k er den termiske virkningsfaktoren.

k er 0,8 for MIG-, pinne- og rørtrådsveising. Den er 0,6 for TIG, fordi en TIG-lysbue overfører mindre av energien sin til grunnmaterialet enn de tre andre prosessene. Sveisenormer varierer med hensyn til hvilket tall de kaller «varmetilførsel». Rapporter det tallet den gjeldende normen krever.

Hvorfor enkelte inndata ikke gir noe resultat

Formlene for strømstyrke, spenning og sveisehastighet er lineære tilnærminger. De gjelder bare for tynt materiale som sveises i én omgang. Vanlig lysbuesveising utføres med omtrent 0,5 til 5 kJ/mm varmetilførsel. Over denne grensen finnes det ingen prosedyre for én omgang. Skjøten trenger flere omganger, der hver omgang holdes innenfor dette området.

Beregneren kontrollerer dette. Hvis en kombinasjon av tykkelse og prosess krever en lysbueenergi over 5 kJ/mm, viser den en advarsel i stedet for et tall. Det samme skjer hvis formelen gir en sveisehastighet på null eller mindre. Sveising ved en verdi beregneren ikke har vist, innebærer risiko for gjennomsmelting, for stor deformasjon eller en skjøt som ikke består inspeksjonen.

Regneeksempel

En sveiser skjøter en plate av 5 mm bløtt stål med MIG.

1. Strømstyrke: 5 × 40 = 200 A
2. Spenning: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. Sveisehastighet: 300 − 5 × 20 = 200 mm/min
4. Lysbueenergi (AWS/ASME-varmetilførsel): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1,32 kJ/mm
5. ISO-varmetilførsel: 0,8 × 1,32 = 1,06 kJ/mm

Begge tallene ligger innenfor området på 0,5–5 kJ/mm som én MIG-omgang kan gi, så beregneren returnerer et resultat.

Sammenlign dette med 10 mm stål som sveises på samme måte. Formlene krever 400 A, 30 V og en sveisehastighet på 100 mm/min. Det gir en lysbueenergi på 7,2 kJ/mm, over grensen på 5 kJ/mm. Beregneren viser en advarsel i stedet for disse tallene. En faktisk sveis i 10 mm stål krever flere omganger etter en kvalifisert prosedyre, ikke et anslag for én omgang.

Typiske strømstyrke- og tykkelsesområder for hver prosess

Disse områdene beskriver vanlig verkstedpraksis. Beregnerens formler utvider den samme lineære regelen til hele området for hver prosess, uavhengig av grensene for en bestemt maskin.

Ofte stilte spørsmål

Hva er varmetilførsel ved sveising? Varmetilførsel er den termiske energien som tilføres per millimeter sveis, i kJ/mm. Den påvirker hvor dypt sveisen trenger inn, hvor raskt den avkjøles, og hvor mye strukturen i det omkringliggende metallet endres.

Hva er forskjellen mellom AWS-varmetilførsel og ISO-varmetilførsel? Varmetilførsel etter AWS D1.1 og ASME IX er lysbueenergi: spenning ganger strømstyrke ganger 60, dividert med 1000 ganger sveisehastigheten. ISO 1011-1-varmetilførsel multipliserer dette tallet med en termisk virkningsfaktor, k. Faktoren er 0,6 for TIG og 0,8 for de tre andre prosessene. Den gir et lavere tall som bedre gjenspeiler energien skjøten faktisk absorberer.

Hvorfor viser beregneren en advarsel i stedet for et resultat? Formlene er lineære regler som bare fungerer for tynt materiale som sveises i én omgang. Over en lysbueenergi på omtrent 5 kJ/mm, eller når formelen gir en sveisehastighet på null eller mindre, finnes det ingen en-omgangs-sveis som svarer til tallet. Beregneren holder tilbake resultatet i stedet for å vise et uriktig resultat.

Kan jeg angi strømstyrke i stedet for tykkelse? Ja. Når en strømstyrke angis, anslår beregneren hvilken tykkelse strømstyrken passer til, og beregner deretter spenning, sveisehastighet og varmetilførsel.

Fungerer disse formlene for aluminium? Formlene er basert på praksis for stålsveising. Aluminium leder varme bort raskere enn stål, så det trenger vanligvis rundt 30 % høyere strømstyrke enn stål med samme tykkelse, i tillegg til ren argon eller en argon-helium-dekkgass.

Er dette en erstatning for en sveiseprosedyrespesifikasjon (WPS)? Nei. For arbeid som er underlagt en norm, har en kvalifisert WPS som er testet og dokumentert for den aktuelle skjøten og materialet, forrang. Beregneren gir et utgangspunkt for innledende innstilling, ikke en godkjent prosedyre.

Referanser

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