Калькулятор сварки - Ток, Напряжение и Тепловой Ввод

Калькулятор сварки

Калькулятор сварки оценивает необходимые для дуговой сварки ток, напряжение, скорость перемещения и погонную энергию. Он использует толщину материала и выбранный процесс сварки. Этот инструмент охватывает четыре распространённых процесса: MIG (GMAW), TIG (GTAW), ручную дуговую сварку покрытым электродом (SMAW) и сварку порошковой проволокой (FCAW).

Результаты являются ориентировочными, а не аттестованной технологией сварки. Они применимы к тонкому материалу, свариваемому за один проход. Для более толстого материала исходные формулы выходят за пределы применимости. В таком случае калькулятор выводит предупреждение вместо числа, не пытаясь угадать результат.

Как работает калькулятор

Введите толщину материала в миллиметрах и выберите процесс сварки. Калькулятор вычисляет рекомендуемый ток, а затем определяет напряжение и скорость перемещения по этому току и толщине. Ток также можно ввести напрямую. В этом случае калькулятор обратным расчётом оценивает толщину, для которой подходит данный процесс, а затем вычисляет остальные параметры.

Формула сварочного тока

Ток линейно возрастает с увеличением толщины. Коэффициент зависит от процесса:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Сварка покрытым электродом: $I = 35t$
• Сварка порошковой проволокой: $I = 38t$

I — ток в амперах. t — толщина в миллиметрах.

Формула сварочного напряжения

Напряжение возрастает с увеличением тока:

• MIG: $V = 14 + \frac{I}{25}$
• TIG: $V = 10 + \frac{I}{40}$
• Ручная дуговая сварка покрытым электродом: $V = 20 + \frac{I}{50}$
• Сварка порошковой проволокой: $V = 22 + \frac{I}{30}$

V — напряжение в вольтах.

Формула скорости перемещения

Скорость перемещения — это скорость движения горелки или электрода вдоль соединения, измеряемая в миллиметрах в минуту. Она уменьшается по мере увеличения толщины материала:

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• Ручная дуговая сварка покрытым электродом: $S = 200 - 15t$
• Сварка порошковой проволокой: $S = 250 - 18t$

S — скорость перемещения в миллиметрах в минуту.

Формула погонной энергии

Погонная энергия характеризует тепловую энергию, переданную на миллиметр сварного шва, в килоджоулях на миллиметр (кДж/мм). Стандарты AWS D1.1 и ASME IX определяют её как энергию дуги:

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

V — напряжение, I — ток в амперах, S — скорость перемещения в мм/мин.

Второй показатель, погонная энергия по ISO, рассчитывается согласно EN ISO 1011-1. Он умножает энергию дуги на коэффициент термического КПД k. Этот коэффициент меньше 1. Он оценивает, какая доля энергии дуги действительно поступает в металл, а не теряется в виде излучения или брызг.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ — погонная энергия по ISO, а k — коэффициент термического КПД.

Для сварки MIG, покрытым электродом и порошковой проволокой k равен 0,8. Для TIG он равен 0,6, поскольку дуга TIG передаёт в основной металл меньшую долю своей энергии, чем три других процесса. В стандартах сварки используются разные определения показателя «погонная энергия». Следует указывать тот показатель, который требует применимый стандарт.

Почему для некоторых входных данных нет результата

Формулы тока, напряжения и скорости перемещения являются линейными приближениями. Они применимы только к тонкому материалу, свариваемому за один проход. При реальной дуговой сварке погонная энергия обычно составляет от 0,5 до 5 кДж/мм. Выше этого предела однопроходная технология не применяется. Соединение требует нескольких проходов, каждый из которых должен оставаться в этом диапазоне.

Калькулятор проверяет это условие. Если для сочетания толщины и процесса требуется энергия дуги выше 5 кДж/мм, он выводит предупреждение вместо числа. То же происходит, если по формуле скорость перемещения равна нулю или меньше него. Сварка с параметрами, которые калькулятор не показал, может привести к прожогу, чрезмерной деформации или соединению, не проходящему контроль.

Пример расчёта

Сварщик соединяет лист из низкоуглеродистой стали толщиной 5 мм методом MIG.

1. Ток: 5 × 40 = 200 А
2. Напряжение: 14 + 200 / 25 = 22 В
3. Скорость перемещения: 300 − 5 × 20 = 200 мм/мин
4. Энергия дуги (погонная энергия по AWS/ASME): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1,32 кДж/мм
5. Погонная энергия по ISO: 0,8 × 1,32 = 1,06 кДж/мм

Оба показателя находятся в диапазоне 0,5–5 кДж/мм, который может обеспечить один проход MIG, поэтому калькулятор выдаёт результат.

Сравним это со сталью толщиной 10 мм, сваренной тем же способом. Формулы требуют 400 А, 30 В и скорости перемещения 100 мм/мин. В результате энергия дуги составляет 7,2 кДж/мм, что выше предела 5 кДж/мм. Калькулятор выводит предупреждение вместо этих чисел. Для реальной сварки стали толщиной 10 мм требуется несколько проходов по аттестованной технологии, а не оценка для одного прохода.

Типичные диапазоны тока и толщины для разных процессов

Эти диапазоны описывают распространённую практику в сварочных мастерских. Формулы калькулятора распространяют одно и то же линейное правило на каждый процесс независимо от ограничений конкретного аппарата.

Часто задаваемые вопросы

Что такое погонная энергия при сварке? Погонная энергия — это тепловая энергия, переданная на миллиметр сварного шва, в кДж/мм. Она влияет на глубину проплавления, скорость охлаждения и степень изменения структуры окружающего металла.

В чём разница между погонной энергией по AWS и по ISO? В стандартах AWS D1.1 и ASME IX погонная энергия — это энергия дуги: произведение напряжения, тока и 60, делённое на произведение 1000 и скорости перемещения. Погонная энергия по ISO 1011-1 умножает этот показатель на коэффициент термического КПД k. Коэффициент равен 0,6 для TIG и 0,8 для остальных трёх процессов. В результате получается меньшее число, которое точнее отражает энергию, фактически поглощаемую соединением.

Почему калькулятор выводит предупреждение вместо результата? Формулы являются линейными правилами, применимыми только к тонкому материалу, свариваемому за один проход. При энергии дуги выше примерно 5 кДж/мм или если по формуле скорость перемещения равна нулю либо меньше него однопроходный шов с такими параметрами невозможен. Калькулятор скрывает результат, чтобы не показывать ложное значение.

Можно ли ввести ток вместо толщины? Да. При вводе тока калькулятор оценивает подходящую для него толщину, а затем вычисляет напряжение, скорость перемещения и погонную энергию.

Работают ли эти формулы для алюминия? Формулы основаны на практике сварки стали. Алюминий отводит тепло быстрее стали, поэтому для него обычно требуется примерно на 30 % больший ток, чем для стали той же толщины, а также чистый аргон или защитный газ на основе смеси аргона и гелия.

Заменяет ли это технические условия на сварку (WPS)? Нет. Для работ, регулируемых стандартами, приоритет имеют аттестованные технические условия на сварку (WPS), проверенные и документально оформленные для конкретного соединения и материала. Калькулятор даёт исходную точку для первоначальной настройки, а не аттестованную технологию.

Источники

1. Американское общество сварки. AWS D1.1/D1.1M Structural Welding Code — Steel.
2. Международная организация по стандартизации. EN ISO 1011-1, Recommendations for welding of metallic materials.
3. Jeffus, L. Welding: Principles and Applications, 8-е изд. Cengage Learning, 2021.
4. TWI Ltd. «Calculating Heat Input». twi-global.com.