Svetsningskalkylator - Ström, Spänning & Värmeinmatning

Svetsräknare

En svetsräknare uppskattar den ström, spänning, svetshastighet och värmetillförsel som behövs för en bågsvets. Den utgår från materialtjockleken och den svetsmetod som används. Verktyget omfattar fyra vanliga processer: MIG (GMAW), TIG (GTAW), manuell metallbågsvetsning (SMAW) och rörtrådssvetsning (FCAW).

Resultaten är tumregler, inte en kvalificerad svetsprocedur. De gäller för tunt material som svetsas i en enda svetssträng. För tjockare material hamnar de underliggande formlerna utanför sitt giltighetsområde. När det händer visar räknaren en varning i stället för ett tal, snarare än att gissa.

Så fungerar kalkylatorn

Ange en materialtjocklek i millimeter och välj en svetsprocess. Räknaren beräknar en rekommenderad ström och räknar sedan ut spänning och svetshastighet utifrån den strömmen och tjockleken. Det går också att ange strömmen direkt. I så fall räknar räknaren baklänges för att uppskatta vilken tjocklek processen passar för och beräknar sedan resten.

Formel för svetsström

Strömmen ökar linjärt med tjockleken. Ökningstakten varierar mellan processerna:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Pinnsvetsning: $I = 35t$
• Rörtrådssvetsning: $I = 38t$

I är strömstyrkan i ampere. t är tjockleken i millimeter.

Formel för svetsspänning

Spänningen ökar med strömmen:

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

V är spänningen i volt.

Formel för svetshastighet

Svetshastighet är hur snabbt svetspistolen eller elektroden rör sig längs fogen, mätt i millimeter per minut. Den minskar när materialet blir tjockare:

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

S är svetshastigheten i millimeter per minut.

Formel för värmetillförsel

Värmetillförsel anger den termiska energi som tillförs per millimeter svets, i kilojoule per millimeter (kJ/mm). AWS D1.1 och ASME IX definierar den som bågenergi:

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

V är spänningen, I är strömmen i ampere och S är svetshastigheten i mm/min.

Ett annat värde, ISO-värmetillförsel, kommer från EN ISO 1011-1. Det multiplicerar bågenergin med en termisk verkningsfaktor, k. Denna faktor är ett tal under 1. Den uppskattar hur mycket av bågens energi som faktiskt tränger in i metallen, i stället för att förloras som strålning eller svetsstänk.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ är den ISO-definierade värmetillförseln och k är den termiska verkningsgraden.

k är 0,8 för MIG-svetsning, pinnsvetsning och svetsning med pulverfylld tråd. För TIG är den 0,6, eftersom en TIG-båge överför mindre av sin energi till grundmaterialet än de tre andra processerna. Svetsstandarder skiljer sig åt i fråga om vilket värde de kallar ”värmetillförsel”. Rapportera det värde som den tillämpliga standarden kräver.

Varför vissa indata inte ger något resultat

Formlerna för ström, spänning och svetshastighet är linjära approximationer. De gäller bara för tunt material som svetsas i ett enda pass. Vid verklig bågsvetsning ligger värmetillförseln ungefär mellan 0,5 och 5 kJ/mm. Över denna gräns finns ingen procedur för svetsning i ett enda pass. Fogen behöver svetsas i flera pass, där varje pass hålls inom detta intervall.

Räknaren kontrollerar detta. Om en kombination av tjocklek och process skulle kräva en bågenergi över 5 kJ/mm visar den en varning i stället för ett tal. Den gör samma sak om formeln ger en svetshastighet på noll eller mindre. Svetsning till ett värde som räknaren inte har visat medför risk för genombränning, överdriven deformation eller en fog som inte klarar inspektion.

Räkneexempel

En svetsare sammanfogar en plåt av 5 mm mjukt stål med MIG.

1. Ström: 5 × 40 = 200 A
2. Spänning: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. Svetshastighet: 300 − 5 × 20 = 200 mm/min
4. Bågenergi (AWS/ASME-värmetillförsel): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1,32 kJ/mm
5. ISO-värmetillförsel: 0,8 × 1,32 = 1,06 kJ/mm

Båda värdena ligger inom intervallet 0,5–5 kJ/mm som en enda MIG-sträng kan ge, så räknaren returnerar ett resultat.

Jämför detta med 10 mm stål som svetsas på samma sätt. Formlerna kräver 400 A, 30 V och en svetshastighet på 100 mm/min. Det ger en bågenergi på 7,2 kJ/mm, över gränsen på 5 kJ/mm. Räknaren visar en varning i stället för dessa tal. En verklig svets på 10 mm stål kräver flera strängar enligt en kvalificerad procedur, inte en uppskattning för en enda sträng.

Typiska ström- och tjockleksintervall per process

Dessa intervall beskriver vanlig verkstadspraxis. Räknarens formler utvidgar samma linjära regel över varje process, oberoende av begränsningarna hos en viss maskin.

Vanliga frågor

Vad är värmetillförsel vid svetsning? Värmetillförsel är den termiska energi som tillförs per millimeter svets, i kJ/mm. Den påverkar hur djupt svetsen tränger in, hur snabbt den svalnar och hur mycket strukturen i den omgivande metallen förändras.

Vad är skillnaden mellan AWS-värmetillförsel och ISO-värmetillförsel? Värmetillförsel enligt AWS D1.1 och ASME IX är bågenergi: spänning gånger ström gånger 60, dividerat med 1000 gånger svetshastigheten. ISO 1011-1-värmetillförsel multiplicerar detta värde med en termisk verkningsfaktor, k. Faktorn är 0,6 för TIG och 0,8 för de tre andra processerna. Den ger ett lägre tal som bättre återspeglar den energi som fogen faktiskt absorberar.

Varför visar räknaren en varning i stället för ett resultat? Formlerna är linjära regler som bara fungerar för tunt material som svetsas i ett enda pass. Över en bågenergi på omkring 5 kJ/mm, eller när formeln ger en svetshastighet på noll eller mindre, finns ingen svetsning i ett enda pass som motsvarar värdet. Räknaren utelämnar resultatet i stället för att visa ett felaktigt sådant.

Kan jag ange ström i stället för tjocklek? Ja. När en ström anges uppskattar räknaren den tjocklek som strömmen passar för och beräknar sedan spänning, svetshastighet och värmetillförsel utifrån detta.

Fungerar dessa formler för aluminium? Formlerna bygger på svetsning av stål. Aluminium leder bort värme snabbare än stål och behöver därför vanligtvis omkring 30 % högre ström än stål med samma tjocklek, tillsammans med ren argon eller en argon-heliumblandning som skyddsgas.

Ersätter detta en svetsprocedurspecifikation (WPS)? Nej. För arbeten som omfattas av standardkrav har en kvalificerad svetsprocedurspecifikation, som har provats och dokumenterats för den specifika fogen och materialet, företräde framför allt annat. Räknaren ger en utgångspunkt för den inledande inställningen, inte en certifierad procedur.

Referenser

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:e uppl. Cengage Learning, 2021.
4. TWI Ltd. ”Calculating Heat Input.” twi-global.com.