Kaynak Hesaplayıcı - Akım, Gerilim ve Isı Girdisi

Kaynak hesaplayıcı

Kaynak hesaplayıcı, bir ark kaynağı için gereken akımı, gerilimi, ilerleme hızını ve ısı girdisini tahmin eder. Hesaplama, malzeme kalınlığına ve kullanılan kaynak işlemine dayanır. Bu araç dört yaygın işlemi kapsar: MIG (GMAW), TIG (GTAW), örtülü elektrot (SMAW) ve özlü tel (FCAW).

Sonuçlar, sertifikalı bir kaynak prosedürü değil, yaklaşık kılavuz değerlerdir. Tek paso ile kaynaklanan ince malzemeler için geçerlidir. Daha kalın malzemelerde temel formüller geçerli aralığın dışına çıkar. Bu durumda hesaplayıcı tahminde bulunmak yerine sayı göstermeyip uyarı verir.

Hesaplayıcı nasıl çalışır?

Malzeme kalınlığını milimetre cinsinden girin ve bir kaynak işlemi seçin. Hesaplayıcı önerilen akımı hesaplar, ardından bu akım ve kalınlıktan gerilimi ve ilerleme hızını bulur. Akım doğrudan da girilebilir. Bu durumda hesaplayıcı, işlemin uygun olduğu kalınlığı geriye doğru tahmin eder ve diğer değerleri hesaplar.

Kaynak akımı formülü

Akım, kalınlıkla birlikte doğrusal olarak artar. Oran, işleme göre değişir:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Örtülü elektrot: $I = 35t$
• Özlü tel: $I = 38t$

I amper cinsinden akımdır. t milimetre cinsinden kalınlıktır.

Kaynak gerilimi formülü

Gerilim, akımla birlikte artar:

• MIG: $V = 14 + \frac{I}{25}$
• TIG: $V = 10 + \frac{I}{40}$
• Örtülü elektrot: $V = 20 + \frac{I}{50}$
• Özlü tel: $V = 22 + \frac{I}{30}$

V volt cinsinden gerilimdir.

İlerleme hızı formülü

İlerleme hızı, torcun veya elektrodun birleşim yeri boyunca ne kadar hızlı hareket ettiğidir ve dakikadaki milimetre cinsinden ölçülür. Malzeme kalınlaştıkça azalır:

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• Örtülü elektrot: $S = 200 - 15t$
• Özlü tel: $S = 250 - 18t$

S dakika başına milimetre cinsinden ilerleme hızıdır.

Isı girdisi formülü

Isı girdisi, kaynak dikişinin her milimetresi başına aktarılan termal enerjiyi ölçer ve kilojul/milimetre (kJ/mm) cinsinden ifade edilir. AWS D1.1 ve ASME IX bunu ark enerjisi olarak tanımlar:

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

V gerilim, I amper cinsinden akım, S ise mm/dakika cinsinden ilerleme hızıdır.

ISO ısı girdisi adı verilen ikinci değer, EN ISO 1011-1 standardından gelir. Ark enerjisini bir termal verimlilik katsayısı olan k ile çarpar. Bu katsayı 1 değerinden küçüktür. Ark enerjisinin radyasyon veya sıçrantı olarak kaybolmak yerine ne kadarının gerçekten metale girdiğini tahmin eder.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ ISO ısı girdisidir; k ise termal verimlilik faktörüdür.

k, MIG, örtülü elektrot ve özlü tel kaynağı için 0,8 değerindedir. TIG için ise 0,6 değerindedir; çünkü TIG arkı, diğer üç işleme göre enerjisinin daha azını ana metale aktarır. Kaynak yönetmelikleri hangi değeri “ısı girdisi” olarak adlandırdıkları konusunda farklılık gösterir. Uygulanabilir yönetmeliğin istediği değeri bildirin.

Bazı girdiler neden sonuç vermez?

Akım, gerilim ve ilerleme hızı formülleri doğrusal yaklaşımlardır. Yalnızca tek paso ile kaynaklanan ince malzemeler için geçerlidir. Gerçek ark kaynağında ısı girdisi yaklaşık 0,5 ile 5 kJ/mm arasındadır. Bu üst sınırın üzerinde tek pasolu bir prosedür yoktur. Birleşim yerinde birden çok paso gerekir ve her paso bu aralık içinde tutulmalıdır.

Hesaplayıcı bunu denetler. Bir kalınlık ve işlem kombinasyonu 5 kJ/mm değerinin üzerinde ark enerjisi gerektiriyorsa sayı yerine uyarı gösterir. Formül sıfır veya daha düşük bir ilerleme hızı verirse de aynı işlemi yapar. Hesaplayıcının göstermediği bir değerde kaynak yapmak, yanma, aşırı deformasyon veya muayeneden geçemeyen bir bağlantı oluşması riskini taşır.

Çözümlü örnek

Bir kaynakçı, MIG ile 5 mm düşük karbonlu çelik levhayı birleştiriyor.

1. Akım: 5 × 40 = 200 A
2. Gerilim: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. İlerleme hızı: 300 − 5 × 20 = 200 mm/dakika
4. Ark enerjisi (AWS/ASME ısı girdisi): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1,32 kJ/mm
5. ISO ısı girdisi: 0,8 × 1,32 = 1,06 kJ/mm

Her iki değer de tek bir MIG pasosunun üretebileceği 0,5–5 kJ/mm aralığındadır; bu nedenle hesaplayıcı sonuç verir.

Bunu aynı şekilde kaynaklanmış 10 mm çelikle karşılaştırın. Formüller 400 A, 30 V ve 100 mm/dakika ilerleme hızı gerektirir. Bu, 7,2 kJ/mm ark enerjisine karşılık gelir ve 5 kJ/mm üst sınırını aşar. Hesaplayıcı bu sayılar yerine uyarı gösterir. 10 mm çelikte gerçek bir kaynak, tek pasolu tahmin yerine nitelikli bir prosedür altında birden çok paso gerektirir.

İşleme göre tipik akım ve kalınlık aralıkları

Bu aralıklar yaygın atölye uygulamalarını tanımlar. Hesaplayıcının formülleri, belirli bir makinenin sınırlarından bağımsız olarak her işlem için aynı doğrusal kuralı kullanır.

Sık sorulan sorular

Kaynakta ısı girdisi nedir? Isı girdisi, kaynak dikişinin her milimetresi başına aktarılan termal enerjidir ve kJ/mm cinsinden ifade edilir. Kaynağın ne kadar derine nüfuz ettiğini, ne kadar hızlı soğuduğunu ve çevredeki metalin yapısının ne ölçüde değiştiğini etkiler.

AWS ısı girdisi ile ISO ısı girdisi arasındaki fark nedir? AWS D1.1 ve ASME IX ısı girdisini, gerilim ile akımın 60 ile çarpılıp 1000 ile ilerleme hızının çarpımına bölünmesiyle elde edilen ark enerjisi olarak tanımlar. ISO 1011-1 ısı girdisi, bu değeri bir termal verimlilik katsayısı olan k ile çarpar. Katsayı TIG için 0,6, diğer üç işlem için 0,8 değerindedir. Bu, birleşim yerinin gerçekten soğurduğu enerjiyi daha iyi yansıtan daha düşük bir değer verir.

Hesaplayıcı neden sonuç yerine uyarı gösteriyor? Formüller, yalnızca tek paso ile kaynaklanan ince malzemelerde geçerli olan doğrusal kurallardır. Yaklaşık 5 kJ/mm ark enerjisinin üzerinde veya formül sıfır ya da daha düşük bir ilerleme hızı verdiğinde, bu sayıya uyan tek pasolu bir kaynak yoktur. Hesaplayıcı yanlış bir sonuç göstermek yerine sonucu vermez.

Kalınlık yerine akım girebilir miyim? Evet. Akım girildiğinde hesaplayıcı, bu akımın uygun olduğu kalınlığı tahmin eder ve ardından gerilimi, ilerleme hızını ve ısı girdisini hesaplar.

Bu formüller alüminyum için geçerli midir? Formüller çelik kaynak uygulamalarına dayanır. Alüminyum ısıyı çelikten daha hızlı ilettiği için genellikle aynı kalınlıktaki çeliğe göre yaklaşık %30 daha fazla akımın yanı sıra saf argon veya argon-helyum koruyucu gazı gerektirir.

Bu araç bir kaynak prosedürü şartnamesinin (WPS) yerine geçer mi? Hayır. Yönetmelik kapsamındaki işlerde, belirli birleşim yeri ve malzeme için test edilip belgelenmiş nitelikli bir WPS önceliklidir. Hesaplayıcı, ilk ayar için bir başlangıç noktası sağlar; sertifikalı bir prosedür sunmaz.

Kaynaklar

1. American Welding Society. AWS D1.1/D1.1M Yapısal Kaynak Yönetmeliği — Çelik.
2. International Organization for Standardization. EN ISO 1011-1, Metalik malzemelerin kaynağı için öneriler.
3. Jeffus, L. Kaynak: İlkeler ve Uygulamalar, 8. baskı. Cengage Learning, 2021.
4. TWI Ltd. “Isı Girdisinin Hesaplanması.” twi-global.com.