Калькулятор зварювання - Струм, Напруга та Теплове Введення

Калькулятор зварювання

Калькулятор зварювання оцінює потрібні для дугового зварювання силу струму, напругу, швидкість переміщення та тепловкладення. Він використовує товщину матеріалу й застосовуваний процес зварювання. Інструмент охоплює чотири поширені процеси: MIG (GMAW), TIG (GTAW), ручне дугове зварювання покритим електродом (SMAW) і зварювання порошковим дротом (FCAW).

Результати є орієнтовними правилами, а не атестованою технологією зварювання. Вони справедливі для тонкого матеріалу, звареного за один прохід. Для товстішого матеріалу використані формули виходять за межі застосовності. У такому разі калькулятор показує попередження замість числа, а не вгадує результат.

Як працює калькулятор

Введіть товщину матеріалу в міліметрах і виберіть процес зварювання. Калькулятор обчислює рекомендовану силу струму, а потім визначає напругу та швидкість переміщення на основі цього струму й товщини. Силу струму також можна ввести безпосередньо. У такому разі калькулятор у зворотному порядку оцінює товщину, для якої підходить цей процес, а потім обчислює решту параметрів.

Формула сили струму під час зварювання

Сила струму зростає лінійно зі збільшенням товщини. Коефіцієнт залежить від процесу:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Електрод: $I = 35t$
• Зварювання порошковим дротом: $I = 38t$

I — сила струму в амперах. t — товщина в міліметрах.

Формула напруги під час зварювання

Напруга зростає зі збільшенням сили струму:

• MIG: $V = 14 + \frac{I}{25}$
• TIG: $V = 10 + \frac{I}{40}$
• Ручне дугове зварювання покритим електродом: $V = 20 + \frac{I}{50}$
• Зварювання порошковим дротом: $V = 22 + \frac{I}{30}$

V — напруга у вольтах.

Формула швидкості переміщення

Швидкість переміщення — це швидкість руху пальника або електрода вздовж з'єднання; її вимірюють у міліметрах за хвилину. Вона зменшується зі збільшенням товщини матеріалу:

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• Ручне дугове зварювання покритим електродом: $S = 200 - 15t$
• Зварювання порошковим дротом: $S = 250 - 18t$

S — швидкість переміщення в міліметрах за хвилину.

Формула тепловкладення

Тепловкладення — це теплова енергія, передана на один міліметр зварного шва; його вимірюють у кілоджоулях на міліметр (кДж/мм). AWS D1.1 і ASME IX визначають його як енергію дуги:

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

V — напруга, I — сила струму в амперах, S — швидкість переміщення в мм/хв.

Другий показник, тепловкладення за ISO, походить зі стандарту EN ISO 1011-1. Він множить енергію дуги на коефіцієнт термічного ККД k. Цей коефіцієнт менший за 1. Він оцінює, яка частина енергії дуги фактично надходить у метал, а не втрачається у вигляді випромінювання або бризок.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ — тепловкладення за ISO, а k — коефіцієнт термічного ККД.

Для зварювання MIG, ручного дугового зварювання покритим електродом і зварювання порошковим дротом k дорівнює 0,8. Для TIG він дорівнює 0,6, оскільки дуга TIG передає в основний метал менше своєї енергії, ніж три інші процеси. У зварювальних нормах відрізняється те, який із цих показників називають «тепловкладенням». Слід наводити той показник, якого вимагає відповідна норма.

Чому для деяких вхідних даних результат відсутній

Формули сили струму, напруги та швидкості переміщення є лінійними наближеннями. Вони справедливі лише для тонкого матеріалу, звареного за один прохід. Під час реального дугового зварювання тепловкладення становить приблизно від 0,5 до 5 кДж/мм. Вище цієї межі технологія зварювання за один прохід відсутня. З'єднання потребує кількох проходів, кожен із яких має залишатися в цьому діапазоні.

Калькулятор перевіряє це. Якщо для певного поєднання товщини та процесу потрібна енергія дуги понад 5 кДж/мм, він показує попередження замість числа. Так само він діє, якщо за формулою швидкість переміщення дорівнює нулю або є від'ємною. Зварювання за значенням, якого калькулятор не показав, може спричинити пропалювання, надмірну деформацію або з'єднання, що не пройде контроль.

Приклад обчислення

Зварювальник з'єднує сталеву пластину з маловуглецевої сталі завтовшки 5 мм за допомогою MIG.

1. Сила струму: 5 × 40 = 200 А
2. Напруга: 14 + 200 / 25 = 22 В
3. Швидкість переміщення: 300 − 5 × 20 = 200 мм/хв
4. Енергія дуги (тепловкладення за AWS/ASME): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1,32 кДж/мм
5. Тепловкладення за ISO: 0,8 × 1,32 = 1,06 кДж/мм

Обидва показники перебувають у діапазоні 0,5–5 кДж/мм, який може забезпечити один прохід MIG, тому калькулятор повертає результат.

Порівняймо це зі сталлю завтовшки 10 мм, звареною так само. Формули дають 400 А, 30 В і швидкість переміщення 100 мм/хв. У результаті енергія дуги становить 7,2 кДж/мм, що перевищує межу 5 кДж/мм. Калькулятор показує попередження замість цих чисел. Реальне зварювання сталі завтовшки 10 мм потребує кількох проходів за атестованою технологією, а не оцінки для одного проходу.

Типові діапазони сили струму й товщини за процесами

Ці діапазони описують поширену практику в майстернях. Формули калькулятора поширюють те саме лінійне правило на кожен процес, незалежно від обмежень конкретного апарата.

Поширені запитання

Що таке тепловкладення під час зварювання? Тепловкладення — це теплова енергія, передана на один міліметр зварного шва; її вимірюють у кДж/мм. Воно впливає на глибину проплавлення шва, швидкість його охолодження та ступінь зміни структури навколишнього металу.

У чому різниця між тепловкладенням за стандартами AWS та ISO? Тепловкладення за AWS D1.1 і ASME IX — це енергія дуги: добуток напруги, сили струму та 60, поділений на 1000, помножений на швидкість переміщення. Тепловкладення за ISO 1011-1 множить цей показник на коефіцієнт термічного ККД k. Для TIG коефіцієнт становить 0,6, а для трьох інших процесів — 0,8. У результаті отримують менше число, яке точніше відображає енергію, фактично поглинуту з'єднанням.

Чому калькулятор показує попередження замість результату? Формули є лінійними правилами, які працюють лише для тонкого матеріалу, звареного за один прохід. Якщо енергія дуги перевищує приблизно 5 кДж/мм або за формулою швидкість переміщення дорівнює нулю чи є від'ємною, жоден однопрохідний шов не відповідає цьому значенню. Калькулятор не показує результат, щоб не виводити хибне число.

Чи можна ввести силу струму замість товщини? Так. Після введення сили струму калькулятор оцінює товщину, для якої цей струм підходить, а потім обчислює напругу, швидкість переміщення та тепловкладення.

Чи працюють ці формули для алюмінію? Формули ґрунтуються на практиці зварювання сталі. Алюміній відводить тепло швидше за сталь, тому для нього зазвичай потрібна приблизно на 30% більша сила струму, ніж для сталі такої самої товщини, а також чистий аргон або захисний газ на основі суміші аргону з гелієм.

Чи замінює це технічні умови на зварювання (WPS)? Ні. Для робіт, що регулюються нормами, перевагу мають атестовані технічні умови на зварювання, випробувані й задокументовані для конкретного з'єднання та матеріалу. Калькулятор дає початкову точку для налаштування, а не атестовану технологію.

Джерела

1. Американське товариство зварювання. AWS D1.1/D1.1M. Норми конструкційного зварювання — сталь.
2. Міжнародна організація зі стандартизації. EN ISO 1011-1, Рекомендації щодо зварювання металевих матеріалів.
3. Jeffus, L. Зварювання: принципи та застосування, 8-ме видання. Cengage Learning, 2021.
4. TWI Ltd. «Обчислення тепловкладення». twi-global.com.