الطاقة الحرارية المُدخلة

من التيار والجهد وسرعة التقدّم، مع كفاءة الطريقة الحرارية — الرقم الذي تحدّه المواصفات وتذكره مواصفة الإجراء.

نزّل الرسم: SVG · PNG

لماذا لها حدّ من الجهتين

القليل منها يعني تبريدًا سريعًا: بنية صلدة وشقوق باردة. والكثير يعني حبيبات خشنة وهبوطًا في المتانة، وفي المقاوم للصدأ تحسيسًا. لذلك تكتب مواصفة الإجراء مدًى لا حدًّا أعلى وحده.

من الطاقة إلى الزمن

الطاقة تحدّد سرعة التبريد بين 800 و500 درجة — وهو ما يقرّر البنية فعلًا. احسبه بـزمن التبريد t8/5.

كيف تحسب الطاقة الحرارية المُدخلة: أمثلة خطوة بخطوة

الحساب على خطوتين. طاقة القوس: E = U · I · 60 / (v · 1000) بوحدة kJ/mm، حيث U جهد القوس بالفولت، وI التيّار بالأمبير، وv سرعة التقدّم بـ mm/min. ثم الطاقة المُدخلة: Q = k · E، حيث k الكفاءة الحرارية للطريقة من الجدول أدناه (وفق ISO/TR 18491 وEN 1011-1).

كل مثال أدناه يستعمل الأرقام التي ستُدخلها في الحاسبة أعلاه، والنتائج هي تمامًا ما تعرضه: طاقة القوس والطاقة المُدخلة بـ kJ/mm مقرّبتين إلى منزلتين عشريّتين. الحاسبة لا تعرض kJ/cm — اضرب قيمة kJ/mm في 10.

نزّل الرسم: SVG · PNG

المثال 1: القيم الافتراضية للحاسبة (MMA 111)

150 A و24 V و150 mm/min، والطريقة MMA بـ k = 0.8. الخطوة الأولى، طاقة القوس: E = 24 · 150 · 60 / (150 · 1000) = 1.44 kJ/mm. الخطوة الثانية، الطاقة المُدخلة: Q = 0.8 · 1.44 = 1.15 kJ/mm، أي 11.5 kJ/cm. النتيجة تقع في النطاق الأخضر 0.5–2.5 kJ/mm. وإذا أدخلت طول لحام 1 m أضافت الحاسبة زمن القوس: 1000 mm بسرعة 150 mm/min تساوي 6.7 دقيقة.

المثال 2: MAG 135 عند 220 A و24 V و30 cm/min

السرعة معطاة بـ cm/min والحاسبة تريد mm/min: 30 cm/min = 300 mm/min. طاقة القوس E = 24 · 220 · 60 / (300 · 1000) = 1.06 kJ/mm (دون تقريب 1.056). لـ MAG في جدول هذه الصفحة k = 0.8، إذن Q = 0.8 · 1.056 = 0.84 kJ/mm = 8.4 kJ/cm. فخّ صغير: الحاسبة تضرب طاقة القوس غير المقرّبة. فإن ضربت يدويًا القيمة المعروضة 1.06 في 0.8 حصلت على 0.848 وقرّبتها إلى 0.85 — فرق لا ضرر منه، لكن من يقارن ورقتك بالحاسبة سيسأل عنه.

المثال 3: MMA 111 بإلكترود 3.2 mm وسرعة 15 cm/min

جدول تيّار الإلكترودات يعطي لقطر 3.2 mm المدى 90–140 A؛ نأخذ 125 A. كثير من آلات القوس اليدوي لا تعرض الجهد، فللتقدير السريع تصلح القاعدة الواردة في الأسئلة أسفل الصفحة: U ≈ 20 + 0.04 · 125 = 25 V. السرعة 15 cm/min = 150 mm/min. طاقة القوس E = 25 · 125 · 60 / (150 · 1000) = 1.25 kJ/mm، والطاقة المُدخلة Q = 0.8 · 1.25 = 1.00 kJ/mm = 10.0 kJ/cm. وفي أي وثيقة يجب أن تحلّ قيمة مقيسة محلّ هذه الـ 25 V — طريقة القياس أدناه.

المثال 4: TIG 141 على صاج 2 mm

جدول الإعدادات يعطي للسُمك 1.5–2.0 mm تيّارًا 50–90 A؛ نأخذ 90 A. جهد قوس TIG لا يُضبط على الآلة، بل ينتج عن طول القوس، ولذلك يُقاس — لنفترض أن الفولتميتر أظهر 11 V. بسرعة 60 mm/min (1 mm/s) تكون طاقة القوس E = 11 · 90 · 60 / (60 · 1000) = 0.99 kJ/mm. ومع k = 0.6: Q = 0.6 · 0.99 = 0.59 kJ/mm = 5.9 kJ/cm، أي نطاق «المعدن الرقيق». وإذا تُرك المُختار خطأً على MIG/MAG أعطت الإعدادات نفسها 0.79 kJ/mm — على الورق ثلثٌ زائد للّحام نفسه تمامًا.

المثال 5: اللحام بالقوس المغمور 121

لنفترض مرورًا بسلك واحد عند 500 A و30 V و500 mm/min. طاقة القوس E = 30 · 500 · 60 / (500 · 1000) = 1.80 kJ/mm. للقوس المغمور k = 1.0، فالطاقة المُدخلة تساوي طاقة القوس: 1.80 kJ/mm = 18.0 kJ/cm. وهي الطريقة الوحيدة التي لا يضرّ فيها الخلط بين الرقمين.

الوحدات: mm/s وcm/min وmm/min وkJ/mm وkJ/cm

• السرعة: mm/min = cm/min × 10 = mm/s × 60. أي أن 30 cm/min = 300 mm/min = 5 mm/s.
• الطاقة لكل طول: kJ/cm = kJ/mm × 10 وJ/mm = kJ/mm × 1000. المثال الافتراضي يعطي 1.15 kJ/mm = 11.5 kJ/cm = 1150 J/mm (دون تقريب 1152 J/mm).
• الصيغة بوحدات أخرى: Q = k · U · I · 60 / v مع v بـ mm/min تعطي J/mm (مثال MAG: 844.8 J/mm). ومع v بـ mm/s تعطي Q = k · U · I / (v · 1000) النتيجة بـ kJ/mm. أما صيغة الحاسبة مع v بـ cm/min فتعطي kJ/cm مباشرة: 0.8 · 24 · 220 · 60 / (30 · 1000) = 8.4.

قياس سرعة التقدّم: طول اللحام مقسومًا على زمن القوس

v = L / t، حيث L الطول الملحوم فعلًا وt الزمن الذي اشتعل فيه القوس عليه. الأبسط: علِّم 200 mm واحسب زمنها بساعة توقيت. 200 mm في 40 ثانية تعني 5 mm/s، أي 300 mm/min — مثال MAG. ولخطّ لحام كامل قِس طوله النهائي واقسمه على زمن اشتعال القوس وحده: فترات تبديل الإلكترود أو إزالة الخبث لا تُحسب. وإذا كانت الآلة أو مُسجِّل المعاملات يحفظ زمن القوس فاستعمله: هو أوثق من ساعة توقيت في يد مساعد.

الكفاءة الحرارية k

ما معنى الرقم الناتج

كيف تقيس التيّار والجهد الحقيقيين

التيّار يُقاس بكمّاشة أمبير للتيّار المستمر (بحسّاس هول) حول كابل اللحام؛ فالكمّاشة العادية للتيّار المتردّد لا تقرأ التيّار المستمر. وتُؤخذ القراءة أثناء الاشتعال المستقر لا عند الإشعال. والرقم على لوحة الآلة قد يكون القيمة المضبوطة لا ما يمرّ فعلًا.

الجهد يُقاس أقرب ما يمكن من القوس: بين ماسك الإلكترود أو وصلة المشعل وبين القطعة بجوار الوصلة. شاشة الآلة تقيس عند أطرافها هي، ولذلك تشمل الهبوط في الكابلين معًا. حاسبة هبوط الجهد تعطي 4.40 V لتيّار 220 A في 20 m من النحاس بمقطع 35 mm². فإذا كان على القوس 24 V فعلى الأطراف نحو 28.4 V، وإدخال هذه القيمة يجعل مثال MAG يساوي 1.00 kJ/mm بدل 0.84 — أي زيادة تقارب الخُمس.

القوس النبضي والعمليات المتحكَّم بشكل موجتها

في MIG/MAG النبضي والأنماط المشابهة يتغيّر التيّار والجهد مرّات كثيرة في الثانية. جهاز القياس يعرض قيمًا متوسّطة — أو فعّالة بحسب الجهاز —، وحاصل ضرب متوسّطين ليس القدرة المتوسّطة: ذُرى التيّار والجهد تتزامن، ولذلك يقلّل متوسّطُ U × متوسّطَ I عادةً من القدرة الحقيقية، بينما قد تبالغ فيها القيم الفعّالة. لهذا تحسب ISO/TR 18491 طاقة القوس من القدرة اللحظية أو الطاقة اللحظية، المقيسة بجهاز سريع أخذ العيّنات أو بعدّاد الطاقة الموجود في بعض المصادر. وعندها E = الطاقة / طول اللحام: 211.2 kJ على خطّ طوله 200 mm تعطي 1.056 kJ/mm، ثم Q = k · E كالمعتاد.

المرورات المتذبذبة والمرورات المستقيمة

التذبذب لا يغيّر التيّار ولا الجهد، بل يبطّئ التقدّم على طول الوصلة — والسرعة في المقام. خذ مثال MAG وذبذب المشعل بحيث تتقدّم الوصلة 150 بدل 300 mm/min: طاقة القوس 2.11 kJ/mm، والطاقة المُدخلة 1.69 kJ/mm (16.9 kJ/cm)، أي ضعف المرور المستقيم. في الصيغة يدخل دائمًا التقدّم على طول محور اللحام، لا المسار المتعرّج للمشعل. وحيث تكون الطاقة المُدخلة محدودة، يُملأ الشطف بعدد أكبر من المرورات المستقيمة الضيّقة بدل مرورات قليلة عريضة متذبذبة؛ ولكل مرور حينئذٍ طاقته المُدخلة، وكلٌّ منها يجب أن يبقى ضمن المدى.

الطاقة المُدخلة في مواصفة الإجراء وt8/5 والمتانة والصلادة

مواصفة الإجراء WPS. تذكر المواصفة مدًى للطاقة المُدخلة حُدِّد عند تأهيل الإجراء وسُجِّل في WPQR. الحدود ملك لذلك الإجراء: لا تُنقل من جدول، وفي الموقع يُلتزم بها مرورًا بعد مرور.

زمن التبريد t8/5. تحوّل EN 1011-2 الطاقة المُدخلة والسُمك والتسخين المسبق إلى زمن التبريد من 800 إلى ⁦500 °C⁩، وهو الذي يقرّر بنية المنطقة المتأثّرة حراريًا. أدخل قيمتي MAG في حاسبة t8/5 (وصلة تناكبية، ⁦20 °C⁩): على صاج 10 mm تعطي 0.84 kJ/mm زمنًا قدره 7.2 ثانية، والمرور المتذبذب بـ 1.69 kJ/mm يعطي 29.2 ثانية — خارج النافذة 5–25 s التي تعلّمها الحاسبة للفولاذ غير السبائكي ومنخفض السبائك. وعلى 20 mm تعطي القيمتان نفسهما 4.0 و8.0 ثانية: هنا المرور المستقيم هو الذي يبرد بسرعة زائدة، والجواب التسخين المسبق، لا زيادة التيّار.

المتانة والصلادة. زمن t8/5 القصير جدًا يعني منطقة متأثّرة مُصلَّدة وخطر تشقّق بارد؛ والطويل جدًا يعني حبيبات خشنة وطاقة صدم أقل في المنطقة المتأثّرة. عند تأهيل الإجراء تُقاس صلادة المنطقة المتأثّرة بـ HV؛ ولمقارنتها بمتطلّب مكتوب بـ HB أو HRC استعمل محوّل الصلادة.

وإن أعطت مواصفة اللحام أو الكتالوج الطاقة بوحدة kJ/in والسرعة بالبوصة في الدقيقة، فحوّلهما أوّلًا في محوّل وحدات اللحام ثم قارن بالنتيجة بوحدة kJ/mm.

أخطاء شائعة

• نسيان k — أو تطبيقه مرّتين. تقديم طاقة القوس على أنها الطاقة المُدخلة يجعل مثال MAG يساوي 1.06 بدل 0.84 kJ/mm، أي زيادة الربع. وضرب قيمة تتضمّن k أصلًا في 0.8 مرّة أخرى يعطي 0.68 بدل 0.84. اكتب دائمًا أيّ الرقمين تقدّم.
• kJ/cm وkJ/mm. المعامل 10: 8.4 kJ/cm تساوي 0.84 kJ/mm. والحدّ المنقول بلا وحدته حدٌّ سيقرؤه أحدهم خطأً.
• مسار المشعل بدل تقدّم اللحام. توقيت التعرّج عند التذبذب يضخّم السرعة ويقلّل الطاقة المُدخلة.
• جهد الآلة مع كابل طويل. الشاشة تشمل هبوط الكابل — في المثال أعلاه قرابة خُمس طاقة لم تصل إلى الوصلة قط.
• السرعة بالعين. السرعة المخمّنة تحرّك النتيجة أكثر من أيّ مُدخل آخر؛ قِس الطول وزمن القوس.

الكاتب: Dmitry Frolov, لحّام ومصنّع هياكل معدنية آخر تحديث: 28 سبتمبر 2026