Kalkulator energii liniowej (heat input)

Energia liniowa to główny parametr kwalifikowany w WPS i sprawdzany przy analizie wad. Decyduje o tym, jak szeroka będzie strefa wpływu ciepła i co stanie się ze strukturą materiału obok spoiny.

Pobierz schemat: SVG · PNG

Wzór

Wg EN 1011-1 obliczenie przebiega w dwóch krokach.

Energia łuku: E = (U · I · 60) / (v · 1000), kJ/mm, gdzie U to napięcie łuku w woltach, I — prąd w amperach, v — prędkość spawania w mm/min.

Energia liniowa: Q = k · E, gdzie k to sprawność cieplna procesu.

Jak obliczyć energię liniową spawania: przykłady krok po kroku

Każdy przykład poniżej używa liczb, które wpisałbyś w kalkulator powyżej, a wyniki są dokładnie takie, jakie on pokazuje: energia łuku i energia liniowa w kJ/mm, zaokrąglone do dwóch miejsc po przecinku. Kalkulator nie podaje kJ/cm — wynik w kJ/mm trzeba pomnożyć przez 10. Wzór w jednej linii: Q = k · U · I · 60 / (v · 1000), v w mm/min.

Pobierz schemat: SVG · PNG

Przykład 1: ustawienia domyślne kalkulatora (MMA 111)

150 A, 24 V, 150 mm/min, metoda MMA z k = 0,8. Krok pierwszy, energia łuku: E = 24 · 150 · 60 / (150 · 1000) = 1,44 kJ/mm. Krok drugi, energia liniowa: Q = 0,8 · 1,44 = 1,15 kJ/mm, czyli 11,5 kJ/cm. Wynik mieści się w zielonym przedziale 0,5–2,5 kJ/mm. Po wpisaniu długości spoiny 1 m kalkulator dopisze czas palenia łuku: 1000 mm przy 150 mm/min to 6,7 min.

Przykład 2: MAG 135, 220 A, 24 V, 30 cm/min

Prędkość podano w cm/min, a kalkulator chce mm/min: 30 cm/min = 300 mm/min. Energia łuku E = 24 · 220 · 60 / (300 · 1000) = 1,06 kJ/mm (bez zaokrąglenia 1,056). MAG ma w tabeli na tej stronie k = 0,8, więc Q = 0,8 · 1,056 = 0,84 kJ/mm = 8,4 kJ/cm. Mała pułapka: kalkulator mnoży niezaokrągloną energię łuku. Kto ręcznie pomnoży wyświetlone 1,06 przez 0,8, dostanie 0,848 i zaokrągli do 0,85 — różnica nieszkodliwa, ale sprawdzający, który porówna twoją kartkę z kalkulatorem, o nią zapyta.

Przykład 3: MMA 111, elektroda 3,2 mm, 15 cm/min

Tabela prądu dla elektrod podaje dla 3,2 mm 90–140 A; bierzemy 125 A. Wiele spawarek MMA nie pokazuje napięcia, więc do szybkiego oszacowania służy reguła z pytań na dole strony: U ≈ 20 + 0,04 · 125 = 25 V. Prędkość 15 cm/min = 150 mm/min. Energia łuku E = 25 · 125 · 60 / (150 · 1000) = 1,25 kJ/mm, energia liniowa Q = 0,8 · 1,25 = 1,00 kJ/mm = 10,0 kJ/cm. Do dokumentu te 25 V trzeba zastąpić wartością zmierzoną — o pomiarze niżej.

Przykład 4: TIG 141 na blasze 2 mm

Tabela parametrów podaje dla 1,5–2,0 mm 50–90 A; bierzemy 90 A. Napięcia łuku TIG nie ustawia się na spawarce, wynika ono z długości łuku, więc trzeba je zmierzyć — przyjmijmy, że woltomierz pokazał 11 V. Przy 60 mm/min (1 mm/s) energia łuku wynosi E = 11 · 90 · 60 / (60 · 1000) = 0,99 kJ/mm. Z k = 0,6: Q = 0,6 · 0,99 = 0,59 kJ/mm = 5,9 kJ/cm, przedział „cienki materiał”. Jeśli przez pomyłkę zostawisz w wyborze MIG/MAG, te same parametry dadzą 0,79 kJ/mm — na papierze o jedną trzecią więcej za dokładnie tę samą spoinę.

Przykład 5: spawanie łukiem krytym 121

Przyjmijmy ścieg jednym drutem przy 500 A, 30 V i 500 mm/min. Energia łuku E = 30 · 500 · 60 / (500 · 1000) = 1,80 kJ/mm. Łuk kryty ma k = 1,0, więc energia liniowa równa się energii łuku: 1,80 kJ/mm = 18,0 kJ/cm. To jedyna metoda, w której pomylenie obu liczb niczego nie psuje.

Jednostki: mm/s, cm/min, mm/min, kJ/mm i kJ/cm

• Prędkość: mm/min = cm/min × 10 = mm/s × 60. Czyli 30 cm/min = 300 mm/min = 5 mm/s.
• Energia na długość: kJ/cm = kJ/mm × 10, J/mm = kJ/mm × 1000. Przykład domyślny daje 1,15 kJ/mm = 11,5 kJ/cm = 1150 J/mm (bez zaokrąglenia 1152 J/mm).
• Wzór w innych jednostkach: Q = k · U · I · 60 / v z v w mm/min daje J/mm (przykład MAG: 844,8 J/mm). Z v w mm/s Q = k · U · I / (v · 1000) daje kJ/mm. A wzór kalkulatora z v w cm/min zwraca od razu kJ/cm: 0,8 · 24 · 220 · 60 / (30 · 1000) = 8,4.

Pomiar prędkości spawania: długość spoiny przez czas palenia łuku

v = L / t, gdzie L to rzeczywiście wykonana długość spoiny, a t — czas, przez który łuk się na niej palił. Najprościej: zaznaczyć 200 mm i zmierzyć stoperem. 200 mm w 40 s to 5 mm/s, czyli 300 mm/min — przykład MAG. Dla całego ściegu mierzy się jego gotową długość i dzieli tylko przez czas jarzenia łuku: przerwy na wymianę elektrody czy odbijanie żużla się nie liczą. Jeśli spawarka albo rejestrator parametrów zapisuje czas łuku, bierz ten: jest pewniejszy niż stoper w ręku pomocnika.

Punkty odniesienia

Gdzie to jest potrzebne

• W instrukcji technologicznej. W WPS podaje się zakres energii liniowej, a przy kwalifikowaniu technologii wg EN ISO 15614 jej wartość rzeczywistą zapisuje się w protokole.
• Przy obliczaniu podgrzewania. Q wchodzi do wzoru na temperaturę podgrzewania wstępnego — jest on w kalkulatorze równoważnika węgla.
• Przy analizie wad. Pęknięcia w SWC i spadek udarności niemal zawsze sprowadzają się do wyjścia poza zakres.

Jak zmierzyć rzeczywisty prąd i napięcie

Prąd mierzy się cęgami do prądu stałego (z czujnikiem Halla) założonymi na przewód spawalniczy; zwykłe cęgi AC prądu stałego nie zmierzą. Odczyt robi się przy stabilnym spawaniu, nie przy zajarzeniu. Liczba na panelu spawarki może być wartością zadaną, a nie tym, co faktycznie płynie.

Napięcie mierzy się jak najbliżej łuku: między uchwytem elektrody lub przyłączem uchwytu a przedmiotem obok złącza. Wyświetlacz spawarki mierzy na jej zaciskach, więc zawiera spadek w obu przewodach. Kalkulator spadku napięcia daje 4,40 V dla 220 A na 20 m miedzi 35 mm². Przy 24 V na łuku na zaciskach jest wtedy ok. 28,4 V, a wpisanie tej wartości zmienia przykład MAG w 1,00 kJ/mm zamiast 0,84 — prawie o jedną piątą za dużo.

Łuk pulsujący i procesy sterowane przebiegiem

W MIG/MAG pulsacyjnym i podobnych trybach prąd i napięcie zmieniają się wiele razy na sekundę. Miernik pokazuje wartości średnie — albo skuteczne, zależnie od przyrządu — a iloczyn dwóch średnich to nie średnia moc: szczyty prądu i napięcia wypadają razem, więc średnie U × średnie I zwykle zaniża rzeczywistą moc, a wartości skuteczne mogą ją zawyżać. Dlatego ISO/TR 18491 liczy energię łuku z mocy chwilowej lub energii chwilowej, mierzonej szybko próbkującym przyrządem albo licznikiem energii, który mają niektóre źródła. Wtedy E = energia / długość spoiny: 211,2 kJ na ściegu 200 mm daje 1,056 kJ/mm, a dalej Q = k · E jak zwykle.

Ściegi zakosowe a ściegi proste

Prowadzenie zakosowe nie zmienia prądu ani napięcia, tylko spowalnia posuw wzdłuż złącza — a prędkość stoi w mianowniku. Weź przykład MAG i prowadź zakosami tak, że spoina posuwa się 150 zamiast 300 mm/min: energia łuku 2,11 kJ/mm, energia liniowa 1,69 kJ/mm (16,9 kJ/cm), dwa razy więcej niż przy ściegu prostym. Do wzoru zawsze idzie posuw wzdłuż osi spoiny, nigdy zygzakowata droga uchwytu. Gdzie energia liniowa jest ograniczona, rowek wypełnia się większą liczbą wąskich ściegów prostych zamiast kilku szerokich zakosowych; każdy ścieg ma wtedy własną energię liniową i każdy musi mieścić się w zakresie.

Energia liniowa w WPS, t8/5, udarność i twardość

WPS. W instrukcji technologicznej stoi zakres energii liniowej ustalony podczas kwalifikowania technologii i zapisany w WPQR. Granice należą do tej technologii: nie przepisuje się ich z tabeli, a na stanowisku trzyma się ich ścieg po ściegu.

Czas stygnięcia t8/5. EN 1011-2 przelicza energię liniową, grubość i podgrzanie na czas stygnięcia od 800 do 500 °C, a on decyduje o strukturze strefy wpływu ciepła. Wpisz obie wartości MAG do kalkulatora t8/5 (złącze doczołowe, 20 °C): przy blasze 10 mm 0,84 kJ/mm daje 7,2 s, a ścieg zakosowy z 1,69 kJ/mm — 29,2 s, poza oknem 5–25 s, które kalkulator zaznacza dla stali niestopowych i niskostopowych. Przy 20 mm te same wartości dają 4,0 i 8,0 s: tu za szybko stygnie ścieg prosty, a odpowiedzią jest podgrzewanie wstępne, nie większy prąd.

Udarność i twardość. Za krótki t8/5 to utwardzona SWC i ryzyko pęknięć zimnych; za długi — grube ziarno i niższa praca łamania w SWC. Przy kwalifikowaniu technologii twardość SWC mierzy się w HV; żeby porównać ją z wymaganiem w HB lub HRC, użyj przelicznika twardości.

Jeśli WPS albo katalog podaje energię w kJ/in, a prędkość w calach na minutę, przelicz je najpierw w przeliczniku jednostek — dopiero potem porównuj z wynikiem w kJ/mm.

Typowe błędy

• Zapomniane k — albo zastosowane dwa razy. Energia łuku podana jako energia liniowa daje w przykładzie MAG 1,06 zamiast 0,84 kJ/mm, o jedną czwartą za dużo. Kto wartość zawierającą już k pomnoży jeszcze raz przez 0,8, dostanie 0,68 zamiast 0,84. Zawsze zapisuj, którą z dwóch liczb podajesz.
• kJ/cm i kJ/mm. Współczynnik to 10: 8,4 kJ/cm to 0,84 kJ/mm. Granica przepisana bez jednostki to granica, którą ktoś źle odczyta.
• Droga uchwytu zamiast posuwu spoiny. Mierzenie zygzaka przy zakosach zawyża prędkość i zaniża energię liniową.
• Napięcie z wyświetlacza przy długim przewodzie. Odczyt zawiera spadek na przewodach — w przykładzie wyżej prawie jedną piątą energii, która nigdy nie dotarła do złącza.
• Prędkość na oko. Zgadnięta prędkość przesuwa wynik bardziej niż każda inna dana; mierz długość i czas łuku.

Autor: Dmitry Frolov, spawacz i ślusarz konstrukcji stalowych Aktualizacja: 28 września 2026