Калькулятор погонної енергії (heat input)

Погонна енергія — головний параметр, який атестують у WPS і перевіряють під час розбору дефектів. Вона визначає, наскільки широкою буде зона термічного впливу і що станеться зі структурою металу поряд зі швом.

Завантажити схему: SVG · PNG

Формула

За EN 1011-1 розрахунок іде у два кроки.

Енергія дуги: E = (U · I · 60) / (v · 1000), кДж/мм, де U — напруга дуги у вольтах, I — струм в амперах, v — швидкість зварювання в мм/хв.

Погонна енергія: Q = k · E, де k — термічний ККД процесу.

Як розрахувати погонну енергію: приклади по кроках

У кожному прикладі нижче стоять числа, які ви ввели б у калькулятор вище, а результати — саме ті, що він покаже: енергія дуги і погонна енергія в кДж/мм, округлені до двох знаків після коми. У кДж/см калькулятор не перераховує — результат у кДж/мм помножте на 10. Формула одним рядком: Q = k · U · I · 60 / (v · 1000), v у мм/хв.

Завантажити схему: SVG · PNG

Приклад 1: значення калькулятора за замовчуванням (MMA 111)

150 А, 24 В, 150 мм/хв, метод MMA з k = 0,8. Крок перший, енергія дуги: E = 24 · 150 · 60 / (150 · 1000) = 1,44 кДж/мм. Крок другий, погонна енергія: Q = 0,8 · 1,44 = 1,15 кДж/мм, тобто 11,5 кДж/см. Результат потрапляє в зелений діапазон 0,5–2,5 кДж/мм. Якщо ввести довжину шва 1 м, калькулятор додасть час горіння дуги: 1000 мм при 150 мм/хв — це 6,7 хв.

Приклад 2: MAG 135, 220 А, 24 В, 30 см/хв

Швидкість задано в см/хв, а калькулятор чекає мм/хв: 30 см/хв = 300 мм/хв. Енергія дуги E = 24 · 220 · 60 / (300 · 1000) = 1,06 кДж/мм (без округлення 1,056). У MAG у таблиці цієї сторінки k = 0,8, тому Q = 0,8 · 1,056 = 0,84 кДж/мм = 8,4 кДж/см. Дрібна пастка: калькулятор множить неокруглену енергію дуги. Якщо вручну помножити показані 1,06 на 0,8, вийде 0,848 і після округлення 0,85 — різниця нешкідлива, але перевіряльник, порівнюючи ваш аркуш із калькулятором, про неї спитає.

Приклад 3: MMA 111, електрод 3,2 мм, 15 см/хв

Таблиця струму для електродів дає для 3,2 мм 90–140 А; беремо 125 А. Багато апаратів MMA напругу не показують, тож для швидкої оцінки годиться правило з питань унизу сторінки: U ≈ 20 + 0,04 · 125 = 25 В. Швидкість 15 см/хв = 150 мм/хв. Енергія дуги E = 25 · 125 · 60 / (150 · 1000) = 1,25 кДж/мм, погонна енергія Q = 0,8 · 1,25 = 1,00 кДж/мм = 10,0 кДж/см. Для документа ці 25 В треба замінити виміряним значенням — як міряти, нижче.

Приклад 4: TIG 141 по листу 2 мм

Таблиця режимів дає для 1,5–2,0 мм 50–90 А; беремо 90 А. Напругу дуги при TIG на апараті не задають, вона випливає з довжини дуги, тому її вимірюють — припустімо, вольтметр показав 11 В. При 60 мм/хв (1 мм/с) енергія дуги E = 11 · 90 · 60 / (60 · 1000) = 0,99 кДж/мм. З k = 0,6: Q = 0,6 · 0,99 = 0,59 кДж/мм = 5,9 кДж/см, діапазон «тонкий метал». Якщо помилково залишити у списку MIG/MAG, ті самі параметри дадуть 0,79 кДж/мм — на папері на третину більше за той самий шов.

Приклад 5: зварювання під флюсом 121

Припустімо, прохід одним дротом на 500 А, 30 В і 500 мм/хв. Енергія дуги E = 30 · 500 · 60 / (500 · 1000) = 1,80 кДж/мм. У зварювання під флюсом k = 1,0, тож погонна енергія дорівнює енергії дуги: 1,80 кДж/мм = 18,0 кДж/см. Це єдиний процес, де плутанина між двома числами нічого не псує.

Одиниці: мм/с, см/хв, мм/хв, кДж/мм і кДж/см

• Швидкість: мм/хв = см/хв × 10 = мм/с × 60. Тобто 30 см/хв = 300 мм/хв = 5 мм/с.
• Енергія на довжину: кДж/см = кДж/мм × 10, Дж/мм = кДж/мм × 1000. Приклад за замовчуванням дає 1,15 кДж/мм = 11,5 кДж/см = 1150 Дж/мм (без округлення 1152 Дж/мм).
• Формула в інших одиницях: Q = k · U · I · 60 / v при v у мм/хв дає Дж/мм (приклад MAG: 844,8 Дж/мм). При v у мм/с Q = k · U · I / (v · 1000) дає кДж/мм. А формула калькулятора при v у см/хв одразу видає кДж/см: 0,8 · 24 · 220 · 60 / (30 · 1000) = 8,4.

Як заміряти швидкість зварювання: довжина шва на час горіння дуги

v = L / t, де L — фактично зварена довжина, t — час, поки на ній горіла дуга. Найпростіше позначити 200 мм і засікти секундоміром. 200 мм за 40 с — це 5 мм/с, тобто 300 мм/хв, приклад MAG. Для цілого валика міряють його готову довжину й ділять лише на час горіння дуги: паузи на заміну електрода та відбивання шлаку не рахуються. Якщо апарат або реєстратор параметрів записує час дуги, беріть його: це надійніше за секундомір у руках помічника.

Орієнтири

Де це потрібно

• У технологічній карті. У WPS зазначають діапазон погонної енергії, а під час атестації процедури за EN ISO 15614 її фактичне значення фіксують у протоколі.
• Під час розрахунку підігріву. Q входить у формулу температури попереднього підігріву — вона є в калькуляторі вуглецевого еквівалента.
• Під час розбору дефектів. Тріщини в ЗТВ і падіння ударної в’язкості майже завжди впираються у вихід за межі діапазону.

Як заміряти реальні струм і напругу

Струм міряють струмовимірювальними кліщами для постійного струму (на датчику Холла), обхопивши зварювальний кабель; звичайні кліщі змінного струму постійний струм не покажуть. Показання читають під час сталого горіння, а не під час запалювання. Цифра на панелі апарата може бути уставкою, а не тим, що реально тече.

Напругу міряють якомога ближче до дуги: між електродотримачем або роз’ємом пальника та виробом поряд зі швом. Табло апарата міряє на власних клемах і тому включає спад в обох кабелях. Калькулятор спаду напруги дає 4,40 В для 220 А по 20 м мідного кабелю 35 мм². При 24 В на дузі на клемах тоді близько 28,4 В, і якщо ввести це значення, приклад MAG перетвориться на 1,00 кДж/мм замість 0,84 — майже на п’яту частину більше.

Імпульсні режими та режими з керованою формою струму

В імпульсному MIG/MAG і схожих режимах струм і напруга змінюються багато разів на секунду. Прилад показує середні значення — або діючі, залежно від приладу, — а добуток двох середніх не дорівнює середній потужності: піки струму й напруги збігаються в часі, тому середнє U × середнє I зазвичай занижує реальну потужність, а діючі значення можуть її завищувати. Тому ISO/TR 18491 рахує енергію дуги за миттєвою потужністю або миттєвою енергією, виміряною швидкодіючим приладом чи лічильником енергії, який є в частини джерел. Тоді E = енергія / довжина шва: 211,2 кДж на валик 200 мм дають 1,056 кДж/мм, а далі Q = k · E як зазвичай.

Погонна енергія при зварюванні з поперечними коливаннями та нитковими валиками

Коливання електрода не змінюють ні струм, ні напругу — вони сповільнюють просування вздовж шва, а швидкість стоїть у знаменнику. Візьміть приклад MAG і ведіть пальник із коливаннями так, щоб шов просувався на 150 замість 300 мм/хв: енергія дуги 2,11 кДж/мм, погонна енергія 1,69 кДж/мм (16,9 кДж/см) — удвічі більше, ніж нитковим валиком. У формулу завжди йде просування вздовж осі шва, а не зигзаг пальника. Де погонна енергія обмежена, розробку кромок заповнюють більшою кількістю вузьких ниткових валиків замість кількох широких; у кожного проходу тоді своя погонна енергія, і кожен має вкладатися в діапазон.

Погонна енергія у WPS, t8/5, ударна в’язкість і твердість

WPS. У технологічній карті стоїть діапазон погонної енергії, заданий під час атестації технології й записаний у WPQR. Межі належать цій технології: їх не переписують із таблиці, а на посту тримають прохід за проходом.

Час охолодження t8/5. EN 1011-2 перераховує погонну енергію, товщину й підігрів у час остигання від 800 до 500 °C, а він вирішує, яка структура буде в ЗТВ. Підставте обидва значення MAG у калькулятор t8/5 (стикове з’єднання, 20 °C): на листі 10 мм 0,84 кДж/мм дають 7,2 с, а валик із коливаннями на 1,69 кДж/мм — 29,2 с, поза вікном 5–25 с, яке калькулятор позначає для нелегованих і низьколегованих сталей. На 20 мм ті самі значення дають 4,0 і 8,0 с: тут надто швидко остигає вже нитковий валик, і відповідь — підігрів, а не більший струм.

Ударна в’язкість і твердість. Надто коротке t8/5 — це загартована ЗТВ і ризик холодних тріщин; надто довге — велике зерно й менша робота удару в ЗТВ. Під час атестації технології твердість ЗТВ міряють у HV; щоб порівняти її з вимогою в HB чи HRC, стане в пригоді переведення твердості.

Якщо WPS чи каталог дає енергію в kJ/in, а швидкість у дюймах за хвилину, спершу переведіть їх у конвертері одиниць і лише потім порівнюйте з результатом у кДж/мм.

Типові помилки

• Забули k — або застосували його двічі. Енергія дуги, записана як погонна енергія, перетворює приклад MAG на 1,06 замість 0,84 кДж/мм — на чверть більше. Якщо значення, де k уже враховано, ще раз помножити на 0,8, вийде 0,68 замість 0,84. Завжди пишіть, яке з двох чисел ви наводите.
• кДж/см і кДж/мм. Різниця в 10 разів: 8,4 кДж/см — це 0,84 кДж/мм. Межу, переписану без одиниць, хтось прочитає неправильно.
• Шлях пальника замість просування шва. Якщо під час коливань міряти зигзаг, швидкість вийде завищеною, а погонна енергія — заниженою.
• Напруга з табло при довгому кабелі. У показанні сидить спад у кабелях — у прикладі вище майже п’ята частина енергії, яка до шва так і не дійшла.
• Швидкість на око. Вгадана швидкість зсуває результат сильніше за будь-який інший параметр; міряйте довжину й час дуги.

Автор: Dmitry Frolov, зварник, виготовлення металоконструкцій Оновлено: 28 вересня 2026