Бесплатный инженерный инструмент
Калькулятор тепловыделения при сварке & ISO 4063
Рассчитать тепловую нагрузку (кДж/мм), время охлаждения t8/5, рекомендации по предварительному нагреву и углеродный эквивалент. Включает справочные данные по процессу в соответствии с ISO 4063.
Результаты
Расчет тепловой нагрузки (EN 1011-1)
Тепловой ввод — это энергия, подаваемая на единицу длины сварного шва:
- η — коэффициент тепловой эффективности (зависит от технологического процесса)
- V — напряжение дуги (вольт)
- I — сила тока сварки (амперы)
- S — скорость перемещения (мм/мин)
Коэффициенты тепловой эффективности
| ISO 4063 № | Процесс | η (EN 1011-1) |
|---|---|---|
| 121 | SAW (дуговая сварка под флюсом) | 1.0 |
| 111 | Ручная дуговая сварка (штучный электрод / MMA) | 0.8 |
| 131 | MIG (в защитной атмосфере) | 0.8 |
| 135 | MAG (активный газ) | 0.8 |
| 136 | FCAW (сварка проволокой с флюсовым наполнителем) | 0.8 |
| 141 | TIG / GTAW | 0.6 |
Оценка времени охлаждения t8/5
Время охлаждения от 800 °C до 500 °C определяет конечную микроструктуру. Упрощенная двумерная модель Розенталя для толстых пластин:
Углеродный эквивалент и предварительный нагрев
Формула углеродного эквивалента IIW позволяет определить свариваемость и потребности в предварительном нагреве:
Практический пример
Дано: Процесс 135 (η=0,8), V=28 В, I=250 А, S=300 мм/мин, CE=0,42
Энергия дуги = (28 × 250 × 60) / (300 × 1000) = 1,40 кДж/мм
Теплопоступление Q = 0,8 × 1,40 = 1,12 кДж/мм
CE = 0,42 → Средняя свариваемость, предварительный нагрев 100–150 °C рекомендуется
⚠️ Примечание: Расчет по формуле t8/5 упрощен. Фактическая скорость охлаждения зависит от геометрии соединения, предварительного нагрева, межпроходной температуры и условий окружающей среды. В случае критически важных применений обратитесь к стандарту EN 1011-2.
| # | Процесс | Описание | η |
|---|---|---|---|
| 111 | ручная сварка | Дуговая сварка в защитном газе (электродом/MMA) | 0.8 |
| 114 | FCAW-S | С самоэкранированным порошковым сердечником | 0.8 |
| 121 | SAW | Сварка под флюсом | 1.0 |
| 131 | MIG | Металл в среде инертного газа (Ar) — алюминий, нержавеющая сталь | 0.8 |
| 135 | MAG | Газ с металлическим добавлением (CO₂/Ar+CO₂) — углеродистая сталь | 0.8 |
| 136 | FCAW-G | С сердечником из флюса + защитным газом | 0.8 |
| 137 | FCAW-G | С сердечником из флюса + инертным газом | 0.8 |
| 138 | MCAW | Проволока с металлическим сердечником + активная среда | 0.8 |
| 141 | TIG | Сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа (GTAW) | 0.6 |
| 15 | Плазма | Плазменная дуговая сварка | 0.6 |
| 311 | OAW | Кислородно-ацетиленовая сварка | 0.45 |
| 42 | Трение | Сварка трением | — |
| 52 | Лазер | Сварка лазерным лучом | 0.9 |
Погонная энергия сварки (тепловложение) рассчитывается по формуле Q = (η × V × I × 60) / (S × 1000) в кДж/мм (kJ/mm), где η — термический КПД процесса сварки, V — напряжение дуги (В), I — сварочный ток (А), S — скорость сварки (мм/мин). Величина погонной энергии определяет скорость охлаждения металла шва и околошовной зоны, от которой напрямую зависят микроструктура, твердость, ударная вязкость и ширина зоны термического влияния (ЗТВ / HAZ).
Слишком высокая погонная энергия → перегрев, рост зерна в ЗТВ, падение ударной вязкости (особенно у закаливаемых и микролегированных сталей) и сильные сварочные деформации. Слишком низкая погонная энергия → риск непроваров и несплавлений, сверхбыстрое охлаждение с образованием хрупкого мартенсита и водородных холодных трещин.
Коэффициент тепловой эффективности дуги (η) согласно стандарту EN 1011-1 (и ISO/TR 17671): автоматическая сварка под флюсом (SAW, процесс 12) = 1,0; ручная дуговая сварка покрытыми электродами (SMAW/MMA, 111), полуавтоматическая сварка в защитных газах сплошной и порошковой проволокой (MIG/MAG/FCAW, 131/135/136) = 0,8; аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом (TIG/WIG, 141) = 0,6. При сварке под флюсом КПД максимален, так как слой флюса полностью экранирует дугу и удерживает тепло, тогда как при TIG-сварке значительная доля энергии теряется на излучение открытой дуги и нагрев горелки.
Время охлаждения t8/5 — это время (в секундах), за которое металл шва и зоны термического влияния (ЗТВ) при остывании после прохода сварочной дуги проходит критический температурный интервал от 800°C до 500°C. Именно в этом интервале температур в углеродистых и низколегированных сталях происходит распад аустенита и формируется конечная фазовая структура. Слишком короткое время t8/5 (< 5 с) приводит к закалке на твердый и хрупкий мартенсит с высоким риском холодных трещин. Слишком длительное время t8/5 (> 25 с) вызывает разупрочнение, рост зерна и снижение ударной вязкости при отрицательных температурах. Для большинства конструкционных сталей оптимальное окно составляет t8/5 = 8–20 с.
Формула Международного института сварки (IIW) для углеродного эквивалента: CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 (где массовые доли элементов подставляются в процентах). Введите точные значения химического состава из заводского сертификата качества на металл или воспользуйтесь нашим калькулятором марочных аналогов сталей для оценки по марке стали.
Предварительный подогрев кромок перед сваркой необходим при углеродном эквиваленте CE > 0.35–0.40, большой толщине свариваемого проката (> 25 мм), повышенной жесткости контура или при опасности насыщения шва водородом. Подогрев замедляет скорость остывания в интервале t8/5, предотвращая образование закалочного мартенсита и способствуя свободному выходу диффузионного водорода из металла шва, что защищает от холодных трещин. Типичная температура подогрева составляет от 75°C до 250°C в зависимости от марки стали, CE и толщины листа.
Процедуры, описанные на этой странице, были разработаны и опробованы в полевых условиях командой Vibromera с использованием Balanset-1A — портативного двухканального балансировочного прибора и анализатора вибрации для балансировки роторов на месте эксплуатации.
Профессиональные приборы для промышленного применения.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko — инженер по вибрационному анализу, основатель и генеральный директор Vibromera. Более 15 лет он балансирует вращающееся оборудование в полевых условиях, а не на испытательном стенде: мульчеры, промышленные вентиляторы, дробилки, центрифуги, валы и шпиндели. Именно из этой работы выросли приборы Balanset — они задумывались как инструмент, который специалист может принести к машине и применить самостоятельно, прямо на месте, а не как лабораторное оборудование. Vibromera основана в 2017 году, а с 2023 года базируется в Порту, Португалия. Здесь происходят разработка, сборка и поддержка линейки Balanset. Флагманский прибор — Balanset-1A, портативный анализатор для одно- и двухплоскостной балансировки и вибродиагностики. Nikolai лично участвует в поддержке клиентов, в разборе сложных случаев балансировки и в разработке программного обеспечения. Он работает с клиентами по всему миру, на любом языке.
