مقدمه ای بر گرمای ورودی در جوشکاری

مقدمه ای بر گرمای ورودی در جوشکاری

در جوشکاری قوسی با تشکیل قوس الکتریکی انرژی از الکترود به فلز پایه انتقال می یابد. گرمای ورودی یا heat input مقدار انرژی انتقال یافته در واحد طول جوش است. این فاکتور در جوشکاری بسیار مهم است. زیرا که همانند عواملی چون پیش گرم یا بین پاسی بر نرخ سردایش منطقه جوش بعد از اتمام جوش و در نتیجه بر خواص مکانیکی و متالورژیکی آن تاثیر به سزایی دارد. میزان گرمای ورودی برابر با نسبت توان (ولتاژ ضربدر جریان) بر سرعت منبع نیرو(قوس) می باشد به عبارتی:
    H = 60VI / 1000S
 V = ولتاژ قوس برحسب ولت
 I = جریان قوس برحسب آمپر
 S= سرعت حرکت (اینچ در دقیقه یا میلیمتر در دقیقه)
 H= میزان گرمای ورودی بر حسب کیلوژول در هر اینچ یا کیلوژول در هر میلیمتر

البته گرمای ورودی را نمی توان به طور مستقیم اندازه گیری کرد. با این وجود با اندازه گیری مقادیر ولتاژ، آمپراژ و سرعت حرکت، مقدار آن را می توان از طریق فرمول قبلی تعیین کرد.
در اندازه گیری ولتاژ باید سعی کرد تا حد امکان به ولتاژ قوس نزدیک باشد. این مقدار با آنچه که دستگاه ولت متر نشان می دهد، متفاوت است. با توجه به مقاومت کابلهای جوشکاری، میزان ولتاژی که در دستگاه ولت متر نشان داده می شود، بالاتر از ولتاژ واقعی قوس است. با عنایت به این مهم، مقادیر محاسبه شده، مقادیر تقریبی به همراه مقداری خطا خواهد بود.
مقدار جریان یا همان آمپراژ در مقیاس میکروثانیه، نسبت به زمان پارامتر ثابتی نمی باشد. در جوشکاری دستی، میزان آمپراژ بستگی به طول قوس دارد که آنهم به نوبه خودش بستگی به مهارت جوشکار دارد. بنابراین در محاسبات، باید مقدار متوسط جریان را لحاظ کرد.
سرعت حرکت قوس، سرعت حرکت رو به جلوی قوس برحسب اینچ در هر دقیقه یا میلیمتر در هر دقیقه است. در جوشکاری موجی weaving، سرعت حرکت رو به جلو، ملاک است و سرعت نوسانات الکترود ملاک نمی باشد. در جوشکاری عمودی سرعت حرکت رو به بالا یا رو به پایین می باشد. در معادله محاسبه گرمای ورودی نباید از سرعت حرکت بر اساس ثانیه استفاده کرد.
در فرآیندهایی که متغیرها مثل جریان با زمان تغییر می کند، مثل GMAW اتصال کوتاه، باید مقدار متوسط را لحاظ نمود. در جوشکاری دستی، با ذوب الکترود، مقاومت الکتریکی الکترود نیز تغییر می کند و با کوتاه شدن طول الکترود، دمای الکترود افزایش می یابد که هر دو بر مقاومت الکتریکی کلی الکترود تاثیر می گذارند.
مساحت سطح مقطع یک جوش معمولا متناسب با میزان گرمای ورودی است. هرچقدر میزان  انرژی قوس بالا باشد، بالتبع فلز پایه و فلز پرکننده بیشتری در واحد طول جوش ذوب خواهد شد. در نتیجه اندازه جوش بزرگتر می شود. اگر جوشکاری جوشی را با سرعت بالا و جوش دیگری را با سرعت کم جوشکاری نماید و برای هر دو جریان و ولتاژ را ثابت نگه دارد، در این صورت جوشی که با سرعت کم زده شده است، بزرگتر از دیگری خواهد بود. معادله زیر یک معادله تقریبی برای محاسبه اندازه پایه جوش در جوش فیلت است.(Leg size)
   W = (h/500)^0.5
که طرف چپ معادله اندازه پایه جوش برحسب اینچ است. گرمای ورودی h برحسب kj/in است.
با وجود اینکه برای دستیابی به فرمول دقیقتر لازم است که تاثیر پارامتر های دیگر از جمله قطبیت و نوع فرایند را نیز مد نظر قرار داد، ولی این فرمول ابزار مهم و کارآمدی می باشد. به عنوان مثال اگر می خواهید که اندازه جوش فیلت کمتر باشد، لازم است که مقدار  حداقل گرمای ورودی را تعیین و کنترل نمود.