Wärmeeinbringen-Rechner (Schweißen)
Wärmeeinbringen in kJ/mm aus Spannung, Strom und Schweißgeschwindigkeit, mit EN-1011-Verfahrenswirkungsgraden — für WPS und CE-gekennzeichnete Arbeiten.
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Wie es berechnet wird
Die Wärmeeinbringung folgt der EN-1011-Formel Q (kJ/mm) = (U × I × 60) ÷ (v × 1000), wobei U die Lichtbogenspannung, I der Schweißstrom und v die Schweißgeschwindigkeit in mm/min ist. Das ×60 rechnet Ampere und Volt (Watt) in pro Minute gelieferte Energie um, und ÷1000 wandelt Joule in Kilojoule um, während die Längeneinheit in Millimetern bleibt. Manche Normen multiplizieren das Ergebnis zusätzlich mit einem Verfahrenswirkungsgrad k — 1,0 für Unterpulverschweißen, 0,8 für Elektrodenhandschweißen (MMA) und MIG/MAG, 0,6 für WIG —, um zu berücksichtigen, wie viel der Lichtbogenenergie tatsächlich das Werkstück erreicht und wie viel abstrahlt.
Rechenbeispiel: ein MIG-Schweißvorgang bei 24 V und 150 A mit einer Geschwindigkeit von 200 mm/min. Die rohe Wärmeeinbringung beträgt (24 × 150 × 60) ÷ (200 × 1000) = 216.000 ÷ 200.000 = 1,08 kJ/mm. Wendet man den MIG/MAG-Wirkungsgrad von 0,8 an, ergibt sich 0,8 × 1,08 ≈ 0,86 kJ/mm — genau die Zahl, die tatsächlich in den meisten WPS-Dokumenten steht und die dieser Rechner liefert.
Was Sie wissen sollten
Wärmeeinbringung ist ein direkter Zielkonflikt, kein einfacher „mehr ist besser" oder „weniger ist besser" Regler. Höhere Wärmeeinbringung ergibt tiefere Einbrandtiefe und eine breitere, glatter aussehende Naht, vergröbert aber auch das Kornsystem und verbreitert die Wärmeeinflusszone (WEZ) — den Bereich neben der Schweißnaht, der heiß genug wird, um seine Metallurgie zu verändern, ohne zu schmelzen. Eine grobkörnige WEZ hat eine geringere Kerbschlagzähigkeit, was bei feinkörnigen oder vergüteten Baustählen, die in kalten Klimazonen oder dynamisch belasteten Konstruktionen eingesetzt werden, enorm ins Gewicht fällt. Übermäßige Wärmeeinbringung bei dünnem Material erhöht zudem das Risiko von Durchbrand und Verzug durch ungleichmäßige Wärmeausdehnung.
Niedrigere Wärmeeinbringung vermeidet diese Vergröberung und hält den Verzug gering, weshalb dünnes Blech üblicherweise mit niedrigem Strom und hoher Schweißgeschwindigkeit geschweißt wird. Wird sie jedoch zu niedrig angesetzt, wird die Einbrandtiefe zu gering — die Naht kann an der Oberfläche gut aussehen, während im Wurzelbereich die Anbindung fehlt, und bei härtbaren Stählen kann eine schnelle Abkühlrate durch niedrige Wärmeeinbringung sogar das Risiko einer harten, rissanfälligen Zone und wasserstoffunterstützter Rissbildung erhöhen, besonders ohne ausreichende Vorwärmung.
- Es gibt einen optimalen Bereich, kein einzelnes Ziel, und dieser hängt von Materialdicke und Güte ab — ein WPS-Dokument gibt den qualifizierten Bereich für eine bestimmte Verbindung an, und dieser Rechner zeigt, wo eine gegebene Kombination aus Spannung, Strom und Geschwindigkeit tatsächlich innerhalb (oder außerhalb) davon liegt.
- Die amerikanische Praxis (AWS) gibt Wärmeeinbringung in kJ/in ohne k-Faktor an, da US-Normen den Wirkungsgrad üblicherweise anders definieren. Multiplizieren Sie einen kJ/mm-Wert mit 25,4, um den entsprechenden Wert in kJ/in für den Vergleich zwischen Normen zu erhalten.
- Die Schweißgeschwindigkeit ist die Zahl, die in der Werkstatt am leichtesten falsch ermittelt wird — messen Sie sie direkt (Nahtlänge ÷ Zeit) an einer echten Schweißraupe, statt sie vom Maschinendisplay abzulesen, da die tatsächliche Hand- oder Robotergeschwindigkeit oft vom programmierten Wert abweicht.
Häufig gestellte Fragen
Wie messe ich die Schweißgeschwindigkeit genau?
Stoppen Sie die Zeit für eine tatsächliche Schweißraupe über eine gemessene Länge: 300 mm in 90 Sekunden ergeben 200 mm/min. Bei mechanisierten oder robotergestützten Anlagen lesen Sie die eingestellte Geschwindigkeit des Wagens oder Programms direkt ab, statt zu schätzen — die manuelle Schweißgeschwindigkeit schwankt von Raupe zu Raupe mehr, als man erwartet.
Warum erhält WIG einen Wirkungsgradfaktor von 0,6, während Unterpulverschweißen 1,0 erhält?
Der Faktor stellt den Lichtbogenwirkungsgrad dar — wie viel der Lichtbogenenergie tatsächlich ins Grundmetall gelangt statt in die umgebende Luft abzustrahlen. Ein offener WIG-Lichtbogen verliert durch Strahlung und Konvektion etwa 40 %; ein Unterpulverbogen brennt verdeckt unter einer Pulverschicht, sodass fast keine seiner Energie entweicht, bevor sie das Werkstück erreicht.
Was ist ein typischer akzeptabler Bereich für die Wärmeeinbringung?
Allgemeiner Baustahl liegt üblicherweise bei 1,0-2,5 kJ/mm. Feinkörnige oder hochfeste niedriglegierte Stähle werden oft auf etwa 1,5 kJ/mm begrenzt, um die Zähigkeit zu schützen, und können zusätzlich einen Mindestwert tragen, der an Vorwärmanforderungen zur Vermeidung von Wasserstoffrissen gekoppelt ist. Das maßgebliche WPS-Dokument oder der Anwendungsstandard hat immer das letzte Wort.
Bestimmt die Wärmeeinbringung allein die Schweißqualität?
Nein — sie ist eine von mehreren Variablen, neben Vorwärm-/Zwischenlagentemperatur, Zusatzwerkstoffwahl, Nahtvorbereitung und Schutzgas. Die Wärmeeinbringung steuert vor allem Abkühlrate und Korngröße; eine Naht kann innerhalb des richtigen Wärmeeinbringungsbereichs liegen und trotzdem aus unabhängigen Gründen wie schlechter Passung oder Verunreinigung versagen.
Wie verändert die Materialdicke die angestrebte Wärmeeinbringung?
Dünneres Material braucht eine niedrigere Wärmeeinbringung, um Durchbrand und übermäßigen Verzug zu vermeiden, während dickere Querschnitte oft eine höhere Wärmeeinbringung vertragen — oder sogar erfordern —, um über die gesamte Verbindungsdicke ausreichende Einbrandtiefe und Anbindung zu erreichen. Deshalb gibt es keine einzelne „richtige" kJ/mm-Zahl unabhängig vom geschweißten Blech.
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