حاسبة تحضير حافة اللحام: الزاوية والفجوة والسن الاحتفاظي
تحضير الحافة هو القرار الذي يحدّد كم من معدن اللحام ستدفع، وكم من مارّة ستمرّ على الوصلة، وكم من حرارة ستضخّها في الفولاذ.
هذه الأداة تحسب مساحة مقطع التحضير من أبعادك الفعلية (السماكة t، زاوية السن α، الفتحة g، السن الاحتفاظي f)،
ثم تحوّلها إلى كيلوجرامات معدن مضاف لكل متر، ومنه إلى عدد المارّات والتكلفة — وتقارن زاويتك بـ
J-prep الأوروبي (37.4°) وV الأمريكي (60°) لتقول لك أين يذهب المال.
كل نتيجة مبنية على قانون هندسي واحد: A = ((g + w)/2)(t − f) + f·g مع
w = g + 2(t − f)·tan(α/2)، وقانون الكتلة
m(kg) = A(mm²) × 1000 مم × ρ ÷ 10⁹. في وصلة X يُستبدل عمق الوجه
(t − f) بـ (t/2 − f) ويُضرب الناتج في 2. لا رقم يخرج من الأداة بلا سطر يشرح من أين جاء.
المرجع: AWS D1.1 (جدول Fit-up + جدول التسخين المسبق) وEN ISO 9692 (نظام 37.4°) و
EN ISO 9013 (جودة سطح القطع) وEN 1090-2 (فئات التنفيذ EXC1–EXC3) ومنهجية
IIW للتسخين المسبق.
السماكة t
زاوية السن α
الفتحة g
السن f
مساحة المقطع A
كجم معدن لكل متر
عدد المارّات
التسخين المسبق Tp
محاكاة مقطع الوصلة (من مدخلاتك مباشرة)
المقطع المحسوب 87.7 مم² = 0.688 كجم لكل متر.
اللون الأزرق هو المعدن المضاف الذي تشتريه بالكيلوجرام، والخط المتقطع هو مقطع
J-prep (37.4°) بنفس الفتحة والسن — الفرق بينهما هو الفلوس التي تدفعها في كل متر. القوس المتحرك فوق القمة سرعته من
عرض القمة: كلما اتّسع المقطع زاد زمن القوس.
أبعاد التحضير (EN ISO 9692 / AWS D1.1)
تحضير جاهز من جدول AWS D1.1 (سن V بزاوية 60° — يعبّئ السماكة مع الفتحة والسن المرجعيين):
w = g + 2(t − f)·tan(α/2) · A = ((g + w)/2)(t − f) + f·g
تسري على حقل «طول الوصلة».
وضع الأنابيب (طول القوس = π × القطر)
الكثافة تدخل في الكتلة، ومعامل السعر يدخل في تكلفة المعدن المضاف.
سعر التحضير لكل متر (جنيه) — البلازما أدق وأغلى، والمشعل أرخص ويترك طبقة أكسدة.
القوانين المستخدمة (كل رقم في الأداة من هنا)
لماذا القسمة على 10⁹؟ المساحة بالممم² والطول بالممم يعطيان حجماً بالممم³، والكثافة بكجم/م³،
والمم³ = 10⁻⁹ م³. القسمة على 10⁶ (كما في بعض المراجع المنشورة) ترفع الرقم 1000 مرة — ملاحظة مسجّلة في سجل المشروع.
جدول التحضير المرجعي (سن V بزاوية 60° — فولاذ)
| السماكة t |
الفتحة g |
السن f |
عرض القمة w |
المساحة A (مم²) |
كجم لكل متر |
المارّات |
| 4 مم | 2.0 | 1.0 | 5.46 | 13.20 | 0.104 | 1 |
| 6 مم | 2.0 | 1.5 | 7.20 | 23.69 | 0.186 | 1 |
| 8 مم | 2.0 | 1.5 | 9.51 | 40.39 | 0.317 | 2 |
| 10 مم | 2.0 | 1.5 | 11.81 | 61.71 | 0.484 | 2 |
| 12 مم | 3.0 | 2.0 | 14.55 | 93.74 | 0.736 | 3 |
| 16 مم | 3.0 | 2.0 | 19.17 | 161.16 | 1.265 | 6 |
| 20 مم | 3.0 | 2.0 | 23.78 | 247.06 | 1.939 | 8 |
| 25 مم | 3.0 | 3.0 | 28.40 | 354.44 | 2.782 | 12 |
| 30 مم | 3.0 | 3.0 | 34.18 | 510.89 | 4.010 | 17 |
| 40 مم | 3.0 | 3.0 | 45.72 | 910.39 | 7.147 | 29 |
| 50 مم | 3.0 | 3.0 | 57.27 | 1,425.37 | 11.189 | 45 |
أثر زاوية السن α (t = 12 مم، g = 2 مم، f = 2 مم)
| الزاوية α | عرض القمة w | المساحة A (مم²) | كجم لكل متر | مقابل 60° |
|---|
| 30° | 7.36 | 50.79 | 0.399 | −37.9٪ |
| 37.4° (J أوروبي) | 8.77 | 57.85 | 0.454 | −29.2٪ |
| 45° | 10.28 | 65.42 | 0.514 | −20.0٪ |
| 60° (V أمريكي) | 13.55 | 81.74 | 0.642 | الأساس |
| 70° | 16.00 | 94.02 | 0.738 | +15.0٪ |
أثر الفتحة g (t = 12 مم، α = 60°، f = 2 مم)
| الفتحة g | المساحة A (مم²) | كجم لكل متر | مقابل g = 2 مم |
|---|
| 0 مم (بلا فتحة) | 57.74 | 0.453 | −29.4٪ |
| 2 مم | 81.74 | 0.642 | الأساس |
| 3 مم | 93.74 | 0.736 | +14.7٪ |
| 4 مم | 105.74 | 0.830 | +29.4٪ |
| 6 مم | 129.74 | 1.018 | +58.5٪ |
الفتحة تُضاف للمقطع كاملةً (وليست نصفها)، أي أن كل مم زيادة في الفتحة يضيف
12 مم² في السماكات الشائعة = 0.094 كجم لكل متر. في مشروع 200 متر من سن 12 مم،
الفتحة 6 مم بدل 2 مم تكلّف 37.6 كجم معدناً إضافياً.
X مقابل V (نفس السماكة — نفس الفتحة والسن)
| الحالة | V (مم²) | X (مم²) | التوفير في المعدن |
|---|
| 12 مم (g = 2، f = 2) | 81.74 | 42.48 | 48.0٪ |
| 20 مم (g = 3، f = 2) | 247.06 | 133.91 | 45.8٪ |
في X كل وجه يلحم نصف السماكة (t/2 − f) بزاوية α كاملة وفتحة جذر مشتركة —
لذلك مقطعه نحو نصف V (12 مم: 42.48 مقابل 81.74 مم²). التوفير مضاعف: نصف المعدن ونصف مارّات
التحضير، ويضاف إليه نصف التشوّه والتقلّص لأن المعدن يتوزع على وجهين ومركز الحرارة أقرب لسطح القطعة
(وهذا سببه في الجسور الثقيلة — EN 1090-2 — لا ثمن الأقطاب). الشرط: إمكانية القلب، وتثبيت القطع عند مارّة الجذر.
اللحام الزاوي: الضلع s مقابل الرقبة a
| الضلع s | الرقبة a = 0.707·s | A مفرد (مم²) | كجم/م مفرد | كجم/م مزدوج |
|---|
| 3 مم | 2.12 | 4.50 | 0.035 | 0.071 |
| 6 مم | 4.24 | 18.00 | 0.141 | 0.283 |
| 8 مم | 5.66 | 32.00 | 0.251 | 0.502 |
| 10 مم | 7.07 | 50.00 | 0.393 | 0.785 |
| 12 مم | 8.49 | 72.00 | 0.565 | 1.130 |
وصلة 10 مم بلحام زاوي مزدوج بضلع 10 مم تحتاج 0.785 كجم لكل متر مقابل 0.484 كجم لسن V في نفس السماكة —
أي +62٪ معدناً. هذا هو السبب الهندسي لتحويل السماكات فوق 8 مم إلى تحضير سن.
طول القوس في الأنابيب (L = π · D)
| قطر الماسورة | طول القوس | بالأمتار |
|---|
| 60.3 مم (2″) | 189 مم | 0.189 م |
| 114.3 مم (4″) | 359 مم | 0.359 م |
| 168.3 مم (6″) | 529 مم | 0.529 م |
| 219.1 مم (8″) | 688 مم | 0.688 م |
| 323.9 مم (12″) | 1,018 مم | 1.018 م |
أمثلة حرارة اللحام E = U × I × 60 ÷ v ÷ 1000
| العملية | U (فولت) | I (أمبير) | v (مم/د) | E (kJ/mm) | داخل حدود الفئة؟ |
|---|
| SMAW E7018 (3.2 مم) | 22 | 110 | 120 | 1.21 | نعم (كربوني 1.0–2.5) |
| SMAW (4 مم) | 24 | 150 | 100 | 2.16 | نعم (قرب الحد الأعلى) |
| MAG صلب (1.2 مم) | 20 | 180 | 300 | 2.16 | نعم |
| TIG (فولاذ 3 مم) | 15 | 150 | 90 | 1.50 | نعم |
| SAW غاطس | 32 | 500 | 600 | 1.60 | نعم (منخفض السبائك 0.8–1.75) |
| TIG ألومنيوم (6 مم) | 18 | 220 | 250 | 2.38 | نعم (معالَج حرارياً ≤ 2.5) |
المعايير: الولايات المتحدة · أوروبا · مصر
| البند | الولايات المتحدة | أوروبا | مصر |
|---|
| نظام الزوايا | سن V بزاوية 60° (AWS D1.1) | J بزاوية 37.4° (EN ISO 9692) | V 60° هو الأشيع في الورش |
| مواصفات Fit-up | جدول الفصل 4 في AWS D1.1 | EN ISO 9692 + EN ISO 17635 | AWS D1.1 في المشاريع المصدَّرة |
| جودة سطح القطع | غير مذكورة تفصيلاً | EN ISO 9013 (درجات J1–J4) | تُطبَّق في عقود EPC |
| التسخين المسبق | جدول AWS D1.1 (CE + السماكة + النوع) | منهجية IIW: T₀ + 5.3√t − 13 | نفس منهجية IIW في عقود الكباري |
| الفحص بعد اللحام | RT/UT اختياري في المنشآت | إلزامي في EXC2+ (EN 1090-2) | RT/UT في العقود الكبرى |
| فئة التنفيذ | — | EXC1 إلى EXC3 | تُطبَّق في مشاريع الهيكل المعدني |
| زاوية J المزدوجة | — | 37.4° + 37.4° = 74.8° (أقل من 90°) | يُقبل بها الاستشاري الأوروبي |
خلاصة المقارنة: نفس الوصلة بزاوية 37.4° تحتاج 0.454 كجم لكل متر مقابل
0.642 كجم بزاوية 60° في سماكة 12 مم — أي توفير 29.2٪ من المعدن،
وبنفس القدر من زمن القوس وعدد المارّات. الفرق أن J يحتاج برأس MIG (أو قوس مائل في SMAW) لاختراق السن المنحدر،
بينما V يدخل بأي ماكينة.
المراجع الأساسية (AWS · EN · IIW · Egypt)
AWS D1.1/D1.1M «Structural Welding Code — Steel»: جدول Fit-up (الفصل 4) لفتحة الجذر والسن الاحتفاظي وزاوية السن، وجدول التسخين المسبق حسب التكافؤ الكربوني والسماكة ونوع المنتج، وحدود Hi-Lo (10٪ من السماكة بحد 3 مم).
AWS B2.1 / AWS QC7: مواصفات WPS المعتمد الذي يحدّد التحضير المسموح به، وشهادة اللحام ISO 9606 (أوروبي) / AWS QC7 (أمريكي).
EN ISO 9692 «Welding — Recommendations for the preparation of weld edges»: نظام 37.4° للسماكات 10 إلى 60 مم، وأنماط Y و U و J و H.
EN ISO 9013 «Thermal cutting»: درجات جودة سطح القطع (J1 إلى J4) وحدود التعرج والتخلخل — القطع بالبلازما أو المشعل يدخل مباشرة في جودة الجذر.
EN 1090-2 «Execution of steel structures and aluminium structures»: فئات التنفيذ EXC1 إلى EXC3 وربطها بمتطلبات الفحص غير الإتلافي (RT/UT/MT/PT) — في EXC2 وما فوق يصبح الفحص بنداً مالياً إلزامياً.
IIW International Institute of Welding: معادلة التسخين المسبق T₀ من التركيب الكيميائي، وحدود حرارة اللحام حسب فئة الفولاذ (كربوني 1.0–2.5 · منخفض السبائك 0.8–1.75 · مُعالَج حرارياً 0.6–1.5 kJ/mm).
EN 1993-1-8 (Eurocode 3 الجزء 1-8): إجهادات اللحام المسموحة ونسبة 0.70 من حد الخضوع، وتصميم اللحام الزاوي بالرقبة الفعالة a = 0.707·s.
AISC 360 (الولايات المتحدة): حدود إجهاد اللحام 0.60 FEXX في ASD، وأطوال اللحام الفعالة.
الكود المصري لواجهات المنشآت الفولاذية + مواصفات الهيئة العامة للطرق والكباري: التسخين المسبق والفحص بالأشعة في الكباري المعدنية، مع تطبيق AWS D1.1 في العقود المصدَّرة.
الأسئلة الشائعة عن تحضير حافة اللحام
كم مساحة مقطع وصلة V لسماكة 12 مم؟
عند α = 60° و g = 3 مم و f = 2 مم: العرض العلوي w = 14.55 مم ومساحة المقطع A = 93.7 مم²، أي 0.736 كجم لكل متر = 3 مارّات (كل 0.25 كجم/م ≈ مارّة). عند g = 2 مم و f = 1.5 مم تنخفض المساحة إلى 87.7 مم² = 0.688 كجم/م.
كم يوفّر J-prep بزاوية 37.4° مقابل V 60°؟
في 12 مم (g = 2 مم، f = 2 مم): J-prep = 57.85 مم² (0.454 كجم/م) مقابل V 60° = 81.74 مم² (0.642 كجم/م) — توفير 29.2٪ من المعدن. عند g = 3 مم و f = 2 مم: 69.85 مقابل 93.74 مم² = 25.5٪. التوفير في المعدن يعني مارّات أقل وحرارة أقل وتشوهاً أقل، مقابل تحضير أدق وأطول زمنًا.
ما أثر فتحة الجذر g على الاستهلاك؟
كل مم في الفتحة مساحة كاملة في المقطع. في 12 مم بزاوية 60°: g = 2 مم → 81.74 مم² (0.642 كجم/م)، g = 3 مم → 93.74 (+14.7٪)، g = 4 مم → 105.74 (+29.4٪)، g = 6 مم → 129.74 مم² (1.018 كجم/م = +58.7٪). الفتحة الكبيرة تحتاج backing أو مارّة جذر خاصة، والفتحة تحت 1.5 مم مع سن كبير سبب مباشر لعدم انصهار الجذر.
كم السن الاحتفاظي (Root Face) المناسب؟
القاعدة 10–15٪ من السماكة: في 12 مم = 1.2–1.8 مم (المرجعي 2 مم)، وفي 20 مم = 2–3 مم، وفي 25 مم = 3 مم. السن فوق 3 مم يمنع اختراق الجذر ويترك وصلة غير كاملة، والسن صفر مع فتحة 3 مم فأكثر يجعل الجذر يغرق (burn-through).
كم مارّة يلزم لوصلة 25 مم؟
المارّة ≈ 0.25 كجم لكل متر من المعدن المضاف. وصلة V في 25 مم (g = 3 مم، f = 3 مم) = 354.4 مم² = 2.782 كجم/م → 12 مارّة. في 40 مم = 910.4 مم² = 7.147 كجم/م → 29 مارّة، وهنا يصبح X-prep أو J-prep ضرورة لا رفاهية.
هل X-prep أفضل من V في السماكات الكبيرة؟
نعم في السماكات ≥ 15 مم مع إمكانية القلب: في X كل وجه يلحم نصف السماكة (t/2 − f) بزاوية α كاملة، فالمقطع 2 × [((g + w)/2)(t/2 − f) + f·g]. عند 12 مم (g = 2، f = 2): 42.48 مم² مقابل 81.74 مم² لـ V — توفير 48٪، وعند 20 مم (g = 3، f = 2): 133.91 مقابل 247.06 مم² — توفير 45.8٪. يضاف إلى ذلك نصف زمن التحضير ونصف مارّات الجذر ونصف التشوّه، بشرط تثبيت القطع ومنع الانبعاج أثناء مارّة الجذر.
كم يحمل لحام زاوي s = 8 مم؟
الرقبة a = 0.707 × 8 = 5.66 مم. عند إجهاد مسموح 301 ميجا باسكال (70٪ من حد خضوع E7018 = 430): الوصلة المزدوجة (ساقان) تحمل 340.5 كN لكل 100 مم، والمفردة 170.3 كN. لحمل 360 كN يلزم 106 مم من اللحام المزدوج — أي 2 × 53 مم.
ما التسخين المسبق لـ S355J2 في سماكة 30 مم؟
CE = 0.467 و T₀ = 35.2 °م (منهجية IIW)، ومن Tp = T₀ + 5.3√t − 13 → Tp = 51.2 °م. لـ P22 (CE = 0.600) في 40 مم: T₀ = 30.2 و Tp = 50.7 °م. AWS D1.1 يفرض تسخيناً من 25 مم للفولاذ الكربوني، ومنهجية IIW تُخرج قيماً أعلى للفولاذ عالي التكافؤ — والتسخين يُقاس على السطح على بُعد 50 مم من القوس.
كيف أحسب حرارة اللحام E وما حدودها؟
E (kJ/mm) = U (فولت) × I (أمبير) × 60 ÷ v (مم/دقيقة) ÷ 1000. مثال: 22 فولت × 250 أمبير × 60 ÷ 200 ÷ 1000 = 1.65 kJ/mm. الحدود: الفولاذ الكربوني 1.0–2.5، منخفض السبائك 0.8–1.75 (AWS D1.1 يفرض ≤ 1.75 في مارّات التلبيس)، الستانلس والمُعالَج حرارياً 0.6–1.5. فوق 2.5 تنخفض متانة الأثر، وتحت 0.8 يبرد المفصل بسرعة وتظهر الشقوق.
كم يوفّر التحضير الأفضل من مال على مستوى المشروع؟
في 12 مم الفرق بين V 60° و J-prep 37.4° = 0.188 كجم لكل متر (0.736 مقابل 0.548 عند g = 3 مم، و 0.642 مقابل 0.454 عند g = 2 مم). بسعر سلك/قطب 45 جنيهاً للكيلو = 8.44 جنيهاً لكل متر، أي 1,688 جنيهاً في مشروع 200 متر — قبل حساب الغاز وزمن القوس والفحص.
ما الانحراف المسموح بين الحافتين (Hi-Lo)؟
10٪ من السماكة بحد أقصى 3 مم، وللسمككات ≤ 6 مم: 1.5 مم. في 12 مم الحد 1.2 مم، وفي 30 مم 3 مم (وليس 3.0 مم من 10٪ = 3.0). الانحراف فوق الحد يقلّل مقطع الوصلة الحامل ويترك نقص انصهار عند الجذر — صحّحه بالتثبيت لا بملء إضافي.
ما التمزّق الصفيحي (Lamellar Tearing) وكيف أمنعه؟
يظهر في الصفائح السميكة (≥ 25 مم) عند إجهاد شد عبر السماكة (لحام زاوي على وجه الصفيحة، وصلات T). الوقاية: تحضير J لتقليل الإجهاد، فولاذ بخصائص عبر السماكة (EN 10164 / Z-steels)، تسخين مسبق، مارّات أقل بملء أكبر، وتنظيف الحواف من الشوائب الممتدة.
