Calculadora de Soldadura - Corrent, Voltatge i Entrada de Calor

Calculadora de soldadura

Una calculadora de soldadura estima la intensitat, la tensió, la velocitat d’avanç i l’aportació tèrmica necessàries per a una soldadura per arc. Funciona a partir del gruix del material i del procés de soldadura utilitzat. Aquesta eina cobreix quatre processos habituals: MIG (GMAW), TIG (GTAW), amb elèctrode revestit (SMAW) i amb fil tubular (FCAW).

Els resultats són regles pràctiques, no un procediment de soldadura certificat. Són vàlids per a materials prims soldats en una sola passada. En materials més gruixuts, les fórmules subjacents queden fora del seu interval de validesa. Quan passa això, la calculadora mostra un avís en lloc d’un número, en comptes de fer una estimació.

Com funciona la calculadora

Introduïu el gruix del material en mil·límetres i seleccioneu un procés de soldadura. La calculadora calcula una intensitat recomanada i, a continuació, determina la tensió i la velocitat d’avanç a partir d’aquesta intensitat i del gruix. També es pot introduir directament una intensitat. En aquest cas, la calculadora treballa en sentit invers per estimar el gruix adequat per al procés i després en deriva la resta de valors.

Fórmula de la intensitat de soldadura

La intensitat augmenta linealment amb el gruix. La proporció varia segons el procés:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Amb elèctrode revestit: $I = 35t$
• Amb fil tubular: $I = 38t$

I és la intensitat en amperes. t és el gruix en mil·límetres.

Fórmula de la tensió de soldadura

La tensió augmenta amb la intensitat:

• MIG: $V = 14 + \frac{I}{25}$
• TIG: $V = 10 + \frac{I}{40}$
• Amb elèctrode revestit: $V = 20 + \frac{I}{50}$
• Amb fil tubular: $V = 22 + \frac{I}{30}$

V és la tensió en volts.

Fórmula de la velocitat d’avanç

La velocitat d’avanç és la velocitat a la qual la torxa o l’elèctrode es desplaça al llarg de la junta, mesurada en mil·límetres per minut. Disminueix a mesura que augmenta el gruix del material:

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• Amb elèctrode revestit: $S = 200 - 15t$
• Amb fil tubular: $S = 250 - 18t$

S és la velocitat d’avanç en mil·límetres per minut.

Fórmula de l’aportació tèrmica

L’aportació tèrmica mesura l’energia tèrmica subministrada per mil·límetre de soldadura, en quilojoules per mil·límetre (kJ/mm). Les normes AWS D1.1 i ASME IX la defineixen com l’energia de l’arc:

$Q = \frac{V \times I \times 60}{1000 \times S}$

V és la tensió, I és la intensitat en amperes i S és la velocitat d’avanç en mm/min.

Una segona magnitud, l’aportació tèrmica ISO, prové de l’EN ISO 1011-1. Multiplica l’energia de l’arc per un factor d’eficiència tèrmica, k. Aquest factor és inferior a 1. Estima quina part de l’energia de l’arc entra realment al metall, en lloc de perdre’s en forma de radiació o esquitxades.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ és l’aportació tèrmica ISO i k és el factor d’eficiència tèrmica.

k és 0,8 per a la soldadura MIG, amb elèctrode revestit i amb fil tubular. És 0,6 per a la soldadura TIG, perquè un arc TIG transfereix menys energia al metall base que els altres tres processos. Els codis de soldadura difereixen sobre quina magnitud anomenen «aportació tèrmica». Cal indicar la que exigeixi el codi aplicable.

Per què algunes entrades no donen cap resultat

Les fórmules de la intensitat, la tensió i la velocitat d’avanç són aproximacions lineals. Només són vàlides per a materials prims soldats en una sola passada. En la soldadura real per arc, l’aportació tèrmica sol situar-se entre 0,5 i 5 kJ/mm. Per sobre d’aquest límit, no existeix cap procediment d’una sola passada. La junta necessita diverses passades, cadascuna dins d’aquest interval.

La calculadora ho comprova. Si una combinació de gruix i procés requerís una energia de l’arc superior a 5 kJ/mm, mostra un avís en lloc d’un número. Fa el mateix si la fórmula dona una velocitat d’avanç igual o inferior a zero. Soldar amb un valor que la calculadora no ha mostrat comporta el risc de perforació, una deformació excessiva o una junta que no superi la inspecció.

Exemple resolt

Un soldador uneix una planxa d’acer suau de 5 mm amb MIG.

1. Intensitat: 5 × 40 = 200 A
2. Tensió: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. Velocitat d’avanç: 300 − 5 × 20 = 200 mm/min
4. Energia de l’arc (aportació tèrmica AWS/ASME): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1,32 kJ/mm
5. Aportació tèrmica ISO: 0,8 × 1,32 = 1,06 kJ/mm

Ambdues magnituds es troben dins de l’interval de 0,5–5 kJ/mm que pot produir una sola passada MIG, de manera que la calculadora dona un resultat.

Compareu-ho amb acer de 10 mm soldat de la mateixa manera. Les fórmules indiquen 400 A, 30 V i una velocitat d’avanç de 100 mm/min. Això dona una energia de l’arc de 7,2 kJ/mm, per sobre del límit de 5 kJ/mm. La calculadora mostra un avís en lloc d’aquests números. Una soldadura real en acer de 10 mm necessita diverses passades segons un procediment qualificat, no una estimació d’una sola passada.

Intervals típics d’intensitat i gruix per procés

Aquests intervals descriuen la pràctica habitual als tallers. Les fórmules de la calculadora estenen la mateixa regla lineal a cada procés, independentment dels límits d’una màquina concreta.

Preguntes freqüents

Què és l’aportació tèrmica en la soldadura? L’aportació tèrmica és l’energia tèrmica subministrada per mil·límetre de soldadura, en kJ/mm. Afecta la profunditat de penetració de la soldadura, la velocitat de refredament i el grau en què canvia l’estructura del metall circumdant.

Quina diferència hi ha entre l’aportació tèrmica AWS i l’aportació tèrmica ISO? L’aportació tèrmica segons AWS D1.1 i ASME IX és l’energia de l’arc: la tensió multiplicada per la intensitat i per 60, dividida per 1000 multiplicat per la velocitat d’avanç. L’aportació tèrmica ISO 1011-1 multiplica aquesta magnitud per un factor d’eficiència tèrmica, k. El factor és 0,6 per al TIG i 0,8 per als altres tres processos. Dona un valor inferior que reflecteix millor l’energia que la junta absorbeix realment.

Per què la calculadora mostra un avís en lloc d’un resultat? Les fórmules són regles lineals que només funcionen per a materials prims soldats en una sola passada. Per sobre d’una energia de l’arc d’aproximadament 5 kJ/mm, o quan la fórmula dona una velocitat d’avanç igual o inferior a zero, cap soldadura d’una sola passada correspon al valor. La calculadora no dona el resultat per evitar mostrar-ne un de fals.

Puc introduir la intensitat en lloc del gruix? Sí. En introduir una intensitat, la calculadora estima el gruix adequat per a aquesta intensitat i després calcula la tensió, la velocitat d’avanç i l’aportació tèrmica a partir d’aquí.

Aquestes fórmules funcionen per a l’alumini? Les fórmules es basen en la pràctica de soldadura de l’acer. L’alumini dissipa la calor més ràpidament que l’acer, de manera que generalment necessita aproximadament 30 % més intensitat que l’acer del mateix gruix, juntament amb argó pur o un gas de protecció d’argó i heli.

Això substitueix una especificació del procediment de soldadura (WPS)? No. En treballs regulats per un codi, preval una WPS qualificada, assajada i documentada per a la junta i el material específics. La calculadora proporciona un punt de partida per a la configuració inicial, no un procediment certificat.

Referències

1. American Welding Society. AWS D1.1/D1.1M Structural Welding Code — Steel.
2. International Organization for Standardization. EN ISO 1011-1, Recommendations for welding of metallic materials.
3. Jeffus, L. Welding: Principles and Applications, 8a ed. Cengage Learning, 2021.
4. TWI Ltd. «Calculating Heat Input». twi-global.com.