Calculadora de Soldadura - Corriente, Voltaje e Input de Calor

Calculadora de soldadura

Una calculadora de soldadura estima la corriente, el voltaje, la velocidad de avance y el aporte térmico necesarios para una soldadura por arco. Funciona a partir del espesor del material y del proceso de soldadura utilizado. Esta herramienta abarca cuatro procesos comunes: MIG (GMAW), TIG (GTAW), electrodo revestido (SMAW) y alambre tubular (FCAW).

Los resultados son reglas prácticas, no un procedimiento de soldadura certificado. Son válidos para material delgado soldado en una sola pasada. En material más grueso, las fórmulas subyacentes salen de su rango de validez. Cuando ocurre esto, la calculadora muestra una advertencia en lugar de un número, en vez de hacer una estimación.

Cómo funciona la calculadora

Introduzca el espesor del material en milímetros y seleccione un proceso de soldadura. La calculadora calcula una corriente recomendada y, a partir de esa corriente y del espesor, determina el voltaje y la velocidad de avance. También se puede introducir directamente una corriente. En ese caso, la calculadora trabaja en sentido inverso para estimar el espesor adecuado para el proceso y después obtiene los demás valores.

Fórmula de la intensidad de corriente de soldadura

La corriente aumenta linealmente con el espesor. La proporción varía según el proceso:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Electrodo revestido: $I = 35t$
• Hilo tubular: $I = 38t$

I es la corriente en amperios. t es el espesor en milímetros.

Fórmula del voltaje de soldadura

El voltaje aumenta con la corriente:

• MIG: $V = 14 + \frac{I}{25}$
• TIG: $V = 10 + \frac{I}{40}$
• Electrodo revestido: $V = 20 + \frac{I}{50}$
• Hilo tubular: $V = 22 + \frac{I}{30}$

V es la tensión en voltios.

Fórmula de la velocidad de avance

La velocidad de avance es la rapidez con la que la antorcha o el electrodo se desplaza a lo largo de la unión, medida en milímetros por minuto. Disminuye a medida que aumenta el espesor del material:

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• Electrodo revestido: $S = 200 - 15t$
• Hilo tubular: $S = 250 - 18t$

S es la velocidad de avance en milímetros por minuto.

Fórmula del aporte térmico

El aporte térmico mide la energía térmica suministrada por milímetro de soldadura, en kilojulios por milímetro (kJ/mm). AWS D1.1 y ASME IX lo definen como energía del arco:

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

V es el voltaje, I es la corriente en amperios y S es la velocidad de avance en mm/min.

Una segunda magnitud, el aporte térmico ISO, procede de EN ISO 1011-1. Multiplica la energía del arco por un factor de eficiencia térmica, k. Este factor es inferior a 1. Estima qué cantidad de la energía del arco entra realmente en el metal, en lugar de perderse como radiación o salpicaduras.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ es la entrada de calor según la norma ISO y k es el factor de eficiencia térmica.

k es 0,8 para la soldadura MIG, con electrodo revestido y con alambre tubular. Es 0,6 para TIG, porque un arco TIG transfiere al metal base menos energía que los otros tres procesos. Los códigos de soldadura difieren en cuál de las dos magnitudes denominan «aporte térmico». Debe informarse la que exija el código aplicable.

Por qué algunas entradas no producen ningún resultado

Las fórmulas de corriente, voltaje y velocidad de avance son aproximaciones lineales. Solo son válidas para material delgado soldado en una sola pasada. La soldadura por arco real funciona aproximadamente entre 0,5 y 5 kJ/mm de aporte térmico. Por encima de ese límite, no existe un procedimiento de una sola pasada. La unión necesita varias pasadas, cada una dentro de ese intervalo.

La calculadora comprueba este límite. Si una combinación de espesor y proceso requiriera una energía del arco superior a 5 kJ/mm, muestra una advertencia en lugar de un número. Hace lo mismo si la fórmula produce una velocidad de avance igual o inferior a cero. Soldar con un valor que la calculadora no haya mostrado puede causar una perforación por quemadura, deformación excesiva o una unión que no supere la inspección.

Ejemplo resuelto

Un soldador está uniendo una placa de acero dulce de 5 mm con MIG.

1. Corriente: 5 × 40 = 200 A
2. Voltaje: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. Velocidad de avance: 300 − 5 × 20 = 200 mm/min
4. Energía del arco (aporte térmico AWS/ASME): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1,32 kJ/mm
5. Aporte térmico ISO: 0,8 × 1,32 = 1,06 kJ/mm

Ambas magnitudes están dentro del intervalo de 0,5–5 kJ/mm que puede producir una sola pasada MIG, por lo que la calculadora devuelve un resultado.

Compárese con acero de 10 mm soldado de la misma manera. Las fórmulas exigen 400 A, 30 V y una velocidad de avance de 100 mm/min. Esto da una energía del arco de 7,2 kJ/mm, por encima del límite de 5 kJ/mm. La calculadora muestra una advertencia en lugar de esos números. Una soldadura real en acero de 10 mm necesita varias pasadas conforme a un procedimiento cualificado, no una estimación de una sola pasada.

Rangos habituales de corriente y espesor por proceso

Estos rangos describen la práctica habitual en talleres. Las fórmulas de la calculadora extienden la misma regla lineal a cada proceso, independientemente de los límites de una máquina concreta.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el aporte térmico en soldadura? El aporte térmico es la energía térmica suministrada por milímetro de soldadura, en kJ/mm. Afecta a la profundidad de penetración de la soldadura, a la rapidez con la que se enfría y a cuánto cambia la estructura del metal circundante.

¿Qué diferencia hay entre el aporte térmico según AWS y el aporte térmico según ISO? El aporte térmico de AWS D1.1 y ASME IX es la energía del arco: el voltaje multiplicado por la corriente y por 60, dividido por 1000 multiplicado por la velocidad de avance. El aporte térmico ISO 1011-1 multiplica esa magnitud por un factor de eficiencia térmica, k. El factor es 0,6 para TIG y 0,8 para los otros tres procesos. Produce un valor menor que refleja mejor la energía que absorbe realmente la unión.

¿Por qué la calculadora muestra una advertencia en lugar de un resultado? Las fórmulas son reglas lineales que solo funcionan para material delgado soldado en una pasada. Por encima de una energía del arco de aproximadamente 5 kJ/mm, o cuando la fórmula da una velocidad de avance igual o inferior a cero, ninguna soldadura de una sola pasada corresponde al valor. La calculadora omite el resultado en vez de mostrar uno falso.

¿Puedo introducir la corriente en lugar del espesor? Sí. Al introducir una corriente, la calculadora estima el espesor adecuado para ella y después calcula el voltaje, la velocidad de avance y el aporte térmico a partir de ese valor.

¿Funcionan estas fórmulas para el aluminio? Las fórmulas se basan en la práctica de soldadura del acero. El aluminio conduce el calor hacia fuera más rápidamente que el acero, por lo que generalmente necesita alrededor de 30 % más corriente que el acero del mismo espesor, además de argón puro o un gas protector de argón y helio.

¿Es esto un sustituto de una especificación del procedimiento de soldadura (WPS)? No. En trabajos sujetos a códigos, prevalece una WPS cualificada, probada y documentada para la unión y el material específicos. La calculadora proporciona un punto de partida para la configuración inicial, no un procedimiento certificado.

Referencias

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, 8.ª ed. Cengage Learning, 2021.
4. TWI Ltd. «Calculating Heat Input». twi-global.com.