Calcolatore per Saldatura - Corrente, Tensione e Apporto Termico

Calcolatore di saldatura

Un calcolatore di saldatura stima la corrente, la tensione, la velocità di avanzamento e l'apporto termico necessari per una saldatura ad arco. Utilizza lo spessore del materiale e il processo di saldatura impiegato. Questo strumento copre quattro processi comuni: MIG (GMAW), TIG (GTAW), elettrodo rivestito (SMAW) e filo animato (FCAW).

I risultati sono indicativi, non costituiscono una procedura di saldatura certificata. Sono validi per materiali sottili saldati in un'unica passata. Con materiali più spessi, le formule sottostanti escono dal loro intervallo di validità. In tal caso, il calcolatore mostra un avviso invece di un numero, anziché fare una stima.

Come funziona il calcolatore

Inserire lo spessore del materiale in millimetri e selezionare un processo di saldatura. Il calcolatore determina una corrente consigliata, quindi ricava la tensione e la velocità di avanzamento a partire da quella corrente e dallo spessore. È anche possibile inserire direttamente una corrente. In tal caso, il calcolatore procede a ritroso per stimare lo spessore adatto al processo, quindi ricava gli altri valori.

Formula della corrente di saldatura

La corrente aumenta linearmente con lo spessore. Il coefficiente varia in base al processo:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Elettrodo rivestito: $I = 35t$
• Filo animato: $I = 38t$

I è la corrente in ampere. t è lo spessore in millimetri.

Formula della tensione di saldatura

La tensione aumenta con la corrente:

• MIG: $V = 14 + \frac{I}{25}$
• TIG: $V = 10 + \frac{I}{40}$
• Elettrodo rivestito: $V = 20 + \frac{I}{50}$
• Filo animato: $V = 22 + \frac{I}{30}$

V è la tensione in volt.

Formula della velocità di avanzamento

La velocità di avanzamento indica la rapidità con cui la torcia o l'elettrodo si sposta lungo il giunto, misurata in millimetri al minuto. Diminuisce all'aumentare dello spessore del materiale:

• MIG: $S = 300 - 20t$
• TIG: $S = 150 - 10t$
• Elettrodo rivestito: $S = 200 - 15t$
• Filo animato: $S = 250 - 18t$

S è la velocità di avanzamento in millimetri al minuto.

Formula dell'apporto termico

L'apporto termico esprime l'energia termica fornita per millimetro di saldatura, in kilojoule per millimetro (kJ/mm). AWS D1.1 e ASME IX lo definiscono come energia d'arco:

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

V è la tensione, I è la corrente in ampere, S è la velocità di avanzamento in mm/min.

Un secondo valore, l'apporto termico ISO, deriva dalla norma EN ISO 1011-1. Esso moltiplica l'energia d'arco per un fattore di efficienza termica, k. Questo fattore è un numero inferiore a 1. Stima la quantità di energia dell'arco che entra effettivamente nel metallo, invece di disperdersi sotto forma di radiazione o spruzzi.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ è l'apporto termico ISO e k è il fattore di efficienza termica.

k è 0,8 per la saldatura MIG, con elettrodo rivestito e a filo animato. È 0,6 per la saldatura TIG, perché l'arco TIG trasferisce nel metallo base una quantità di energia inferiore rispetto agli altri tre processi. I codici di saldatura differiscono sul valore che definiscono «apporto termico». Deve essere riportato quello richiesto dal codice applicabile.

Perché alcuni dati non producono risultati

Le formule della corrente, della tensione e della velocità di avanzamento sono approssimazioni lineari. Sono valide solo per materiali sottili saldati in un'unica passata. Nella saldatura ad arco reale, l'apporto termico è generalmente compreso tra 0,5 e 5 kJ/mm. Oltre questo limite superiore non esiste una procedura a passata singola. Il giunto richiede più passate, ciascuna mantenuta entro tale intervallo.

Il calcolatore verifica questo aspetto. Se una combinazione di spessore e processo richiederebbe un'energia d'arco superiore a 5 kJ/mm, mostra un avviso invece di un numero. Fa lo stesso se la formula restituisce una velocità di avanzamento pari o inferiore a zero. Saldare a un valore che il calcolatore non ha mostrato comporta il rischio di sfondamento, deformazione eccessiva o di un giunto che non supera l'ispezione.

Esempio di calcolo

Un saldatore sta unendo una lamiera di acciaio dolce di 5 mm con il processo MIG.

1. Corrente: 5 × 40 = 200 A
2. Tensione: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. Velocità di avanzamento: 300 − 5 × 20 = 200 mm/min
4. Energia d'arco (apporto termico AWS/ASME): (22 × 200 × 60) / (1000 × 200) = 1,32 kJ/mm
5. Apporto termico ISO: 0,8 × 1,32 = 1,06 kJ/mm

Entrambi i valori rientrano nell'intervallo di 0,5–5 kJ/mm che una singola passata MIG può produrre, quindi il calcolatore restituisce un risultato.

Si consideri invece una lamiera d'acciaio di 10 mm saldata nello stesso modo. Le formule richiedono 400 A, 30 V e una velocità di avanzamento di 100 mm/min. Ne risulta un'energia d'arco di 7,2 kJ/mm, superiore al limite di 5 kJ/mm. Il calcolatore mostra un avviso invece di questi valori. Una saldatura reale su acciaio di 10 mm richiede più passate secondo una procedura qualificata, non una stima per una singola passata.

Intervalli tipici di corrente e spessore per processo

Questi intervalli descrivono la pratica comune in officina. Le formule del calcolatore estendono la stessa regola lineare a ciascun processo, indipendentemente dai limiti di una specifica macchina.

Domande frequenti

Che cos'è l'apporto termico nella saldatura? L'apporto termico è l'energia termica fornita per millimetro di saldatura, in kJ/mm. Influisce sulla profondità di penetrazione della saldatura, sulla velocità di raffreddamento e sull'entità delle modifiche alla struttura del metallo circostante.

Qual è la differenza tra l'apporto termico AWS e quello ISO? L'apporto termico secondo AWS D1.1 e ASME IX è l'energia d'arco: tensione moltiplicata per corrente e 60, divisa per 1000 moltiplicato per la velocità di avanzamento. L'apporto termico ISO 1011-1 moltiplica tale valore per un fattore di efficienza termica, k. Il fattore è 0,6 per il TIG e 0,8 per gli altri tre processi. Produce un valore inferiore, che riflette meglio l'energia effettivamente assorbita dal giunto.

Perché il calcolatore mostra un avviso invece di un risultato? Le formule sono regole lineari valide solo per materiali sottili saldati in un'unica passata. Oltre un'energia d'arco di circa 5 kJ/mm, oppure quando la formula restituisce una velocità di avanzamento pari o inferiore a zero, nessuna saldatura a passata singola corrisponde al valore. Il calcolatore omette il risultato invece di mostrare un valore falso.

È possibile inserire la corrente invece dello spessore? Sì. Inserendo una corrente, il calcolatore stima lo spessore adatto a quella corrente, quindi calcola la tensione, la velocità di avanzamento e l'apporto termico a partire da tale valore.

Queste formule funzionano per l'alluminio? Le formule si basano sulla pratica della saldatura dell'acciaio. L'alluminio disperde il calore più rapidamente dell'acciaio, quindi generalmente richiede circa 30% di corrente in più rispetto all'acciaio dello stesso spessore, oltre a un gas di protezione composto da argon puro o da argon ed elio.

Questo strumento può sostituire una specifica della procedura di saldatura (WPS)? No. Per i lavori regolamentati da codici, prevale una WPS qualificata, verificata e documentata per lo specifico giunto e materiale. Il calcolatore fornisce un punto di partenza per la configurazione iniziale, non una procedura certificata.

Riferimenti

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.