Calculadora de Soldagem - Corrente, Tensão e Aporte Térmico

Calculadora de soldagem

Uma calculadora de soldagem estima a corrente, a tensão, a velocidade de deslocamento e o aporte térmico necessários para uma solda a arco. Ela usa como base a espessura do material e o processo de soldagem utilizado. Esta ferramenta abrange quatro processos comuns: MIG (GMAW), TIG (GTAW), eletrodo revestido (SMAW) e arame tubular (FCAW).

Os resultados são regras práticas, não um procedimento de soldagem certificado. Eles se aplicam a materiais finos soldados em um único passe. Em materiais mais espessos, as fórmulas subjacentes saem de sua faixa de validade. Quando isso acontece, a calculadora exibe um aviso em vez de um número, sem fazer uma estimativa.

Como a calculadora funciona

Informe a espessura do material em milímetros e selecione um processo de soldagem. A calculadora calcula uma corrente recomendada e, em seguida, determina a tensão e a velocidade de deslocamento a partir dessa corrente e da espessura. Também é possível inserir a corrente diretamente. Nesse caso, a calculadora calcula inversamente a espessura adequada ao processo e depois deriva os demais valores.

Fórmula da corrente de soldagem

A corrente aumenta linearmente com a espessura. A taxa varia conforme o processo:

• MIG: $I = 40t$
• TIG: $I = 30t$
• Eletrodo revestido: $I = 35t$
• Arame tubular: $I = 38t$

I é a corrente em ampères. t é a espessura em milímetros.

Fórmula da tensão de soldagem

A tensão aumenta com a corrente:

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

V é a tensão em volts.

Fórmula da velocidade de deslocamento

A velocidade de deslocamento é a rapidez com que a tocha ou o eletrodo se move ao longo da junta, medida em milímetros por minuto. Ela diminui à medida que o material fica mais espesso:

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

S é a velocidade de deslocamento em milímetros por minuto.

Fórmula do aporte térmico

O aporte térmico mede a energia térmica fornecida por milímetro de solda, em quilojoules por milímetro (kJ/mm). A AWS D1.1 e a ASME IX o definem como energia do arco:

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

V é a tensão, I é a corrente em ampères e S é a velocidade de deslocamento em mm/min.

Um segundo valor, o aporte térmico ISO, vem da EN ISO 1011-1. Ele multiplica a energia do arco por um fator de eficiência térmica, k. Esse fator é um número inferior a 1. Ele estima quanto da energia do arco realmente entra no metal, em vez de ser perdida por radiação ou respingos.

$Q_i = k \times Q$

$Q_i$ é o aporte térmico ISO e k é o fator de eficiência térmica.

k é 0,8 para soldagem MIG, com eletrodo revestido e com arame tubular. Para TIG, é 0,6, pois o arco TIG transfere menos energia ao metal de base do que os outros três processos. Os códigos de soldagem divergem quanto ao valor que chamam de "aporte térmico". Deve ser informado o valor exigido pelo código aplicável.

Por que algumas entradas não produzem resultado

As fórmulas da corrente, da tensão e da velocidade de deslocamento são aproximações lineares. Elas só se aplicam a materiais finos soldados em um único passe. A soldagem a arco real opera com aproximadamente 0,5 a 5 kJ/mm de aporte térmico. Acima desse limite, não existe um procedimento de passe único. A junta precisa de vários passes, cada um mantido dentro dessa faixa.

A calculadora verifica essa condição. Se uma combinação de espessura e processo exigir uma energia do arco superior a 5 kJ/mm, ela exibirá um aviso em vez de um número. O mesmo ocorrerá se a fórmula resultar em uma velocidade de deslocamento igual ou inferior a zero. Soldar com um valor que a calculadora não exibiu pode causar perfuração, distorção excessiva ou uma junta reprovada na inspeção.

Exemplo prático

Um soldador está unindo uma chapa de aço-carbono de 5 mm com MIG.

1. Corrente: 5 × 40 = 200 A
2. Tensão: 14 + 200 / 25 = 22 V
3. Velocidade de deslocamento: 300 − 5 × 20 = 200 mm/min
4. Energia do 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

Ambos os valores estão dentro da faixa de 0,5–5 kJ/mm que um único passe de MIG pode produzir, portanto a calculadora retorna um resultado.

Compare isso com aço de 10 mm soldado da mesma maneira. As fórmulas exigem 400 A, 30 V e uma velocidade de deslocamento de 100 mm/min. Isso resulta em uma energia do arco de 7,2 kJ/mm, acima do limite de 5 kJ/mm. A calculadora exibe um aviso em vez desses números. Uma solda real em aço de 10 mm exige vários passes segundo um procedimento qualificado, não uma estimativa de passe único.

Faixas típicas de corrente e espessura por processo

Essas faixas descrevem a prática comum em oficinas. As fórmulas da calculadora estendem a mesma regra linear a cada processo, independentemente dos limites de uma máquina específica.

Dúvidas frequentes

O que é aporte térmico na soldagem? O aporte térmico é a energia térmica fornecida por milímetro de solda, em kJ/mm. Ele afeta a profundidade de penetração da solda, a velocidade de resfriamento e o quanto a estrutura do metal ao redor se altera.

Qual é a diferença entre o aporte térmico da AWS e o aporte térmico ISO? O aporte térmico segundo a AWS D1.1 e a ASME IX é a energia do arco: tensão vezes corrente vezes 60, dividido por 1000 vezes a velocidade de deslocamento. O aporte térmico ISO 1011-1 multiplica esse valor por um fator de eficiência térmica, k. O fator é 0,6 para TIG e 0,8 para os outros três processos. Isso produz um valor menor, que representa melhor a energia efetivamente absorvida pela junta.

Por que a calculadora exibe um aviso em vez de um resultado? As fórmulas são regras lineares que só funcionam para materiais finos soldados em um passe. Acima de uma energia do arco de aproximadamente 5 kJ/mm, ou quando a fórmula resulta em uma velocidade de deslocamento igual ou inferior a zero, nenhuma solda de passe único corresponde ao valor. A calculadora omite o resultado em vez de exibir um valor falso.

Posso inserir a corrente em vez da espessura? Sim. Ao inserir uma corrente, a calculadora estima a espessura adequada a essa corrente e depois calcula a tensão, a velocidade de deslocamento e o aporte térmico a partir dela.

Essas fórmulas funcionam para alumínio? As fórmulas se baseiam na prática de soldagem de aço. O alumínio conduz o calor para longe mais rapidamente que o aço, portanto geralmente exige cerca de 30% mais corrente que o aço da mesma espessura, além de argônio puro ou uma mistura de proteção de argônio e hélio.

Isto substitui uma especificação de procedimento de soldagem (WPS)? Não. Em trabalhos regidos por códigos, uma WPS qualificada, testada e documentada para a junta e o material específicos, tem precedência. A calculadora fornece um ponto de partida para a configuração inicial, não um procedimento certificado.

Referências

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. "Calculando o aporte térmico." twi-global.com.