Calcolatore di Apporto Termico di Saldatura
Apporto termico in kJ/mm da tensione, corrente e velocità di avanzamento, con i fattori di rendimento di processo EN 1011 — per WPS e lavori con marcatura CE.
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Come si calcola
L'apporto termico segue la formula EN 1011 HI (kJ/mm) = (U × I × 60) ÷ (v × 1000), dove U è la tensione d'arco, I è la corrente di saldatura, e v è la velocità di avanzamento in mm/min. Il ×60 converte ampere e volt (watt) in energia erogata al minuto, e ÷1000 converte i joule in kilojoule mantenendo l'unità di lunghezza in millimetri. Alcune norme moltiplicano il risultato per un fattore di rendimento di processo k — 1,0 per l'arco sommerso, 0,8 per MMA/elettrodo e MIG/MAG, 0,6 per TIG — per tenere conto di quanta energia dell'arco raggiunge effettivamente la lamiera rispetto a quanta si irradia via.
Esempio pratico: una saldatura MIG eseguita a 24 V e 150 A, con avanzamento a 200 mm/min. L'apporto termico grezzo è (24 × 150 × 60) ÷ (200 × 1000) = 216.000 ÷ 200.000 = 1,08 kJ/mm. Applicando il fattore di rendimento MIG/MAG di 0,8 si ottiene 0,8 × 1,08 ≈ 0,86 kJ/mm — il numero che effettivamente compare nella maggior parte dei documenti WPS e che questo calcolatore restituisce.
Cosa dovresti sapere
L'apporto termico è un compromesso diretto, non una semplice manopola "più è meglio" o "meno è meglio". Un apporto termico più alto dà una penetrazione più profonda e un cordone più largo e dall'aspetto più liscio, ma ingrossa anche la struttura del grano e allarga la zona termicamente alterata (ZTA) — la regione accanto alla saldatura che si scalda abbastanza da modificare la propria metallurgia senza fondere. Una ZTA a grana grossa ha una tenacità all'urto inferiore, il che conta enormemente sugli acciai strutturali a grana fine o bonificati usati in climi freddi o in strutture soggette a carichi dinamici. Un apporto termico eccessivo su materiale sottile aumenta anche il rischio di sfondamento e distorsione dovuti a una dilatazione termica non uniforme.
Un apporto termico più basso evita quell'ingrossamento e mantiene bassa la distorsione, motivo per cui la lamiera sottile viene solitamente saldata con corrente bassa e velocità di avanzamento rapida. Ma se viene abbassato troppo la penetrazione diventa insufficiente — la saldatura può apparire a posto in superficie ma mancare di fusione alla radice, e sugli acciai temprabili una velocità di raffreddamento rapida dovuta a un basso apporto termico può in realtà aumentare il rischio di una zona dura e suscettibile alla cricca, oltre alla cricca da idrogeno, specialmente senza un adeguato preriscaldo.
- Esiste un intervallo ottimale, non un unico valore obiettivo, e dipende dallo spessore e dal grado del materiale — un documento WPS indica l'intervallo qualificato per un giunto specifico, e questo calcolatore ti dice dove ricade effettivamente una data combinazione di tensione/corrente/velocità al suo interno (o al suo esterno).
- La prassi americana (AWS) riporta l'apporto termico in kJ/in senza un fattore k, poiché i codici statunitensi definiscono tipicamente il rendimento in modo diverso. Moltiplica un valore in kJ/mm per 25,4 per ottenere l'equivalente in kJ/in per un confronto tra norme.
- La velocità di avanzamento è il numero più facile da sbagliare in officina — misurala direttamente (lunghezza della saldatura ÷ tempo) su un passaggio reale anziché leggerla da un quadrante della macchina, poiché la velocità effettiva manuale o robotica spesso si discosta dal valore programmato.
Domande Frequenti
Come misuro con precisione la velocità di avanzamento?
Cronometra un passaggio di saldatura reale su una lunghezza misurata: 300 mm percorsi in 90 secondi corrispondono a 200 mm/min. Su impianti meccanizzati o robotizzati, leggi direttamente la velocità impostata sul carrello o nel programma anziché stimarla — la velocità di saldatura manuale varia più di quanto ci si aspetti da un passaggio all'altro.
Perché il TIG riceve un fattore di rendimento di 0,6 mentre l'arco sommerso riceve 1,0?
Il fattore rappresenta il rendimento dell'arco — quanta dell'energia dell'arco entra effettivamente nel metallo base rispetto a quanta si irradia nell'aria circostante. Un arco TIG aperto perde circa il 40% per irraggiamento e convezione; un arco sommerso brucia nascosto sotto uno strato di flusso, quindi quasi nessuna della sua energia si disperde prima di raggiungere la lamiera.
Qual è un intervallo tipico di apporto termico accettabile?
L'acciaio da carpenteria generica si colloca comunemente tra 1,0 e 2,5 kJ/mm. Gli acciai a grana fine o ad alta resistenza basso legati sono spesso limitati a circa 1,5 kJ/mm per proteggere la tenacità, e possono anche avere un apporto termico minimo legato ai requisiti di preriscaldo che prevengono la cricca da idrogeno. La norma WPS o applicativa vigente ha sempre l'ultima parola.
L'apporto termico da solo determina la qualità della saldatura?
No — è una variabile tra diverse altre, insieme a temperatura di preriscaldo/interpass, scelta del metallo d'apporto, preparazione del giunto e gas di protezione. L'apporto termico governa principalmente la velocità di raffreddamento e la dimensione del grano; una saldatura può rientrare nell'intervallo di apporto termico corretto e comunque fallire per ragioni non correlate come un cattivo accoppiamento o contaminazione.
In che modo lo spessore del materiale modifica l'apporto termico obiettivo?
Il materiale più sottile richiede un apporto termico più basso per evitare lo sfondamento e una distorsione eccessiva, mentre le sezioni più spesse spesso tollerano — o addirittura richiedono — un apporto termico più alto per ottenere una penetrazione e una fusione adeguate attraverso l'intero spessore del giunto. Questo è il motivo per cui non esiste un unico numero kJ/mm "corretto" indipendente dalla lamiera che viene saldata.
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