Calcular a energia de soldadura

A energia de soldadura liga as tuas regulações à metalurgia: dela dependem a velocidade de arrefecimento, a estrutura do cordão e a necessidade de pré-aquecer. Os procedimentos limitam-na dos dois lados.

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A fórmula

Q = k · (U · I · 60) / (v · 1000), com U a tensão do arco em volts, I a corrente em amperes, v a velocidade em mm/min e k o rendimento térmico do processo.

Os rendimentos são os da ISO/TR 18491 e da EN 1011-1. Sem o coeficiente, o resultado chama-se energia do arco e não energia de soldadura: em documentação não são intercambiáveis, e confundi-los é uma maneira comum de ver uma WPS devolvida.

Como calcular a energia de soldadura: exemplos passo a passo

Cada exemplo usa os números que escreverias na calculadora acima, e os resultados são exactamente os que ela mostra: energia do arco e energia de soldadura em kJ/mm, arredondadas a duas casas decimais. A calculadora não dá kJ/cm — multiplica o valor em kJ/mm por 10.

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Exemplo 1: os valores por omissão (eléctrodo revestido 111)

150 A, 24 V, 150 mm/min, processo MMA com k = 0,8. Primeiro passo, energia do arco: E = 24 · 150 · 60 / (150 · 1000) = 1,44 kJ/mm. Segundo passo, energia de soldadura: Q = 0,8 · 1,44 = 1,15 kJ/mm, ou seja, 11,5 kJ/cm. O resultado fica na faixa verde de 0,5–2,5 kJ/mm. Se introduzires um comprimento de cordão de 1 m, a calculadora junta o tempo de arco: 1000 mm a 150 mm/min são 6,7 min.

Exemplo 2: MAG 135 a 220 A, 24 V e 30 cm/min

A velocidade vem em cm/min e a calculadora quer mm/min: 30 cm/min = 300 mm/min. Energia do arco E = 24 · 220 · 60 / (300 · 1000) = 1,06 kJ/mm (sem arredondar, 1,056). Na tabela desta página o MAG tem k = 0,8, logo Q = 0,8 · 1,056 = 0,84 kJ/mm = 8,4 kJ/cm. Uma pequena armadilha: a calculadora multiplica a energia do arco não arredondada. Se à mão multiplicares o 1,06 mostrado por 0,8, obténs 0,848 e arredondas para 0,85 — diferença inofensiva, mas quem comparar a tua folha com a calculadora vai perguntar.

Exemplo 3: eléctrodo 111 de 3,2 mm a 15 cm/min

A tabela de correntes para eléctrodos dá 90–140 A para 3,2 mm; tomamos 125 A. Muitas máquinas de eléctrodo não mostram a tensão, por isso para uma estimativa rápida serve a regra das perguntas em baixo: U ≈ 20 + 0,04 · 125 = 25 V. Velocidade 15 cm/min = 150 mm/min. Energia do arco E = 25 · 125 · 60 / (150 · 1000) = 1,25 kJ/mm, energia de soldadura Q = 0,8 · 1,25 = 1,00 kJ/mm = 10,0 kJ/cm. Para um documento, esses 25 V têm de ser substituídos por um valor medido — como medir, mais abaixo.

Exemplo 4: TIG 141 em chapa de 2 mm

A tabela de parâmetros dá 50–90 A para 1,5–2,0 mm; tomamos 90 A. A tensão do arco TIG não se regula na máquina, resulta do comprimento do arco, por isso tem de ser medida — suponhamos que o voltímetro mostra 11 V. A 60 mm/min (1 mm/s) a energia do arco é E = 11 · 90 · 60 / (60 · 1000) = 0,99 kJ/mm. Com k = 0,6: Q = 0,6 · 0,99 = 0,59 kJ/mm = 5,9 kJ/cm, a faixa de «material fino». Se por engano deixares o selector em MIG/MAG, os mesmos parâmetros dão 0,79 kJ/mm — no papel, um terço a mais para exactamente o mesmo cordão.

Exemplo 5: arco submerso 121

Suponhamos um passe com um só fio a 500 A, 30 V e 500 mm/min. Energia do arco E = 30 · 500 · 60 / (500 · 1000) = 1,80 kJ/mm. O arco submerso tem k = 1,0, portanto a energia de soldadura é igual à energia do arco: 1,80 kJ/mm = 18,0 kJ/cm. É o único processo em que trocar os dois números não faz mal.

Unidades: mm/s, cm/min, mm/min, kJ/mm e kJ/cm

• Velocidade: mm/min = cm/min × 10 = mm/s × 60. Assim, 30 cm/min = 300 mm/min = 5 mm/s.
• Energia por comprimento: kJ/cm = kJ/mm × 10, J/mm = kJ/mm × 1000. O exemplo por omissão dá 1,15 kJ/mm = 11,5 kJ/cm = 1150 J/mm (sem arredondar, 1152 J/mm).
• A fórmula noutras unidades: Q = k · U · I · 60 / v com v em mm/min dá J/mm (exemplo MAG: 844,8 J/mm). Com v em mm/s, Q = k · U · I / (v · 1000) dá kJ/mm. E a fórmula da calculadora com v em cm/min devolve directamente kJ/cm: 0,8 · 24 · 220 · 60 / (30 · 1000) = 8,4.

Medir a velocidade de avanço: comprimento do cordão a dividir pelo tempo de arco

v = L / t, em que L é o comprimento realmente soldado e t o tempo em que o arco esteve aceso sobre ele. O mais simples: marcar 200 mm e cronometrar. 200 mm em 40 s são 5 mm/s, isto é, 300 mm/min — o exemplo MAG. Para um cordão inteiro, mede o comprimento acabado e divide só pelo tempo de arco: pausas para trocar de eléctrodo ou picar escória não contam. Se a máquina ou um registador de parâmetros guardar o tempo de arco, usa-o: é mais fiável do que um cronómetro na mão de um ajudante.

Onde o número é usado

Sobretudo em três sítios. No cálculo do pré-aquecimento segundo a EN 1011-2, onde mais energia significa menos pré-aquecimento. Na WPS, onde a gama qualificada de energia é uma variável essencial. E em qualquer discussão sobre tenacidade: nos aços de grão fino o limite superior existe porque a zona afectada perde tenacidade muito antes do metal depositado.

O rendimento térmico k

O que significa o número

Como medir a corrente e a tensão reais

A corrente mede-se com uma pinça amperimétrica de corrente contínua (de efeito Hall) à volta do cabo de soldadura; uma pinça comum de alternada não lê corrente contínua. Lê-se com o arco estável, não no escorvamento. O número no painel pode ser o valor regulado e não o que realmente passa.

A tensão mede-se o mais perto possível do arco: entre o porta-eléctrodos ou a ligação da tocha e a peça junto à junta. O visor da máquina mede nos seus próprios bornes, por isso inclui a queda nos dois cabos. A calculadora de queda de tensão dá 4,40 V para 220 A em 20 m de cobre de 35 mm². Com 24 V no arco, nos bornes há então cerca de 28,4 V, e introduzir esse valor transforma o exemplo MAG em 1,00 kJ/mm em vez de 0,84 — quase um quinto a mais.

Arco pulsado e processos com forma de onda controlada

No MIG/MAG pulsado e em modos semelhantes, corrente e tensão mudam muitas vezes por segundo. Um aparelho mostra valores médios — ou eficazes, conforme o instrumento —, e o produto de duas médias não é a potência média: os picos de corrente e de tensão coincidem, por isso U média × I média costuma ficar abaixo da potência real, enquanto os valores eficazes podem exagerá-la. Por isso a ISO/TR 18491 calcula a energia do arco a partir da potência instantânea ou da energia instantânea, medidas por um instrumento de amostragem rápida ou pelo contador de energia que algumas máquinas têm. Então E = energia / comprimento do cordão: 211,2 kJ num cordão de 200 mm dão 1,056 kJ/mm, e depois Q = k · E como sempre.

Cordões com oscilação e cordões rectilíneos

A oscilação não muda a corrente nem a tensão: abranda o avanço ao longo da junta, e a velocidade está no denominador. Pega no exemplo MAG e oscila de modo que a junta avance a 150 mm/min em vez de 300: energia do arco 2,11 kJ/mm, energia de soldadura 1,69 kJ/mm (16,9 kJ/cm), o dobro do cordão rectilíneo. Na fórmula entra sempre o avanço ao longo do eixo do cordão, nunca o ziguezague da tocha. Onde a energia está limitada, o chanfro enche-se com mais cordões rectilíneos estreitos em vez de poucos cordões largos oscilados; cada passe tem então a sua própria energia, e cada um tem de ficar dentro da gama.

Energia de soldadura na WPS, t8/5, tenacidade e dureza

WPS. A WPS indica uma gama de energia fixada na qualificação do procedimento e registada no WPQR. Os limites pertencem a esse procedimento: não se copiam de uma tabela, e em obra cumprem-se passe a passe.

Tempo de arrefecimento t8/5. A EN 1011-2 converte a energia, a espessura e o pré-aquecimento no tempo de arrefecimento de 800 para 500 °C, e é esse tempo que decide a estrutura da zona afectada. Põe os dois valores MAG na calculadora t8/5 (junta topo a topo, 20 °C): em chapa de 10 mm, 0,84 kJ/mm dão 7,2 s e o cordão oscilado com 1,69 kJ/mm, 29,2 s — fora da janela de 5–25 s que a calculadora marca para aços não ligados e de baixa liga. Em 20 mm os mesmos valores dão 4,0 e 8,0 s: aqui é o cordão rectilíneo que arrefece depressa demais, e a resposta é pré-aquecer, não mais corrente.

Tenacidade e dureza. Um t8/5 curto demais significa ZTA dura e risco de fissuração a frio; longo demais, grão grosseiro e menos energia absorvida na ZTA. Na qualificação do procedimento a dureza da ZTA mede-se em HV; para a comparar com uma exigência em HB ou HRC usa o conversor de dureza.

Se a WPS ou o catálogo derem a energia em kJ/in e a velocidade em polegadas por minuto, passa-as primeiro pelo conversor de unidades e só depois compara com um resultado em kJ/mm.

Erros típicos

• Esquecer o k — ou aplicá-lo duas vezes. Dar a energia do arco como energia de soldadura transforma o exemplo MAG em 1,06 em vez de 0,84 kJ/mm, um quarto a mais. Multiplicar outra vez por 0,8 um valor que já inclui k dá 0,68 em vez de 0,84. Escreve sempre qual dos dois números estás a dar.
• kJ/cm e kJ/mm. O factor é 10: 8,4 kJ/cm são 0,84 kJ/mm. Um limite copiado sem a unidade é um limite que alguém vai ler mal.
• Percurso da tocha em vez do avanço. Cronometrar o ziguezague da oscilação exagera a velocidade e reduz a energia.
• Tensão da máquina com cabo comprido. O visor inclui a queda no cabo — no exemplo acima, quase um quinto de energia que nunca chegou à junta.
• Velocidade a olho. Uma velocidade adivinhada desloca o resultado mais do que qualquer outro dado; mede comprimento e tempo de arco.

Autor: Dmitry Frolov, soldador e serralheiro civil Actualizado: 28 de Setembro de 2026