Calculadora de cálculo de soldadura para ingenieros, rápida, precisa y adecuada a normas internacionales verificadas.
Optimiza selección de cordones, pernos y espesores con entradas claras, resultados numéricos y gráficos detallados.Cálculo rápido de corriente de soldadura y energía lineal (soldadura por arco)
Fundamentos técnicos del cálculo de soldadura
El cálculo de soldadura combina mecánica de materiales, normativa y práctica de proceso. Para un resultado fiable se integran geometría del cordón, propiedades del metal base y del aporte, condiciones de carga y factores de seguridad normativos.
Parámetros críticos
- Geometría del cordón: longitud, sección transversal, garganta efectiva (a), peralte (r).
- Materiales: límite elástico (Re), resistencia última (Rm), módulo de elasticidad (E), coeficiente de corrosión si aplica.
- Tipo de unión: filete (fillet), de tope (butt), solapada (lap) y su preparación (J, V, bevel).
- Proceso y aporte: SMAW, GMAW, FCAW, GTAW; características del electrodo: clase, eficiencia de depósito (η).
- Condiciones de servicio: cargas estáticas, cíclicas (fatiga), temperatura de servicio.
Modelos y fórmulas esenciales
Se presentan fórmulas en notación HTML para ejecución directa en algoritmos o calculadoras. Cada fórmula incluye explicación de variables y valores típicos.
Área resistente de un cordón de filete
Fórmula: A = a * L
Variables:
- a = garganta efectiva del filete (mm). Valor típico: 3–10 mm según espesor.
- L = longitud del cordón (mm). Valor típico: 50–1000 mm según unión.
Ejemplo de valores típicos: si a = 5 mm y L = 200 mm, A = 5 * 200 = 1000 mm².
Tensión simple (esfuerzo) en el cordón
Fórmula: σ = F / A
Variables:
- σ = esfuerzo en el cordón (MPa).
- F = fuerza aplicada (N). Valores típicos: 10^3–10^6 N según estructura.
- A = área resistente del cordón (mm²).
Conversión: 1 N/mm² = 1 MPa.
Cálculo de garganta efectiva para filete
Fórmula (filete teórico triangular): a = 0.707 * h
Variables:
- a = garganta efectiva (mm).
- h = peralte (legs) del filete (mm). Valor típico: 4–12 mm.
Ejemplo típico: si h = 6 mm, a = 0.707 * 6 = 4.242 mm.
Resistencia requerida según diseño
Fórmula: A_req = F / (σ_allow)
Variables:
- A_req = área requerida del cordón (mm²).
- F = fuerza de diseño (N), incluir factores de carga.
- σ_allow = tensión admisible del material/soladadura (MPa). Usualmente σ_allow = Re/γ donde γ = factor parcial (1.15–1.25 según norma).
Factor de eficiencia de soldadura y área efectiva
Fórmula: A_eff = η * A_geom
Variables:
- A_eff = área efectiva (mm²).
- η = eficiencia de soldadura (0.7–1.0). Ej.: soldaduras continuas completas η≈1.0; soldadura con falta de penetración η≈0.7.
- A_geom = área geométrica calculada (mm²).
Parámetros de proceso y energía de arco
Heat input (energía por unidad longitud)
Fórmula: HI = (V * I * 60) / (1000 * S) * η_e
Variables:
- HI = heat input (kJ/mm).
- V = voltaje de arco (V). Valores típicos: 18–30 V para GMAW.
- I = corriente (A). Valores típicos: 80–400 A según proceso y espesor.
- S = velocidad de soldadura (mm/min). Valores típicos: 200–1200 mm/min.
- η_e = eficiencia del proceso (0.6–1.0). Ej.: SMAW ≈0.8, GMAW ≈0.9.
Nota: divisor 1000 convierte a kJ; multiplicación por 60 transforma A·V/s a A·V/min.
Tablas de valores comunes
| Proceso | Voltaje típico (V) | Corriente típica (A) | Velocidad (mm/min) | Eficiencia η_e |
|---|---|---|---|---|
| SMAW (E7018) | 20–28 | 80–250 | 150–400 | 0.8 |
| GMAW (MIG) | 18–30 | 100–350 | 300–900 | 0.9 |
| FCAW | 20–32 | 150–400 | 250–800 | 0.85 |
| GTAW (TIG) | 10–20 | 10–250 | 50–300 | 0.6 |
| Diámetro electrodo/alambre (mm) | Espesor recomendado (mm) | Corriente (A) |
|---|---|---|
| Ø1.2 | 1–3 | 40–90 |
| Ø1.6 | 3–6 | 80–150 |
| Ø2.4 | 6–12 | 130–230 |
| Ø3.2 | >12 | 200–350 |
| Tamaño filete (legs, mm) | Garganta teórica a = 0.707*h (mm) | Área por mm de longitud (mm²/mm) |
|---|---|---|
| 3 | 2.121 | 2.121 |
| 4 | 2.828 | 2.828 |
| 6 | 4.242 | 4.242 |
| 8 | 5.657 | 5.657 |
| 10 | 7.07 | 7.07 |
Control de fatiga y factores de reducción
Para un diseño resistente a fatiga, la sección efectiva y la calidad del cordón influyen en la vida útil. Aplicar factores de concentrador de tensiones y coeficientes de detalle según normativa.
Factor de detalle para filetes
Usualmente las recomendaciones de diseño estructural ofrecen un coeficiente de tensión admisible para detalles soldados. Ejemplo: categoría de detalle f = 0.5–1.0 MPa·√m en criterios integrados con curvas SN.
Implementación práctica en la calculadora
La calculadora debe solicitar entradas claras y validar unidades. Flujo mínimo recomendado:
- Seleccionar tipo de unión y proceso de soldadura.
- Introducir geometría: legs, longitud, preparación.
- Material base y aporte: Re, Rm, electrodo.
- Cargas: F (N), momentos, ciclos de fatiga.
- Entradas de proceso: V, I, S para calcular Heat Input.
- Opcional: coeficientes ambientales y corrosión.
Reglas de redondeo y tolerancias
- Redondear resultados estructurales a dos cifras significativas o conforme norma nacional.
- Aplicar factor de seguridad mínimo 1.5 para cargas estáticas, 2–3 para fatiga según contexto.
- Verificar compatibilidad dimensional con calificación de WPS/PQR.
Ejemplo práctico 1: Filete sometido a tracción pura
Planteamiento: unión mediante filete continuo que transmite una fuerza axial F = 50 kN entre dos chapas. Se utiliza proceso GMAW con cordón de filete con legs h = 6 mm y longitud total L = 300 mm. Material base: acero estructural S275 con Re ≈ 275 MPa. Se requiere verificar la seguridad del cordón.
Datos y supuestos
- F = 50 000 N.
- h = 6 mm → garganta teórica a = 0.707 * 6 = 4.242 mm.
- L = 300 mm → área geométrica A_geom = a * L = 4.242 * 300 = 1272.6 mm².
- Proceso GMAW η ≈ 0.9 → A_eff = η * A_geom = 0.9 * 1272.6 = 1145.34 mm².
- σ_allow: usar Re/γ con γ = 1.15 → σ_allow = 275 / 1.15 = 239.13 MPa.
Cálculo
Esfuerzo real: σ = F / A_eff = 50 000 / 1145.34 ≈ 43.66 MPa
Comprobación: σ (43.66 MPa) < σ_allow (239.13 MPa) → Paso seguro.
Comentarios adicionales
- Factor de seguridad calculado: FS = σ_allow / σ = 239.13 / 43.66 ≈ 5.48.
- Si la soldadura fuese intermitente o con falta de penetración, η podría reducirse a 0.7 y σ subiría a ≈56 MPa, aún seguro.
- Verificar fatiga si la carga es cíclica; aplicar factores de detalle según norma.
Ejemplo práctico 2: Cálculo de heat input y su efecto en HAZ
Planteamiento: soldadura GMAW en placa de 12 mm con parámetros V = 24 V, I = 220 A, velocidad S = 400 mm/min. Calcular heat input y discutir control térmico para evitar fragilización en la zona afectada por el calor (HAZ).
Datos
- V = 24 V, I = 220 A.
- S = 400 mm/min.
- η_e para GMAW = 0.9.
Cálculo
Usar fórmula: HI = (V * I * 60) / (1000 * S) * η_e
Operación: HI = (24 * 220 * 60) / (1000 * 400) * 0.9
Cálculo intermedio: 24*220*60 = 316 800. Dividir por (1000*400)=400 000 → 316 800 / 400 000 = 0.792. Multiplicar por 0.9 → HI = 0.7128 kJ/mm.
Interpretación
- HI ≈ 0.713 kJ/mm es moderado para acero de 12 mm; suele estar en rango aceptable para evitar HAZ excesiva.
- Si HI > 1.0 kJ/mm, mayor riesgo de crecimiento de grano y disminución de tenacidad.
- Control: reducir corriente o aumentar velocidad para disminuir HI; o precalentar si baja tenacidad y riesgo de agrietamiento.
Verificación de pernos de soldadura y anclajes
Los pernos soldados y anclajes requieren cálculo de cortante y tracción según configuración. Se utiliza área del filete y comportamiento a corte o rasgado.
Fórmula de capacidad a corte de filete
Fórmula: V_capacity = τ_allow * A_eff
Variables:
- V_capacity = capacidad a corte (N).
- τ_allow = esfuerzo cortante admisible (MPa). Típico: 0.6·σ_allow o según norma.
- A_eff = área efectiva (mm²).
Integración normativa y calificación
Un cálculo no está completo sin comprobar requisitos de WPS/PQR, calificación de soldador y reglas de inspección no destructiva (END).
Normativa y referencias clave
- AWS D1.1 Structural Welding Code — Steel. Asociación americana con guías de diseño y calificación. Enlace: https://www.aws.org
- ISO 15614-1: Especificación y cualificación de procedimientos de soldadura. Enlace: https://www.iso.org
- EN ISO 13920: Tolerancias dimensionales para construcciones soldadas. Enlace: https://www.iso.org
- EN ISO 5817 / ISO 5817: Calidad de las uniones soldadas. Enlace: https://www.iso.org
- TWI: recursos técnicos y guías prácticas para parámetros de proceso. Enlace: https://www.twi-global.com
Requisitos de documentación y trazabilidad
La calculadora debe exportar documentos compatibles con registros de proyecto: WPS, PQR, Ficha de inspección, bitácora de soldadura (Welding Log) y trazabilidad de consumibles.
Campos mínimos para registro
- Proyecto y referencia de unión.
- Materiales y certificados de suministro.
- Parámetros de soldadura: V, I, S, tipo de electrodo, diámetro, gas protector.
- Resultados de cálculo: áreas, esfuerzos, heat input, FS.
- Inspecciones: END, pruebas destructivas, radiografías.
Validación y pruebas
Implementar tests unitarios para cada fórmula y casos extremos de entrada. Validar contra ejemplos de normas y PQRs certificados.
Recomendaciones de verificación
- Comparar resultados con cálculos manuales y hoja de Excel independiente.
- Usar valores de referencia de procedimientos calificados (PQR) para reproducibilidad.
- Incluir pruebas de sensibilidad variando η y a para verificar robustez.
Consideraciones de seguridad y tolerancias
Siempre aplicar factores de seguridad y revisar condiciones de servicio: vibración, corrosión, temperatura cíclica y choque térmico.
Lista de verificación previa a la aprobación
- Verificación de Re y Rm en certificados.
- Comprobación de compatibilidad electrodo-material.
- Revisión de preheat y interpass si la sección lo requiere.
- Confirmación de geometría ejecutable por soldador y máquina.
Herramientas y algoritmos recomendados
Para una calculadora "Calculator Calculo De Soldadura 2 Rapido Y Preciso", utilice módulos separados:
- Módulo de entrada y validación de unidades.
- Módulo geométrico para cálculo de áreas y secciones.
- Módulo mecánico para esfuerzos, fatiga y factores de detalle.
- Módulo térmico para heat input y estimación de HAZ.
- Módulo de reporte con exportación PDF y CSV.
Algoritmo de validación de diseño (resumen)
- Obtener entradas y convertir unidades.
- Calcular garganta teórica y área geométrica.
- Aplicar eficiencia de soldadura y obtener área efectiva.
- Calcular esfuerzos y compararlos con σ_allow y criterios de fatiga.
- Calcular heat input y evaluar control térmico.
- Generar reporte con recomendaciones de corrección si no cumple.
Recursos y enlaces de referencia
- AWS D1.1 Structural Welding Code — Steel: https://www.aws.org
- International Organization for Standardization (ISO): https://www.iso.org
- TWI — The Welding Institute: guías técnicas y hojas informativas: https://www.twi-global.com
- Materias sobre fatiga en soldaduras y SN curves: https://www.twi-global.com/technical-knowledge
Resumen técnico y buenas prácticas
Una calculadora eficaz debe equilibrar precisión y usabilidad, documentar supuestos y permitir trazabilidad completa. El diseño debe adherirse a normas internacionales.
Realizar validaciones con PQR, incorporar control de entrada y recomendar acciones correctivas automáticas cuando los resultados no cumplan.
Checklist final para entrega de cálculos
- Entradas verificadas y unidades consistentes.
- Resultados con factor de seguridad justificado.
- Documentación de parámetros de proceso y heat input.
- Referencias normativas citadas y aplicadas.
- Exportación de informe con firma electrónica del responsable.