Oxicorte 1

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Oxicorte Engº Roberto Joaquim Engº José Ramalho INTRODUÇÃO Invariavelmente, as operações de soldagem são precedidas pelas operações de corte. Por questões de economia de escala e características do processo de fabricação dos materiais metálicos, estes são produzidos em dimensões padronizadas, não sendo adequadas ao uso para todos os fins a que se destinam. Em função deste aspecto, tornam-se necessárias operações de corte das matérias primas. O corte pode ser efetuado de diversas formas: • Mecanicamente: Corte por cizalhamento através de guilhotinas, tesouras, etc.; por arrancamento através de serras, usinagem mecânica, etc., • Por fusão: Utilizando-se como fonte de calor um arco elétrico ex. arc air (goivagem), plasma. • Reação química: Onde o corte se processa através de reações exotérmicas de oxidação do metal, ex. corte oxicombustível. • Elevada concentração de energia: Neste grupo enquadram-se os processos que utilizam o princípio da concentração de energia como característica principal de funcionamento, não importando se a fonte de energia é química, mecânica ou elétrica. Enquadram-se neste, o corte por jato d'água de elevada pressão, LASER e algumas variantes do processo plasma. DEFINIÇÃO O oxicorte é o processo de seccionamento de metais pela combustão localizada e contínua devido a ação de um jato de Oxigênio, de elevada pureza, agindo sobre um ponto previamente aquecido por uma chama oxicombustível. ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 1 EQUIPAMENTOS Uma estação de trabalho deve ter no mínimo os seguintes equipamentos para execução do processo: • Um cilindro ou instalação centralizada para o Oxigênio (O2). • Um cilindro ou instalação centralizada para gás combustível (Acetileno, Propano, GLP). • Duas mangueiras de alta pressão para condução dos gases, eventualmente três se utilizar O Oxigênio de corte e de aquecimento em mangueiras separadas. • • • • Um maçarico de corte. Um regulador de pressão para Oxigênio. Um regulador de pressão para acetileno. Dispositivos de segurança (válvulas anti-retrocesso). MAÇARICO DE CORTE O maçarico de Oxicorte mistura o gás combustível com o Oxigênio de aquecimento, na proporção correta para a chama, além de produzir um jato de Oxigênio de alta velocidade para o corte. Este equipamento se consiste de uma série de tubos de gás e válvulas de controle de fluxo dos gases Oxigênio e combustível. A figura abaixo mostra um maçarico de corte. Figura 1 - Maçarico de corte • Cabeça - Proporciona rigidez ao conjunto, e serve de acoplamento aos bicos de corte. • Tubos - tem a função de conduzir os gases • Punho - local onde se fará o manuseio do maçarico • Alavanca de corte - O seu acionamento atua sobre a válvula do O2 de corte proporcionando a abertura do mesmo. • Conjunto de regulagem - É um conjunto de válvulas que servem para regulagem dos fluxos de gases. ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 2 TIPOS DE MAÇARICOS Os maçaricos de corte podem ser manuais, combinado e específicos, ou tipo caneta para acoplamento em máquinas de corte automáticas. Figura 2 - Cabeça de corte Maçarico Manual Combinado É utilizado em locais ou setores onde existe uma alternância entre operações de corte e soldagem tais como oficinas de manutenção. Neste caso acopla-se a um maçarico de soldagem um dispositivo de corte, ilustrado na figura acima, composto por uma câmara de mistura, sistema de separação e válvula para controle do O2 de corte. Maçaricos Manuais Para Corte Possuem um circuito especial de O2 separado dos gases para chama de aquecimento. Este conduto é específico para o Oxigênio que efetuará o corte, passando a se denominar O2 de corte. A mistura dos gases para chama de aquecimento pode se dar por três princípios distintos que são apresentados à seguir: Injetor O gás combustível é succionado através da alta velocidade do Oxigênio por meio de um venturi ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 3 Figura 3- Maçarico injetor Misturador Os gases comburente e combustível chegam à câmara de mistura com pressões iguais através da regulagem das válvulas. Figura 4 - Maçarico misturador Misturador no bico Os gases são administrados separadamente até o bico onde é feita a mistura. ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 4 Figura 5 - Misturador no bico ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 5 Figura 6 - Caneta de corte O maçarico de corte mecanizado também conhecido como "caneta de corte" é um maçarico com os mesmos princípios de funcionamento já descritos para os maçaricos manuais. Seu corpo alongado estende-se das válvulas de regulação dos gases até o bico de corte. Neste maçarico, a válvula do Oxigênio de corte pode ser acionada manual ou automaticamente de um comando central. Sua utilização é recomendada para trabalhos onde se exija uniformidade do corte, tais como peças a serem retrabalhadas ou produção seriada. ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 6 BICOS DE CORTE Os bicos de corte também conhecidos como "ponteira de corte" são montados na cabeça do maçarico de modo a conservar separadas as misturas dos gases de pré aquecimento do Oxigênio de corte, servindo também para direcionar os mesmos para a superfície a ser cortada por meio de orifícios em seu interior. As dimensões destes orifícios variam de acordo com o bico utilizado, determinando assim a capacidade de corte do maçarico. Atualmente são muito utilizados tipos de bicos que desempenham além das funções acima descritas, a função de misturador. As partes usinadas do bico que ficam em contato com as câmaras de passagem dos gases são denominadas "sedes". Os bicos de corte comuns são chamados de duas sedes enquanto os misturadores são conhecidos como bicos três sedes. Estes bicos são disponíveis em uma ampla variedade de tipos e tamanhos sendo classificados de acordo com sua capacidade de corte. A escolha do bico deve levar em consideração. • • • Material a ser cortado Gás combustível utilizado Tipo de sede Cada fabricante possui características e especificações técnicas próprias para seus bicos, que influenciará o resultado do corte nos aspectos de qualidade e velocidade de corte bem como consumo dos gases. MÁQUINAS DE CORTE As máquinas de corte são equipamentos eletromecânicos cuja principal função é a de movimentar o maçarico de corte a uma velocidade constante através de uma trajetória definida. Existem diversos tipos e modelos destes equipamentos, desde os mais simples conhecidos como "tartarugas" até os mais complexos controlados por micro processadores. As principais características técnicas a serem observadas em uma máquina de corte são: • • • Capacidade de corte Ângulo de inclinação do maçarico Velocidade de corte ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 7 • • Número de estações de corte (maçaricos) Área útil de corte (para máquinas estacionárias) MÁQUINA DE CORTE PORTÁTIL Conhecido também como tartaruga, este equipamento é composto por carro motriz, dispositivo para colocação de um ou mais maçaricos, contrapeso, haste, e um trilho de alumínio. O maçarico de corte é acoplado no carro motriz através de hastes, o operador acerta os trilhos de alumínio ou o cintel definindo a trajetória, inicia o corte abrindo o O2 de corte manualmente, sendo que durante a execução do corte, faz correções na distância bico/peça para tornar o corte constante. São utilizados para cortes retilíneos e circulares, onde seu principal campo de aplicação são os canteiros de obras e montagens industriais. MÁQUINA DE CORTE PANTOGRÁFICA Neste equipamento, os maçaricos são acoplados a um dispositivo copiador, normalmente preso a uma mesa. O dispositivo copiador pode ser fotoelétrico ou mecânico, e a trajetória dos mesmos é definida pelo dispositivo copiador. São equipamentos estacionários, sua velocidade de corte é controlada eletronicamente. Possuem recursos de abertura do gás de corte e sistema de compensação de altura do bico automáticos, localizados em um painel de comando central. São equipamentos muito utilizados em indústrias de médio porte, na produção de peças pequenas e médias seriadas e não seriadas. MÁQUINA DE CORTE CNC São os equipamentos de corte com maiores recursos. Tal como nas máquinas pantográficas, podem ser acoplados diversos maçaricos, porém, neste tipo os controles de velocidade e trajetória de deslocamento são feitos através de microprocessadores, possibilitando a utilização deste integrado a sistemas computadorizados controlados por CAD. São equipamentos utilizados em indústrias de médio e grande porte, na produção de peças médias e grandes. Seu principal campo de aplicação são as caldeirarias pesadas. ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 8 CONSUMÍVEIS Na temperatura ambiente e na presença de Oxigênio, o ferro se oxida lentamente. A medida que a temperatura se eleva, esta oxidação se acelera, tornando-se praticamente instantânea a 1350°C. Nesta temperatura, chamada de temperatura de oxidação viva, o calor fornecido pela reação é suficiente para liqüefazer o óxido formado e realimentar a reação. O óxido no estado líquido se escoará, permitindo o contato do ferro devidamente aquecido com Oxigênio puro, dando continuidade ao processo. As condições básicas para a obtenção do Oxicorte são as seguintes: • a temperatura de início de oxidação viva seja inferior à temperatura de fusão do metal. • a reação seja suficientemente exotérmica para manter a peça na temperatura de início de oxidação viva. • os óxidos formados estejam líquidos na temperatura de oxicorte, facilitando seu escoamento e dando continuidade do processo. • o material a ser cortado tenha baixa condutividade térmica. • os óxidos formados devem ter alta fluidez. REAÇÕES QUÍMICAS O ferro em seu estado metálico é instável, tendendo a se reduzir para o estado de óxido. No processo de corte esta reação é acelerada, havendo um considerável ganho exotérmico. As reações do ferro puro com o Oxigênio são as seguintes: Fe + ½ O2 ÞFeO + D (64 kcal) 2Fe + 3/2 O2ÞFe2O3 + D (109,7 kcal) 3Fe + 2O2ÞFe3O4 + D (266 kcal) GASES Para a obtenção da chama oxicombustível, são necessários pelo menos 2 gases, sendo um deles sempre o Oxigênio e o outro um gás combustível. OXIGÊNIO (O2) ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 9 É o gás mais importante para os seres vivos, existindo em abundância no ar cerca de 21% em volume ou 23% em massa. É inodoro, incolor, não tóxico e mais pesado que o ar (peso atômico: 31,9988 g/mol), tem uma pequena solubilidade na água e álcool. O Oxigênio por si só não é inflamável porém sustenta a combustão, reagindo violentamente com materiais combustíveis, podendo causar fogo ou explosões. Obtenção O O2 pode ser obtido de duas formas: • através de reações químicas pela eletrólise da água, porém este método é utilizado apenas em laboratórios em função de sua baixa eficiência • através da destilação fracionada do ar atmosférico. As fases do processo são: aspiração, filtragem, compressão, resfriamento, expansão, interação e evaporação. GASES COMBUSTÍVEIS São vários os gases combustíveis que podem ser usados para ignição e manutenção da chama de aquecimento. Os gases utilizados são Acetileno, Propano, GLP, Gás de Nafta, Hidrogênio e Gás natural. A natureza do gás combustível influenciará na temperatura da chama, consumo de Oxigênio e custo do processo. Dentre estes, os mais utilizados são o Acetileno e o GLP. ACETILENO (C2H2) Entre os vários gases citados, o acetileno é o de maior interesse no uso industrial por possuir uma elevada temperatura de chama (3.100 °C), em função deste hidrocarboneto possuir o maior percentual em peso de carbono que os outros combustíveis. É um gás estável a temperatura e pressão ambientes, porem não se recomenda seu uso sob pressões superiores a 1,5 kg/cm2, onde o gás pode entrar em colapso e explodir. Obtenção: É obtido a partir da reação química do mineral carbureto de cálcio (CaC2) com a água como segue: CaC2 + 2H2O + C2H2 + Ca(OH)2. O carbureto de cálcio por sua vez é produzido dentro de um forno elétrico num processo contínuo pela reação do carvão coque com a cal viva a uma temperatura de 2.500 °C : 3C + CaO + CaC2 + CO. ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 1 Comercialmente, pode ser vendido em diversas granulometrias sob forma sólida, podendo ser usado em geradores para obtenção de acetileno no local de uso. GLP O Gás Liqüefeito de Petróleo (GLP) é uma mistura de 2 gases (Propano: C3H8 e Butano: CH3CH2CH2CH3) que são hidrocarbonetos saturados. O GLP é incolor e inodoro em concentrações abaixo de 2% no ar. É um gás 1.6 vezes mais pesado que o ar sendo utilizado como combustível para queima em fornos industriais, aquecimento e corte de materiais ferrosos. Obtenção O GLP é constituinte do óleo cru (cerca de 2%) e recuperado tal como outros subprodutos do petróleo em refinarias. O gás é estocado de forma condensada sob pressão em esferas. VARIÁVEIS Vários são os aspectos que influem no corte oxicombustível, segue-se uma descrição dos principais fatores e sua influência: Pré aquecimento do metal de base Ao se fazer o pré aquecimento do metal de base, a potência da chama de aquecimento pode ser diminuída, assim como o diâmetro do bico, havendo também um aumento na velocidade de corte, entretanto, esta operação pode aumentar os custos de corte uma vez que se gasta energia para efetuar o aquecimento. Espessura a ser cortada A espessura a ser cortada determinará o tipo de bico, diâmetro do orifício, pressão dos gases e velocidade de corte. Em linhas gerais, quanto maior a espessura, maior o diâmetro do bico, pressão do Oxigênio e menor a velocidade de corte. Grau de pureza do material a ser cortado Sendo um processo químico, a existência de elementos de liga no aço apresentam características que podem interferir no corte, nos quais citamos os principais: • Carbono: Teores acima de 0,35% podem provocar a têmpera superficial e consequente aparecimento de trincas. ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 1 • Cromo: Este elemento dificulta o corte por formar CrO2 na superfície e impedir a reação de oxidação. Acima de 5% de Cr só é possível executar o corte por meio da adição de pós metálicos. • Níquel: Com baixos teores deste elemento (até 6%) é possível a execução do corte desde que o aço não contenha elevados teores de carbono. • Outras impurezas industriais tais como pinturas, óxidos e defeitos superficiais provocam irregularidades na face de corte durante a operação. Diâmetro e tipo do bico de corte Umas das variáveis mais importantes do processo é o bico de corte, pois é o condutor dos gases, e consequentemente responsável pela saída dos mesmos de maneira constante sem turbulências. Os fabricantes de maçaricos dedicam especial atenção a este elemento e suas partes internas. Pressão e vazão do gases Estas variáveis estão relacionadas diretamente com a espessura a ser cortada, tipo de bico, tipo de gás combustível e velocidade de corte. Em linhas gerais, quanto maior a espessura maior a pressão e vazão dos gases. Velocidade de avanço do maçarico É uma das variáveis mais importantes para a qualidade de corte, pela velocidade de deslocamento do maçarico o operador controla o tamanho e ângulo das estrias de corte, encontrando empiricamente a relação ideal entre a taxa de oxidação e velocidade de corte. TÉCNICAS EXECUÇÃO DO OXICORTE No processo de corte, a chama oxiacetilênica tem a função de aquecimento do metal, sua combustão processa-se em dois estágios, num primeiro estágio o Oxigênio utilizado provem do cilindro, onde 2C2H2 + 2O2 Þ 4CO + 2H2, no segundo estágio é aproveitado o Oxigênio do ar ambiente, sendo 4CO + 2H2 + 3O2 Þ 4CO2 + 2H2O. A regulagem da chama é neutra, regula-se o maçarico com o jato de Oxigênio de corte aberto, fechando-o logo em seguida. ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 1 Inicia-se o aquecimento da região a ser cortada por uma borda, quando esta estiver a uma temperatura conveniente abre-se o Oxigênio de corte deslocando-se a chama, iniciando-se assim o processo. VERIFICAÇÕES ANTES DO CORTE Na execução do Oxicorte manual as verificações principais encontram-se no estado do maçarico, bicos e mangueiras, uma vez que este tipo de corte não permite grande precisão na velocidade de corte, distância bico/peça e outros. Para o corte automatizado, algumas verificações devem ser feitas antes da operação afim de assegurar a qualidade e repetitividade do corte. A figura 7 mostra estas verificações. Figura 7 – Verificações A chapa Deve estar nivelada sobre a mesa, esta verificação é feita com o auxílio de um nível. ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 1 O maçarico Deverá estar perpendicular a chapa, excetuando-se cortes especiais inclinados. O bico A distância correta do bico/peça tem grande influência na qualidade de corte, as tabelas dos fabricantes mostram quais as distâncias corretas para cada tipo de bico e espessura da chapa. DILATAÇÕES E CONTRAÇÕES Qualquer material submetido a variações térmicas está sujeito a sofrer dilatações. Nos processos de corte e soldagem as dilatações são puntuais e causam deformações, uma vez que as regiões adjacentes ao corte estão frias servindo como um vínculo mecânico, isto é durante o corte não há uma deformação homogênea da peça, e quando esta se resfria as partes que sofreram dilatação se contraem, provocando o aumento da tensão residual e deformação da peça. Este efeito deve ser considerado na hora da elaboração do procedimento de corte, quanto a sequência e regiões da chapa a retirar as peças. A tabela abaixo mostra alguns exemplos de procedimento correto de corte. ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 1 Sequência de corte Certo Errado Em cortes paralelos, certificar-se que os mesmos estão sendo realizados simetricamente para distribuição simétrica do calor - Em peças com furos internos, cortar primeiro os furos internos depois os externos - As áreas expostas ao maior calor devem estar localizadas o mais próximo possível das extremidades da chapa Para garantir que a peça não se mova na mesa de corte, a peça deverá permanecer presa as porções centrais da chapa tento quanto possível P = ponto de perfuraçãoComeçar o corte no X e não no Y 6.3 - DEFEITOS DE CORTE Em um corte de boa qualidade a superfície é lisa e regular, e as linhas de desvio são quase verticais. A escória, aderida a parte inferior do corte pode facilmente ser removida. A seguir são mostrados os defeitos mais comuns em Oxicorte, suas prováveis causas e soluções. ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 1 Ondulações profundas Defeito Detalhe Causas Goivagem na borda superior Velocidade de corte excessiva Bico sujo ou danificado Goivagem na borda inferior Velocidade de corte excessiva Bico sujo ou danificado Superfície de corte côncava Velocidade de corte excessiva Bico sujo ou danificado Baixa pressão de O2 de corte Superfície de corte côncava Velocidade de corte excessiva Bico sujo ou danificado Baixa pressão de O2 de corte Fusão da borda superior Baixa velocidade de corte Pouca ou muita distancia do bico à peça Bico muito grande Chama de pré-aquecimento excessiva Gotas fundidas na borda superior Pouca distancia do bico à peça Chama de pré-aquecimento excessiva Carepas ou ferrugem na superfície da chapa Borda superior goivada com escória Distância excessiva do bico à peça Chama de pré-aquecimento em excesso Pressão do O2 de corte excessivamente alta Borda inferior arredondada Pressão do O2 de corte excessivamente alta Bico sujo ou danificado Velocidade de corte excessiva Entalhe na superfície inferior de corte Bico sujo ou danificado Baixa velocidade de corte Ondulações profundas Alta velocidade de corte Velocidade de corte desigua Pouca distância bico/peça Chama de pré aquecimento muito forte Grandes ondulações desiguais Alta velocidade de corte Velocidade de corte desigual Chama de pré aquecimento muito fraca Corte incompleto Velocidade de corte excessiva Distância bico/peça muito grande Bico sujo ou danificado Chama de pré aquecimento muito fraca Retrocesso no bico e maçarico Carepas ou ferrugem na superfície da chapa Chapa com inclusão de escória Escória aderente na borda inferior Carepas ou ferrugem na superfície da chapa Bico muito pequeno Chama de pré aquecimento muito fraca ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 1 Alta ou baixa velocidade de corte Distância excessiva do bico/peça Baixa pressão do O2 de corte OUTRAS INFORMAÇÕES COMPARAÇÃO COM OUTROS PROCESSOS Em relação a outros processos de corte,o oxicorte apresenta as seguintes vantagen: • Disponibilidade: De gases combustíveis pois diversos tipos podem ser utilizados e de Oxigênio uma vez que o mesmo abunda no ar. • Pequeno investimento inicial: Os materiais necessários como maçaricos, reguladores e mangueiras são relativamente baratos se comparados a outros processos de corte tais como plasma ou LASER. • Facilidade operacional: O corte oxicombustível é de fácil aprendizagem e não possui muitas variáveis, sendo assim fácil de se regular. E, como todos os processos industriais, apresenta as seguintes limitações: • Em função das condições necessárias para a obtenção do Oxicorte descritas anteriormente, a grande maioria dos metais usados industrialmente tais como aço inoxidável, Níquel, Alumínio e suas ligas, não podem ser separados por este processo tendo-se que recorrer a cortes mecânicos e ou por arco elétrico • Outra limitação que se impõe, reside no fato de os materiais periféricos tais como cilindros de gás, serem pesados e de difícil manuseio, dificultando o acesso a lugares altos, ou postos de trabalho que se encontrem afastados dos cilindros. Uma solução encontrada para sanar esta limitação é o transporte de todo o conjunto, fato este que muitas vezes incorre em riscos adicionais como queda dos cilindros ou danificação das mangueiras condutoras de gases. • Os aspectos de segurança na utilização do processo Oxicorte devem ser levados em consideração. A constante manipulação de cilindros de Oxigênio que, além de ser um gás comburente está sob alta pressão, requer a utilização de ferramental e procedimentos adequados para se evitar vazamentos e explosões. As mangueiras e válvulas (reguladoras e anti-retrocesso) devem ser constantemente inspecionadas para detectar vazamentos. BIBLIOGRAFIA AGA Gas Handbook - AGA AB, Lidingö, Sweden – 1985 ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 1 Scott, A. - Corte de Metais a Arco e a Oxigênio IBQN, Apostila do curso de Supervisores de Soldagem para Área Nuclear. Wainer, E. - Soldagem: Processos e Metalurgia - pág. 201 a 215. AGA S/A:Publicações Fatos Sobre: -Gases Combustíveis -Oxi-corte em Bisel Prisco, R., e outros - Gases e Equipamentos Para Solda e Corte - AGA S/A Quites, A. - Segurança na Soldagem e Corte a Quente – IBQN AGA S/A: Manuais: -para Oxi-Corte à Máquina -de Solda e Corte -Segurança nos Processos Oxi-combustíveis ____________________________________________________________________________________ www.infosolda.com.br/download/62ddp.pdf 1