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TECNOLOGIA E METALURGIA DA SOLDAGEM Prof. Dr. Erriston Campos Amaral erriston.campos@cefetmg.br erriston.campos@gmail.com CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS - TIMÓTEO AULA 8– Soldagem e Corte a Gás mailto:Erriston.campos@cefetmg.br mailto:erriston.campos@gmail.com Soldagem a gás oxicombustível Oxy-Fuel Gás Welding – OFW Soldagem a Gás É um processo através do qual os metais são soldados por meio de aquecimento com uma chama de um gás combustível e oxigênio. Isso produz uma chama concentrada de alta temperatura que funde o metal base e o metal de adição, se ele for usado. Temperaturas baixas se comparadas com as geradas ao arco elétrico. Processo adequado à soldagem de chapas finas, tubos de pequeno diâmetro e também muito utilizado em soldagens de reparo. Soldagem a gás oxicombustível Equipamentos Cilindros de oxigênio e acetileno; Reguladores de pressão; Mangueiras; Maçarico; Acendedor de chama; Válvulas contra retorno de gases; Ferramentas e equipamentos diversos de segurança (óculos, luvas,, etc.) Soldagem a gás oxicombustível Equipamentos - Mangueiras • Mangueiras para combustíveis cor vermelha; pressão máxima de 20 ATM. • Mangueiras para Oxigênio cor verde; pressão máxima de 40 ATM; diâmetro interno máximo de 6mm (comercial). Para evitar confusão na instalação do equipamento, adotou-se, além das cores (verde e vermelho), o seguinte: oxigênio => rosca direita; acetileno => rosca esquerda. Devem ser flexíveis e capazes de resistir a altas pressões na linha e moderadas temperaturas. 1 - CO2 ROSCA DIREITA 2 - He e H2 ROSCA ESQUERDA 3 - O2 ROSCA A DIREITA 4 - C2H2 e GLP P/ CILINDRO DE 45 Kg ROSCA ESQUERDA 5 - Ar e N2 ROSCA DIREITA Soldagem a gás oxicombustível Equipamentos - Maçarico Maçarico é o nome vulgar de várias espécies de aves pertencentes à família Scolopacidae. A designação agrupa aves de médio porte, de patas altas e bico longo, com plumagem geralmente acastanhada e branca. Os maçaricos vivem em regiões costeiras e muitas espécies são migratórias. O maçarico chama-se maçarico por causa do bico do maçarico! Soldagem a gás oxicombustível Equipamentos - Maçarico • Basicamente, existem dois tipos de maçarico: os de baixa pressão, do tipo injetor, e os de média pressão, do tipo misturador. • O maçarico misturador é usado com cilindros ou geradores de acetileno de média pressão, sendo usadas as mesmas pressões de trabalho para o oxigênio e o acetileno. 1. Entrada de oxigênio 2. Entrada de gás 3. Ponto de encontro dos gases 4. Misturador de gases 5. Câmara de mistura 6. Bico Soldagem a gás oxicombustível Equipamentos- Maçarico • Basicamente, existem dois tipos de maçarico: os de baixa pressão, do tipo injetor, e os de média pressão, do tipo misturador. • O maçarico do tipo injetor pode ser utilizado com o acetileno a baixa pressão, uma vez que utiliza um sistema em que a pressão do oxigênio é usada para aspirar o acetileno. 1. Entrada de oxigênio 2. Entrada de gás 3. Ponto de encontro dos gases 4. Misturador de gases 5. Câmara de mistura 6. Bico Soldagem a gás oxicombustível Equipamentos – regulador de pressão Tem a função de controlar a pressão dos gases que saem dos cilindros de modo que ela diminua até atingir a pressão de trabalho. Oxigênio Pressão de Entrada: 200 kgf/cm² Pressão de Saída: 12,5 kgf/cm² Vazão: 30 m³/h à 6,0 kgf/cm² Acetileno Pressão de Entrada: 16 kgf/cm² Pressão de Saída: 1,5 kgf/cm² Vazão: 8 m³/h à 1,0 kgf/cm² Soldagem a gás oxicombustível Consumíveis Gases (combustível e oxigênio), os metais de adição e os fluxos de soldagem, se usados. Gases: Acetileno, Gás de Rua, Propano, Metano O acetileno (C2H2) é o mais usado em soldagem, é incolor e possui um cheiro característico. Produzido em geradores a partir da reação do carbureto de cálcio (CaC2) com a água (H2O). Pedras de CaC2 CaC2 + 2 H2O = C2H2 + Ca(OH)2 Soldagem a gás oxicombustível Consumíveis - Gases O Acetileno é geralmente escolhido no meio industrial pois possui Intensidade de combustão primária mais elevada quando comparado a outros gases. Esta propriedade permite maior velocidade de soldagem, resultando em maior produtividade. Contudo, outros gases podem ser recomendados em algumas aplicações específicas. Alem disto na reação, a queima do acetileno gera menos H2O. • Gravidade Específica: indica como os gases podem acumular em caso de vazamento. • Volume Específico: Indica a quantidade específica do gás a uma temperatura e pressão padrão. • Razão de Combustão ou Estequiométrica: Indica a proporção dos produtos e reagentes na reação de combustão. • Calor de Combustão: Calor total proveniente da reação completa de combustão do gás. Soldagem a gás oxicombustível Consumíveis - fluxos Os fluxos são materiais fusíveis, na forma de pó, granulado ou pasta, usados na soldagem oxigás com a função de reagirem quimicamente com óxidos metálicos e formar escórias, além de melhorar a molhabilidade e a fluidez da poça de fusão. Os fluxos são usados geralmente na soldagem do ferro fundido, do aço inoxidável e grande parte dos metais não ferrosos, como o alumínio, o cobre e suas ligas. Na soldagem dos aços, de um modo geral, não há necessidade de uso de fluxo. Proporcionam uma capilaridade melhor à solda (responsável pela penetração do material de adição ao material base), rendimento do material de adição, a desoxidação, decapagem do metal base, e uma efetiva proteção à oxidação durante a deposição do metal de adição. Soldagem a gás oxicombustível Consumíveis - fluxos Soldagem a gás oxicombustível Consumíveis – metal de adição Os metais de adição usados na soldagem oxigás são fornecidos na forma de varetas, com comprimentos e diâmetros variados e padronizados. São escolhidos em função da quantidade de metal a depositar e da espessura das peças a serem unidas. São classificados pela American Welding Society – AWS. Varetas de alumínio 4043 Soldagem a gás oxicombustível TÉCNICA OPERATÓRIA Uma chama oxiacetilênica apresenta basicamente duas regiões: um cone interno, também chamado de dardo, de forma bem definida e cor azulada, localizado logo à frente do bico, onde se dá a reação C2H2 + O2 <-> 2 CO + H2 + CALOR, chamada de reação primária. O oxigênio para esta reação ou parte dele é proveniente do maçarico. Uma segunda reação, ou reação secundária, com o oxigênio do maçarico ou da atmosfera, 4 CO + 2 H2 + 3 O2 <-> 4 CO2 + 2 H2O + CALOR, ocorre na segunda região, formando um envoltório externo difuso, conhecido como penacho, de cor mais avermelhada ou laranja. Soldagem a gás oxicombustível TÉCNICA OPERATÓRIA Uma vez acesa, a chama deve ser regulada quanto ao tamanho e tipo adequados. A chama neutra apresenta duas regiões: o cone interno e o envoltório externo. Parte de acetileno, oxigênio puro e uma parte e meia de oxigênio do ar. Solda para todos os tipos aço. A chama redutora apresenta uma terceira região entre as duas anteriores, chamada de penacho ou cone intermediário. Maior quantidade de acetileno do que oxigênio: Al, Zn Ferro fundido A chama oxidante apresenta um chiado mais estridente, além de penacho menor que o da chama neutra e de cor mais azulada. Mais oxigênio do que acetileno: latão e bronze Soldagem a gás oxicombustível TÉCNICA OPERATÓRIA Uma vez acesa, a chama deve ser regulada quanto ao tamanho e tipo adequados. A chama neutra apresenta duas regiões: o cone interno e o envoltório externo. Parte de acetileno, oxigênio puro e uma parte e meia de oxigênio do ar. Solda para todos os tipos aço. A chama redutora apresenta uma terceira região entre as duas anteriores, chamada de penacho ou cone intermediário. Maior quantidade de acetileno do que oxigênio: Al, Zn Ferro fundido A chama oxidante apresenta um chiado mais estridente, além de penacho menor que o da chama neutra e de cor mais azulada. Mais oxigênio do que acetileno: latão e bronze Soldagem a gás oxicombustível TÉCNICA OPERATÓRIA 1– Abrir o Acetileno. 2 – Acionar a faísca de ignição. (Utilizar gerador de faísca adequado). 3 – Regular a Chama. Obs.: A chama acetilênica é bastante fuliginosa, para evitá-la pode-se abrir ligeiramente o registro de oxigênio antes do passo 1. Soldagem a gás oxicombustível TÉCNICA OPERATÓRIA Soldagem a ré: Produz maior penetração e cordão mais estreito. Soldagem de chapas espessas. Soldagem à frente: Resulta em cordão mais raso. Soldagem de chapas finas. 5. Interrupção da solda. 6. Extinção da chama (1° oxigênio e depois o acetileno) Soldagem a gás oxicombustível TÉCNICA OPERATÓRIA - SEGURANÇA Ao terminar o procedimento de soldagem, sempre fechar os registro e fazer a purga das mangueiras. • Zelar pela boa qualidade das mangueiras e conexões. Evitar fazer emendas. • Ao abrir os registros dos cilindros de gás, basta dar meia volta no acionador. • Cilindros de gás devem ser mantidos sempre na posição vertical. (Risco de vazamentos) • Os cilindros devem ser manuseados com cuidado e a instalação deve possuir válvulas de segurança e reguladores de pressão. Oxigênio sob alta pressão pode reagir violentamente com óleo, graxas ou outros materiais combustíveis. • Não utilizar o oxigênio como ar comprimido, além de causar grande desperdício este procedimento é perigoso. • Acetileno deve ser mantido afastado de fontes de calor. Em altas pressões, torna-se explosivo. • Manter o Acetileno livre de Cobre, Mercúrio ou Prata, pois a combinação destes com o gás gera compostos altamente explosivos. • Tenha bom senso e fique atento. Soldagem a gás oxicombustível TÉCNICA OPERATÓRIA – SEGURANÇA- EPI 1 – Luvas de Couro 2 – Protetor Auricular 3 – Avental de Raspa de Couro 4 – Óculos de Maçariqueiro 5 – Capuz de proteção 6 – Protetor Solar 7 – Perneira de Raspa de Couro 8 – Manga de Raspa de Couro 9 – Óculos de Proteção 10 – Bota de Segurança Soldagem a gás oxicombustível Aplicações Industriais Apesar da simplicidade e versatilidade, a soldagem a gás possui uso restrito na indústria atual, devida a sua baixa produtividade. E é utilizada principalmente em situações onde se exige um ótimo controle de calor cedido e da temperatura da peça. Ex: soldagem de chapas finas e de tubos de pequenos diâmetros, operações de brasagem e na soldagem de reparo. Corte a gás O processo de corte a gás (Oxi-Fuel Gas Cutting - OFC) Processo no qual o corte dos metais é obtido pela reação do oxigênio puro com o metal, a alta temperatura, conseguida inicialmente com o uso de uma chama oxigênio-gás combustível. O metal a ser cortado é aquecido por uma chama até uma temperatura em que ocorre a reação do metal com o oxigênio (temperatura de ignição) e a seguir é exposto a um jato de oxigênio de alta pureza. A reação de oxidação do metal produz uma quantidade de calor suficiente para fundir o óxido que é formado, que é expulso pelo jato de oxigênio, e também para manter a peça aquecida, permitindo assim a continuidade da operação. Depois de iniciado o corte, a princípio, a chama não é mais necessária, entretanto, geralmente ela é mantida acesa durante toda a operação. Corte a gás As condições básicas para a ocorrência do oxicorte são as seguintes: • A temperatura de início de oxidação viva deve ser inferior à temperatura de fusão do metal. • A reação deve ser suficientemente exotérmica para manter a peça na temperatura de início de oxidação viva. • Os óxidos formados devem ser líquidos na temperatura de oxicorte facilitando seu escoamento para possibilitar a continuidade do processo. • O material a ser cortado deve ter baixa condutividade térmica. • Os óxidos formados devem ter alta fluidez. • 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. Corte a gás EQUIPAMENTO Os equipamentos são semelhantes aos utilizados no processo de soldagem por chama. A Única adaptação feita é no maçarico que deve possuir uma “cabeça” cortadora, assim como o bico apropriado ao corte. Os 6 furos periféricos são para o pré-aquecimento da peça que dá início às reações de oxidação, enquanto o furo central é destinado ao jato de oxigênio. Corte a gás Técnica Operatória • O acendimento e a regulagem da chama é semelhante ao processo OFW. • A velocidade de corte influencia no acabamento da peça cortada. • Excesso de oxigênio pode gerar rebarba. Corte a gás Mecanização Corte a gás Aplicações Na desmontagem: separação de uniões mecânicas em geral, através de rebites, parafusos, pinos, soldas, etc. Na montagem: preparação de chapas, permitindo dar-lhe formas adequadas para sua utilização posterior. Estaleiros e caldeirarias pesadas são seus principais usuários. Na fabricação: preparação de chanfros para soldagem, confecção de peças como rodas dentadas, engates, ferramentas, etc. O oxi-corte é de grande utilidade em operações de salvamento efetuadas pela polícia e corpo de bombeiros, como a retirada de vítimas de acidentes automobilísticos e ferroviários de destroços de veículos, devido à sua grande mobilidade. Corte a gás Vantagens • Disponibilidade: Diversos podem ser os gases combustíveis e o O2 por sua vez é encontrado em toda a atmosfera. Além disto o processo não necessita eletricidade. • 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 processo é de fácil aprendizagem e não possui muitas variáveis, sendo assim de fácil operação. Desvantagens • Restrições: Diversos metais usados industrialmente tais como aço inoxidável, níquel, alumínio, cobre e suas ligas, não podem ser cortados por este processo. • Portabilidade: Os materiais periféricos como cilindros de gás, são pesados e de difícil manuseio, o que dificulta o acesso a lugares altos ou postos de trabalho que se encontrem afastados dos cilindros. • Segurança: A constante manipulação de cilindros de O2. As mangueiras e válvulas (reguladoras e anti-retrocesso) devem ser constantemente inspecionadas em sua funcionalidade e estanqueidade. Corte a gás Outras Aplicações - Soldagem de Trilhos Corte a gás Outras Aplicações - Soldagem de Trilhos Corte a gás Outras Aplicações - Soldagem de Trilhos Soldagem FIM Dúvidas? 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