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Processo Oxi-Gás Prof. Hélio Padilha

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Apresentação em tema: "Processo Oxi-Gás Prof. Hélio Padilha"— Transcrição da apresentação:

1 Processo Oxi-Gás Prof. Hélio Padilha
Soldagem Processo Oxi-Gás Prof. Hélio Padilha

2 Introdução A soldagem a gás oxi-combustível (Oxy-Fuel Gas Welding – OFW) ou simplesmente soldagem a gás é um processo no qual a coalescência ou união dos metais é obtida pelo aquecimento destes até a fusão com uma chama de um gás combustível e oxigênio. O metal de adição, se usado, também é fundido durante a operação.

3 Fundamentos Uma importante característica deste processo é o excelente controle que se pode exercer sobre a entrada de calor e a temperatura das peças que estão sendo soldadas, devido ao controle independente da fonte de calor e da alimentação do metal de adição. É um processo adequado à soldagem de chapas finas, tubos de pequeno diâmetro e também muito utilizado em soldagens de reparo.

4 Equipamentos O equipamento para a soldagem oxi-acetilênica compreende basicamente cilindros de oxigênio e acetileno, reguladores de pressão, mangueiras, maçarico, acendedor de chama, ferramentas e equipamentos diversos de segurança (óculos, luvas, válvulas contra retorno de gases, etc.)

5 Gases Gases comerciais têm uma propriedade em comum, ou seja, requerem sempre oxigênio para sustentar a combustão. Um gás, para ser conveniente às operações de soldagem, deve apresentar as seguintes propriedades quando queimado: Alta temperatura de chama. Alta taxa de propagação de chama. Conteúdo de calor suficiente. Mínimo de reação química da chama com os metais base e de enchimento. Dentre os gases comercialmente disponíveis, o acetileno é o que mais se aproxima destes requisitos.

6 Gases Características dos gases combustíveis comuns
Embora o calor da chama secundária seja importante em várias aplicações, o calor mais concentrado da chama primária é a principal contribuição para a capacidade de soldagem de um sistema a oxi-gás. A chama primária é dita neutra quando a equação da reação primária está balanceada, fornecendo apenas COe H2. Sob estas condições, a atmosfera da chama primária não é nem carburizante nem oxidante.

7 Acetileno – C2H2 Teoricamente, a combustão completa do C2H2 é representada pela equação química: C2H O2 → 2CO2 + H2O A combustão acontece em dois estágios. A reação primária acontece na zona interna da chama (chamada de cone interno) e é representada pela equação química: C2H2 + O2 → 2CO + H2 Aqui, 1 volume de C2H2 e 1 volume de O2 reagem para formar 2 volumes de CO e 1 volume de H2. O conteúdo de calor e a alta temperatura desta reação resultam na decomposição do C2H2 e na oxidação parcial do C resultante daquela decomposição. Quando os gases que escoam do bico estão na proporção 1:1 indicada na segunda equação, a reação produz o típico cone interno azul brilhante. Esta chama relativamente pequena gera a intensidade de combustão necessária para a soldagem. A chama é dita neutra porque não há excesso de C ou O2 para carburizar ou oxidar o metal.

8 Acetileno – C2H2 O acetileno é auto explosivo a pressões abaixo de 2 bar portanto não podem ser comprimidos diretamente dentro de simples cilindros. Cilindros utilizados para estocar acetileno são além de tudo especialmente preparados para armazenar uma emulsão de carvão ou acetona, pedra pomes e terra infusória ou alternativamente silicato de cálcio. Ambos materiais formam aglomerado altamente poroso sendo o último com 92% de porosidade. Esta porosidade é feita para complementar o espaço restante do cilindro mas divide este espaço em pequenas células. O ar é eliminado destas células e os espaços nos poros do material são preenchidos com acetona que é capaz de dissolver 23 vezes seu próprio volume de acetileno para ser comprimido seguramente acima de 17 bar.

9 Válvulas Válvulas para cilindros de oxigênio são feitas de latão que não e corroída quando exposta ao oxigênio. Reguladores de pressão do oxigênio são conectados as válvulas do cilindros. Válvulas ajustadoras no cilindro de oxigênio devem ser mantidas limpas e livres de óleo ou graxa. Estas válvulas podem ser usadas em cilindros contendo nitrogênio, argônio, ar comprimido e dióxido de carbono. Válvulas para cilindros de acetileno são feitas de aço porque ligas contendo mais de 70 % de cobre quando expostas ao acetileno por longo tempo reage com ele para forma acetileno de cobre e formando dentro um gel que pode dissociar violentamente ou explodir até quando for apenas ligeiramente lacrado ou tapado.

10 Reguladores de pressão
Reguladores de pressão de gases são necessários para reduzir a pressão do gás em um cilindro ou controlar a pressão usada na tocha de solda. O princípio de construção de reguladores para diferentes gases é o mesmo, isto se deve sempre por causa da pressão que eles são submetidos para controlar diferentes soldagens de gás a gás ( por exemplo 150 bar para oxigênio e 17 bar para o acetileno) além do mais eles são designados para manter respectivamente diferentes pressões. Isto ocorre porque um regulador de gás é usado apenas para o gás para o qual ele é designado. Para evitar confusão e perigos, a conexão para gases combustíveis e tubos de oxigênio têm roscas diferentes e correspondentes ao filetes das válvulas, um tem rosca direita o outro com rosca esquerda.

11 Mangueiras O acetileno e oxigênio são levados do cilindro para tocha de solda por meio de mangueiras feitas de borracha reforçada com as cores vermelha, preta ou verde, capaz de conduzir os gases em linhas com altas pressões a uma temperatura moderada. Mangueiras de cor verdes são destinadas para o oxigênio e as conexões são feitas com nipples de rosca plana e a direita. Mangueiras vermelhas são usadas para levar gás combustível com porca diferenciada com rosca a esquerda para conectar na saída do regulador de pressão e na conexão com a tocha. Na industria normalmente usa mangueiras pretas para transportar outro gás combustível.

12 Maçaricos Um maçarico típico consiste de um punho, um misturador e um bico montado. Ele fornece um meio de controle independente do fluxo de cada gás, um método de conectar uma variedade de bicos ou outros aparatos a punhos convenientes e possibilita o controle dos movimentos da chama. Os gases passam pelas válvulas de controle, através de passagens separadas no punho, vão para o dispositivo misturador onde o Oxigênio e o gás são misturados, e finalmente saem por um orifício pela extremidade do bico. O bico é apresentado como sendo um tubo simples, estreito na extremidade para produzir um cone de soldagem adequado.

13 Maçaricos Há basicamente dois tipos gerais de misturadores. Os mais comumente utilizados são os de pressão positiva (também chamados de média pressão) e os injetores ( chamados de baixa pressão ). Os misturadores de pressão positiva requerem que os gases sejam liberados para o maçarico em pressões acima de 2 psig (14 kPa). No caso de acetileno, a pressão deve estar entre 2 e 15 psig (14 e 103 kPa). O Oxigênio é fornecido aproximadamente na mesma pressão. Não há, entretanto, limite restrito sobre a pressão de Oxigênio. Ela pode, e algumas vezes varia, até 25 psig (172 kPa) com os bicos maiores. O objetivo do misturador do tipo injetor é aumentar a utilização efetiva dos gases fornecidos a pressões de 2 psig (14 kPa) ou menos. Neste maçarico, o Oxigênio é fornecido para pressões variando de 10 a 40 psig (70 a 275 kPa), o aumento da pressão combina com o tamanho do bico. A velocidade relativamente alta do fluxo de Oxigênio é usada para aspirar ou puxar mais gás que fluiria normalmente em baixas pressões.

14 Temperatura da chama Distribuição de temperatura na chama oxiacetilênica

15 Tipos de chamas A chama oxiacetilênica é facilmente controlada por válvulas sobre o maçarico. Por uma leve mudança nas proporções de O2 e C2H2 escoando através do maçarico, as características da zona interna da chama e a ação resultante do cone interno sobre o metal fundido pode ser variada em uma larga faixa. Assim, ajustando as válvulas do maçarico, é possível produzir uma chama neutra, oxidante ou carburante.

16 Chama redutora Como uma chama redutora contém carbono não queimado, sua temperatura é mais baixa que numa chama neutra ou oxidante. Se este excesso de carbono encontra a poça de solda fundida, a mesma parece estar fervendo. Na solidificação o carbono terá atingido a superfície e o comprimento da solda ficando cheio de poros e o cordão de solda atinge uma dureza mais alta e torna-se extremamente frágil devido ao carbono excessivo adicionado a ele. Tal chama é recomendada para soldar aços de alto carbono e ferro fundido.

17 Chama neutra A chama neutra tem, aproximadamente, uma mesma proporção volume de acetileno para um volume de oxigênio. Estruturalmente ela consiste de duas partes chamadas de cone interior e cobertura exterior. Ela apresenta um cone interior claro, bem definido e luminoso indicando que a combustão é completa. Esta chama faz um som característico (um assobio) e é o tipo de chama mais usado para soldar metais. Ela normalmente não afeta a composição química metal soldado e normalmente produz uma solda de boa aparência, tendo propriedades comparáveis ao metal base. É muito usada para soldar aços estruturais de baixo carbono e alumínio.

18 Chama oxidante A chama oxidante apresenta um excesso de oxigênio. Ela consiste de um cone interior branco muito curto e uma cobertura exterior mais curta. Esta chama tem um som característico tipo um ronco ruidoso. A redução do cone interior é um sinal do excesso de oxigênio. Ela é a chama mais quente produzida por uma fonte de gás combustível e oxigênio. Tal chama pode oxidar o metal na poça de solda produzindo um cordão de solda com aparência suja. A chama oxidante é usada para soldar ligas a base de cobre, ligas a base de zinco e alguns metais ferrosos como aço manganês e alguns ferros fundidos. Nestes metais, durante a soldagem a chama oxidante produz uma base de metal oxidado que protege a evaporação de elementos de liga. Por exemplo, na soldagem latão amarelo o zinco pode evaporar, contudo a formação de uma camada de óxido de cobre na poça de solda previne a perda do zinco por evaporação.

19 Técnicas de soldagem Há duas técnicas básicas de soldagem a gás dependendo da direção do maçarico de solda: soldagem para frente e soldagem para trás. Na soldagem para frente a vareta vai a frente da chama enquanto que na soldagem para trás a vareta segue a chama. Na soldagem para frente a chama é direcionada para frente da solda feita o que leva a um calor mais uniforme nas margens e melhor mistura do metal na poça de solda. A solda para frente fornece uma altura e largura mais uniformes do cordão de solda, uma velocidade de solda maior e custo mais baixo quando usada para soldar peças com espessuras abaixo de 5 mm. Para materiais mais espessos acima de 5 mm, a solda para trás é mais usada. Na soldagem para trás, a chama é direcionada para trás contra a solda e não é necessário nenhum movimento de costura, embora a vareta possa ser movimentada em movimento helicoidal mas com amplitudes menores que na soldagem para frente . A soldagem para trás é mais rápida para materiais mais espessos porque o operador pode manter cone interior da chama mais concentrado na superfície da poça de solda dando deste modo mais calor para o metal fundido do que na soldagem para frente.

20 Brasagem Neste processo as partes a serem unidas não se fundem, apenas são aquecidas à uma temperatura próxima do intervalo de fusão do metal de adição. A união ocorre através do efeito de molhabilidade e capilaridade. Não ocorrendo a fusão das partes a serem unidas e nem o elevado aquecimento da região adjacente à junta, o material manterá suas propriedades mecânicas originais. Para se caracterizar como brasagem, o metal de adição deve sempre ter a temperatura de fusão inferior a do material base, evitando-se assim a diluição do mesmo na junta. O processo de brasagem é dividido em três tipos: soldagem branda; brasagem (propriamente dita); soldabrasagem.

21 Soldagem branda Soldagem branda também denominada como soldagem branca ou solda fraca. Muito semelhante ao processo de brasagem, diferencia-se pela menor resistência mecânica e pela temperatura de trabalho do metal de adição sempre inferior à 450°C. Possibilita a obtenção de juntas e obturações lisas e isentas de poros, permitindo unir entre si diversos tipos de metais como cobre e suas ligas, ferro, ferro fundido, zinco e aços inoxidáveis. Utilizada nos casos em que são pequenas as forças agentes nas superfícies unidas e baixas as temperaturas de trabalho. Como exemplos de aplicação de soldagem branda, citam-se: contatos elétricos; radiadores; reservatórios; indústrias ópticas, cirúrgicas, alimentícias e de utensílios domésticos; reconstrução de áreas com defeitos e deformações nas carrocerias de veículos; latas e recipientes que devem ser estanques mas não estejam sujeitos a elevadas solicitações mecânicas.

22 Brasagem Também denominada como solda forte. Utiliza metais de adição com intervalo de fusão compreendido entre temperaturas abaixo do ponto de fusão do material base e acima de 450°C. Possibilita a obtenção de juntas lisas e isentas de poros, podendo unir entre si a maioria dos metais ferrosos e não ferrosos, com exceção do magnésio e dos metais com baixa temperatura de fusão, como zinco e etc. A grande vantagem da brasagem é a possibilidade de união de metais dissimilares, como por exemplo: aços diversos com cobre e suas ligas, bronzes, latões, ferros fundidos e compostos de metal duro. Como exemplos de aplicação de brasagem, citam-se: tubulações hidráulicas e de equipamentos de refrigeração; uniões de componentes metálicos em geral resistentes a diversos tipos de esforços mecânicos; quadros tubulares; mecânica de precisão; indústria de eletrodomésticos e materiais elétricos; união de ferramentas de carboneto de tungstênio (metal duro); e onde deve ser minimizado a corrosão sob tensão de componentes de níquel ou ligas à base de níquel e aços inoxidáveis, bem como efeitos do aquecimento como dilatação térmica e modificação das características do material base.

23 Soldabrasagem Semelhante ao processo de brasagem, diferencia-se devido a folga na junta ser maior que 0,50 mm e/ou possuir chanfro. Pode se afirmar com segurança que a soldabrasagem é um processo intermediário entre soldagem e brasagem, pois reúne características de ambos os processos. Daí o nome “Solda” “Brasagem”. Diferencia-se do processo de soldagem autógena (soldagem oxi-combustível) devido a temperatura de intervalo de fusão do metal de adição ser inferior a menor temperatura de fusão dos materiais base, sendo a estrutura cristalina dos mesmos menos afetada do que no processo de soldagem autógena. Possibilita a união de materiais dissimilares, como por exemplo: aços carbono com cobre e suas ligas, bronzes, latões, ferros fundidos e ligas de níquel. Como exemplos de aplicação de soldabrasagem, citam-se: reparos em ferro fundido e aços (mesmo temperados); produção de estruturas leves de aço, especialmente de tubos e outros perfis como móveis de aço, suportes para letreiros, carrinhos de mão e etc.

24 Molhabilidade O metal de adição tem que “molhar” o material base. A molhabilidade ocorre quando uma gota de metal de adição no estado líquido se espalha sobre a superfície do material base no estado sólido, “molhando” a mesma e consequentemente aumentando a sua superfície. Para que a umectação ocorra, a superfície do material base tem que estar limpa, isenta de óxidos, gorduras, óleos, graxas e detritos de qualquer natureza. O aquecimento tem que ser suficiente para fundir o metal de adição, porém não pode fundir o material base. Recomenda-se uma diferença de no mínimo 100°C entre os pontos de fusão do material base e a temperatura de liquidus do metal de adição.

25 Capilaridade Capilaridade é um conjunto de fenômenos físicos que promove pressão nos líquidos, fazendo com que os mesmos penetrem entre duas superfícies. A figura a seguir mostra uma experiência simples, em que se coloca um tubo de vidro com pequeno diâmetro interno em um recipiente com água. Assim que a face do tubo entra em contato com a água, esta entra no interior do tubo até uma altura (h), a qual não se altera ao levar o tubo até o fundo do recipiente. Se o tubo for retirado do recipiente, esta coluna de água, de altura (h), formada dentro do tubo, permanecerá a mesma, constatando-se o fenômeno da capilaridade.

26 Capilaridade

27 Capilaridade A penetração depende da distância entre as superfícies, densidade e viscosidade do líquido e energia da superfície da fase líquida (que pode ser verificada através do intervalo de fusão da liga).

28 Juntas para brasagem Para a obtenção de uma junta adequada, devem ser verificados alguns requisitos técnicos como o tipo de serviço; custo; a temperatura de trabalho; a direção e a intensidade das forças aplicadas sobre o conjunto brasado; o meio de trabalho; a compatibilidade entre material base e metal de adição; o forma e tempo de aquecimento; e o método de brasagem aplicado (solda branda, brasagem ou soldabrasagem). A determinação da folga (distância entre as superfícies a serem brasadas) depende do tipo de brasagem empregado, da utilização de fluxo, das condições de usinagem existentes verificando as tolerâncias existentes a fim de garantir uma faixa de trabalho e não um valor nominal. Normalmente as folgas das juntas para solda branda e brasagem em geral situam-se entre 0,05 mm e 0,20 mm, e para soldabrasagem igual ou superior a 0,50 mm.

29 Fluxos Em processos de soldagem e brasagem com chama oxi-acetilênica, é importante o uso de um fluxo que seja adequado a cada tipo de material. Os fluxos têm papel fundamental, pois 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.

30 Fluxos Boratos - Na, K e Li: Para uso acima de 760 °C. Têm boa capacidade de dissolução dos óxidos e oferecem boa proteção contra oxidação; Fluoboratos – Na e K: Possuem melhor capacidade de dissolução dos óxidos e maior fluidez do que os boratos. São usados na ligação de materiais para elevadas temperaturas; Fluoretos – Na, K e Li: São muito ativos, aumentando o efeito de capilaridade. Utilizados especialmente na união de alumínio e suas ligas. Produzem fumos tóxicos. Têm fraca proteção contra oxidação. Cloretos: Têm propriedades e aplicações idênticas à dos fluoretos, embora sejam menos eficazes; Ácido bórico calcinado: Constitui a base de muitos fluxos. É um bom agente de limpeza das superfícies. Reduz a viscosidade do fluxo e facilita a remoção dos resíduos de fluxo.

31 Metal de adição recomendado Faixa de temperatura recomendada (°C)
Metais de adição Classe AWS Metal de base Metal de adição recomendado Faixa de temperatura recomendada (°C) Forma de fornecimento FB1 Ligas de Al BAlSi FB2 Ligas de Mg BMg FB3 Aço carbono e aço inoxidável BAg, BCuP, BCu, B-Ni, BAu Pó, pasta e líquido FB4 Alumínio-Bronze BAg e BCu Pasta

32 Oxi-corte Pode-se definir o oxicorte como “um processo de seccionamento de metais pela combustão localizada e contínua devido à ação de um jato de O2 de elevada pureza, agindo sobre um ponto previamente aquecido por uma chama oxi-combustível”.

33 Processo Na temperatura ambiente e na presença de O2, o ferro se oxida lentamente. À 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 liquefazer o óxido formado e realimentar a reação. O óxido no estado líquido se escoa, expulso pelo jato de O2, permitindo o contato do ferro devidamente aquecido com O2 puro, o que garante a continuidade ao processo.

34 Bicos de corte Os bicos de corte são montados na cabeça do maçarico de modo a conservar separadas as misturas dos gases de pré-aquecimento do O2 de corte, servindo também para direcionar os mesmos para a superfície a ser cortada por meio dos orifícios do seu interior. A principal e mais importante dimensão do bico de corte é o diâmetro interno do canal do O2 de corte. Por este orifício se equilibra a pressão e a vazão de O2 adequadas para a espessura a cortar, devendo o bico ser escolhido em função da espessura, e a partir da escolha de um dado diâmetro de orifício do O2 de corte, estão determinados os limites de espessura a serem cortados pelo bico.

35 Pureza do O2 Quando a pureza do O2 diminui, ocorre um retardamento na oxidação do metal e mais gases são consumidos por unidade de tempo para a mesma largura de sangria, subindo especialmente o consumo de O2.


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