La soldadura oxi-combustible (comúnmente llamada soldadura oxiacetilénica , soldadura oxi o soldadura a gas en los Estados Unidos) y el corte oxi-combustible son procesos que utilizan gases combustibles (o combustibles líquidos como gasolina o petróleo, diésel, biodiésel, queroseno , etc.) y oxígeno para soldar o cortar metales. Los ingenieros franceses Edmond Fouché y Charles Picard fueron los primeros en desarrollar la soldadura oxígeno- acetileno en 1903. [1] Se utiliza oxígeno puro, en lugar de aire , para aumentar la temperatura de la llama para permitir la fusión localizada del material de la pieza de trabajo (por ejemplo, acero) en un ambiente ambiental.
Una llama común de propano /aire arde a aproximadamente 2250 K (1980 °C; 3590 °F), [2] una llama de propano/oxígeno arde a aproximadamente 2526 K (2253 °C; 4087 °F), [3] una llama de oxhidrógeno arde a 3073 K (2800 °C; 5072 °F) y una llama de acetileno /oxígeno arde a aproximadamente 3773 K (3500 °C; 6332 °F). [4]
A principios del siglo XX, antes del desarrollo y la disponibilidad de electrodos de soldadura por arco revestidos a finales de la década de 1920 que eran capaces de realizar soldaduras sólidas en acero, la soldadura oxiacetilénica era el único proceso capaz de realizar soldaduras de una calidad excepcionalmente alta en prácticamente todos los metales de uso comercial en ese momento. Estos incluían no solo acero al carbono sino también aceros aleados, hierro fundido , aluminio y magnesio . En las últimas décadas ha sido reemplazado en casi todos los usos industriales por varios métodos de soldadura por arco que ofrecen mayor velocidad y, en el caso de la soldadura por arco de tungsteno con gas , la capacidad de soldar metales muy reactivos como el titanio .
La soldadura oxiacetilénica todavía se utiliza para trabajos artísticos a base de metal y en talleres pequeños en el hogar, así como en situaciones en las que el acceso a la electricidad (por ejemplo, a través de un cable de extensión o un generador portátil) presentaría dificultades. El soplete de soldadura oxiacetilénica (y otras mezclas de gases oxicombustibles) sigue siendo una fuente de calor principal para la soldadura fuerte manual , así como para el conformado, la preparación y el tratamiento térmico localizado de metales . Además, el corte con oxiacetilénico todavía se utiliza ampliamente, tanto en la industria pesada como en las operaciones de reparación e industria ligera.
En la soldadura con oxicombustible , se utiliza un soplete para soldar metales. La soldadura de metales se produce cuando dos piezas se calientan a una temperatura que produce un baño compartido de metal fundido. El baño fundido generalmente se suministra con metal adicional llamado relleno. La selección del material de relleno depende de los metales que se van a soldar.
En el corte con oxicombustible , se utiliza un soplete para calentar el metal hasta su temperatura de encendido . Luego se aplica una corriente de oxígeno sobre el metal, quemándolo hasta formar un óxido metálico que fluye por la ranura en forma de escoria . [5]
Los sopletes que no mezclan combustible con oxígeno (en su lugar, combinan aire atmosférico) no se consideran sopletes de oxicombustible y, por lo general, se pueden identificar por tener un solo tanque (el corte con oxicombustible requiere dos suministros aislados, combustible y oxígeno). La mayoría de los metales no se pueden fundir con un soplete de un solo tanque. En consecuencia, los sopletes de un solo tanque suelen ser adecuados para la soldadura blanda y fuerte , pero no para la soldadura autógena.
Los sopletes de oxígeno y combustible se utilizan o se han utilizado para:
En resumen, el equipo de oxicorte es bastante versátil, no solo porque se prefiere para algunos tipos de soldadura de hierro o acero, sino también porque se presta para la soldadura fuerte, la soldadura fuerte, el calentamiento de metales (para recocido o templado, doblado o conformado), la eliminación de óxido o sarro, el aflojamiento de tuercas y tornillos corroídos, y es un medio omnipresente para cortar metales ferrosos.
El aparato utilizado en la soldadura a gas se compone básicamente de una fuente de oxígeno y una fuente de gas combustible (normalmente contenidas en bombonas ), dos reguladores de presión y dos mangueras flexibles (una para cada bombona), y un soplete. Este tipo de soplete también se puede utilizar para soldar y soldar con soldadura fuerte . Las bombonas suelen transportarse en un carro especial con ruedas .
Se han encontrado ejemplos de equipos de corte con oxihidrógeno con pequeños cilindros de gas (del tamaño de un equipo de buceo ) que el usuario lleva en la espalda dentro de un arnés de mochila para trabajos de rescate y similares.
También existen ejemplos de sopletes de corte de combustible líquido, tanto presurizados como no presurizados, que generalmente utilizan gasolina. Se utilizan por su mayor poder de corte en comparación con los sistemas de combustible gaseoso y también por su mayor portabilidad en comparación con los sistemas que requieren dos tanques de alta presión.
El regulador garantiza que la presión del gas de los tanques coincida con la presión requerida en la manguera. El operador ajusta el caudal mediante válvulas de aguja en el soplete. El control preciso del caudal con una válvula de aguja depende de una presión de entrada constante.
La mayoría de los reguladores tienen dos etapas. La primera etapa es un regulador de presión fija, que libera gas del cilindro a una presión intermedia constante, a pesar de que la presión en el cilindro disminuye a medida que se consume el gas. Esto es similar a la primera etapa de un regulador de buceo . La segunda etapa ajustable del regulador controla la reducción de presión desde la presión intermedia hasta la presión de salida baja. El regulador tiene dos manómetros, uno que indica la presión del cilindro y el otro que indica la presión de la manguera. La perilla de ajuste del regulador a veces está calibrada aproximadamente para la presión, pero un ajuste preciso requiere la observación del manómetro.
Algunos reguladores de oxígeno-combustible más simples o más económicos tienen solo un regulador de una etapa o un solo manómetro. Un regulador de una etapa tenderá a permitir una reducción en la presión de salida a medida que se vacía el cilindro, lo que requiere un reajuste manual. Para los usuarios de bajo volumen, esta es una simplificación aceptable. Los reguladores de soldadura, a diferencia de los reguladores de calefacción de GLP más simples, conservan su manómetro de presión de salida (manguera) y no dependen de la calibración de la perilla de ajuste. Los reguladores de una etapa más económicos a veces pueden omitir el manómetro de contenido del cilindro o reemplazar el preciso manómetro de cuadrante con un manómetro de "botón ascendente" más económico y menos preciso.
Las mangueras están diseñadas para su uso en soldadura y corte de metales. Se puede utilizar un diseño de manguera doble o gemela, lo que significa que las mangueras de oxígeno y combustible están unidas. Si se utilizan mangueras separadas, deben sujetarse entre sí a intervalos de aproximadamente 3 pies (1 m), aunque eso no se recomienda para aplicaciones de corte, porque las gotas de metal fundido que se desprenden durante el proceso pueden alojarse entre las mangueras donde están unidas y quemarse, liberando el gas presurizado en el interior, que en el caso del gas combustible suele encenderse.
Las mangueras están codificadas por colores para su identificación visual. El color de las mangueras varía según el país. En los Estados Unidos, la manguera de oxígeno es verde y la manguera de combustible es roja. [6] En el Reino Unido y otros países, la manguera de oxígeno es azul (aún se pueden encontrar mangueras negras en equipos antiguos) y la manguera de acetileno (combustible) es roja. [7] Si se utiliza combustible de gas licuado de petróleo (GLP), como propano , la manguera de combustible debe ser naranja, lo que indica que es compatible con GLP. El GLP dañará una manguera incompatible, incluidas la mayoría de las mangueras de acetileno.
Los conectores roscados de las mangueras están hechos a mano para evitar conexiones incorrectas accidentales: la rosca de la manguera de oxígeno es hacia la derecha (como es normal), mientras que la manguera de gas combustible tiene una rosca hacia la izquierda. [6] Las roscas hacia la izquierda también tienen una ranura de identificación cortada en sus tuercas.
Las conexiones herméticas entre las mangueras flexibles y los accesorios rígidos se realizan mediante abrazaderas de manguera engarzadas o casquillos , a menudo denominados abrazaderas en forma de "O", sobre espigas dentadas. El uso de abrazaderas de manguera con sinfín o abrazaderas Jubilee está específicamente prohibido en el Reino Unido y otros países. [8]
El acetileno no es sólo inflamable; en determinadas condiciones es explosivo . Aunque tiene un límite superior de inflamabilidad en el aire del 81%, [9] el comportamiento de descomposición explosiva del acetileno hace que esto sea irrelevante. Si una onda de detonación entra en el tanque de acetileno, el tanque explotará por la descomposición. Las válvulas de retención comunes que normalmente evitan el reflujo no pueden detener una onda de detonación porque no son capaces de cerrarse antes de que la onda pase alrededor de la compuerta. Por esa razón se necesita un supresor de retroceso de llama . Está diseñado para funcionar antes de que la onda de detonación llegue desde el lado de la manguera al lado de suministro.
Entre el regulador y la manguera, e idealmente entre la manguera y el soplete, tanto en las líneas de oxígeno como de combustible, se debe instalar un dispositivo antirretroceso de llama y/o una válvula antirretorno (válvula de retención) para evitar que la llama o la mezcla de oxígeno y combustible regresen a cualquiera de los cilindros y dañen el equipo o provoquen la explosión de un cilindro.
La práctica europea es instalar supresores de retroceso de llama en el regulador y válvulas de retención en el soplete. La práctica estadounidense es instalar ambos en el regulador.
El dispositivo antirretroceso evita que las ondas de choque que se originan aguas abajo vuelvan a subir por las mangueras y entren en el cilindro, lo que podría romperlo, ya que hay cantidades de mezclas de combustible y oxígeno dentro de las partes del equipo (específicamente dentro del mezclador y el soplete/boquilla) que pueden explotar si el equipo se apaga incorrectamente, y el acetileno se descompone a presiones o temperaturas excesivas. En caso de que la onda de presión haya creado una fuga aguas abajo del dispositivo antirretroceso, este permanecerá apagado hasta que alguien lo restablezca.
Una válvula de retención permite que el gas fluya en una sola dirección. Por lo general, es una cámara que contiene una bola que se presiona contra un extremo mediante un resorte. El flujo de gas en una dirección empuja la bola hacia afuera, y la falta de flujo o un flujo inverso permite que el resorte empuje la bola hacia la entrada, bloqueándola. No debe confundirse con un supresor de retroceso de llama, una válvula de retención no está diseñada para bloquear una onda de choque. La onda de choque podría ocurrir mientras la bola está tan lejos de la entrada que la onda la superará antes de que pueda alcanzar su posición de apagado.
El soplete es la herramienta que el soldador sostiene y manipula para realizar la soldadura. Tiene una conexión y una válvula para el gas combustible y una conexión y una válvula para el oxígeno, un mango para que el soldador lo agarre y una cámara de mezcla (colocada en ángulo) donde se mezclan el gas combustible y el oxígeno, con una punta donde se forma la llama. Dos tipos básicos de sopletes son el tipo de presión positiva y el tipo de baja presión o de inyección.
El cabezal de un soplete de soldadura se utiliza para soldar metales. Se puede identificar por tener solo uno o dos tubos que llegan a la boquilla, no tiene gatillo para el chorro de oxígeno y tiene dos perillas de válvula en la parte inferior del mango que permiten al operador ajustar el flujo de oxígeno y combustible respectivamente.
El cabezal de un soplete de corte se utiliza para cortar materiales. Es similar a un soplete de soldadura, pero se puede identificar por el gatillo o palanca de oxigenación.
Al cortar, primero se calienta el metal con la llama hasta que adquiere un color rojo cereza. Una vez alcanzada esta temperatura, se suministra oxígeno a las piezas calentadas presionando el gatillo de oxigenación. Este oxígeno reacciona con el metal, produciendo más calor y formando un óxido que luego se expulsa del corte. Es el calor el que continúa el proceso de corte. El soplete de corte solo calienta el metal para iniciar el proceso; el calor adicional lo proporciona el metal quemado.
El punto de fusión del óxido de hierro es aproximadamente la mitad del del metal que se está cortando. A medida que el metal se quema, se convierte inmediatamente en óxido de hierro líquido y fluye fuera de la zona de corte. Sin embargo, parte del óxido de hierro permanece en la pieza de trabajo, formando una "escoria" dura que se puede eliminar mediante un suave golpeteo y/o pulido.
Un soplete con forma de capullo de rosa se utiliza para calentar metales para doblarlos, enderezarlos, etc., donde se necesita calentar una superficie grande. Se llama así porque la llama que tiene en el extremo parece un capullo de rosa . Un soplete de soldadura también se puede utilizar para calentar superficies pequeñas, como tuercas y tornillos oxidados.
Un soplete de oxicombustible típico, llamado soplete de presión igual, simplemente mezcla los dos gases. En un soplete de inyección, el oxígeno a alta presión sale de una pequeña boquilla dentro del cabezal del soplete que arrastra el gas combustible junto con él, utilizando el efecto Venturi .
Los procesos de oxicombustible pueden utilizar una variedad de gases combustibles (o líquidos combustibles), siendo el más común el acetileno . Otros gases que pueden utilizarse son el propileno , el gas licuado de petróleo (GLP), el propano, el gas natural , el hidrógeno y el gas MAPP . Los sistemas de corte con combustible líquido utilizan combustibles como la gasolina, el diésel, el queroseno y, posiblemente, algunos combustibles de aviación.
El acetileno es el combustible principal para la soldadura con oxicombustible y es el combustible de elección para trabajos de reparación y corte y soldadura en general. El gas acetileno se envía en cilindros especiales diseñados para mantener el gas disuelto. Los cilindros se llenan con materiales porosos (por ejemplo, fibra de kapok , tierra de diatomeas o (anteriormente) amianto ) y luego se llenan hasta aproximadamente el 50% de su capacidad con acetona , ya que el acetileno es soluble en acetona. Este método es necesario porque por encima de los 207 kilopascales (30 libras por pulgada cuadrada ) (presión absoluta), el acetileno es inestable y puede explotar .
Cuando el tanque está lleno, la presión es de aproximadamente 1700 kPa (247 psi). Cuando se combina con oxígeno , el acetileno arde a una temperatura de entre 3200 y 3500 grados Celsius (5790 y 6330 grados Fahrenheit ), la más alta entre los combustibles gaseosos de uso común. Como combustible, la principal desventaja del acetileno en comparación con otros combustibles es su alto precio.
Como el acetileno es inestable a una presión aproximadamente equivalente a 10 m (33 pies) bajo el agua, el corte y la soldadura sumergidos en agua están reservados para el hidrógeno en lugar del acetileno.
Las pruebas [ cita requerida ] demostraron que un soplete de oxi-gasolina puede cortar placas de acero de hasta 0,5 pulgadas (13 mm) de espesor a la misma velocidad que el oxi-acetileno. En espesores de placa mayores de 0,5 pulgadas (13 mm) la velocidad de corte fue mejor que la del oxi-acetileno; a 4,5 pulgadas (110 mm) fue tres veces más rápido. [10] Además, el vapor de combustible líquido tiene aproximadamente 4 veces la densidad de un combustible gaseoso. Se produce una llama de corte de alta velocidad por la enorme expansión de volumen mientras el líquido se transforma en vapor, de modo que la llama de corte puede cortar a través de los huecos (espacio de aire entre las placas).
Los sopletes de oxigasolina también pueden cortar pintura, suciedad, óxido y otros materiales contaminantes de la superficie que recubren el acero viejo. Este sistema proporciona una oxidación de casi el 100 % durante el corte, sin dejar casi nada de acero fundido en la escoria para evitar que el material cortado se "pegue". El costo operativo de un soplete de gasolina es generalmente entre un 75 y un 90 % menor que el de usar propano o acetileno.
La gasolina se puede suministrar desde un tanque presurizado (cuya presión se puede bombear manualmente o suministrar desde un cilindro de gas) o un tanque no presurizado, y el combustible se introduce en el soplete mediante una acción Venturi creada por el flujo de oxígeno presurizado. [10] Otro enfoque de bajo costo que utilizan comúnmente los fabricantes de joyas en Asia es utilizar aire burbujeado a través de un recipiente de gasolina mediante una bomba de aire accionada con el pie y quemar la mezcla de combustible y aire en un soplete de soldadura especializado.
El diésel es una nueva opción en el mercado de sopletes de corte con combustible líquido. Los sopletes diésel tienen varias ventajas sobre los combustibles gaseosos y la gasolina. El diésel es inherentemente más seguro y más potente que la gasolina o combustibles gaseosos como el acetileno y el propano, y corta el acero más rápido y más barato que cualquiera de esos gases. Además, el vapor del combustible líquido tiene una densidad aproximadamente 5 veces mayor que un combustible gaseoso, lo que proporciona una "fuerza" mucho mayor. Se produce una llama de corte de alta velocidad por la enorme expansión de volumen cuando el líquido pasa a ser vapor, por lo que la llama de corte cortará fácilmente los espacios de aire entre las placas. Un soplete diésel/oxígeno puede cortar pintura, suciedad, óxido y otros contaminantes de la superficie del acero. Este sistema proporciona casi un 100% de oxidación durante el corte, por lo que prácticamente no deja acero fundido en la escoria, lo que evita que los materiales cortados se "peguen". El costo operativo de un soplete diésel es típicamente un 75-90% menor que el uso de propano o acetileno. Uso creciente en las industrias de demolición o chatarra
El hidrógeno tiene una llama limpia y es bueno para su uso en aluminio . Se puede utilizar a una presión más alta que el acetileno y, por lo tanto, es útil para la soldadura y el corte bajo el agua. Es un buen tipo de llama para usar cuando se calientan grandes cantidades de material. La temperatura de la llama es alta, alrededor de 2000 °C para el gas hidrógeno en el aire a presión atmosférica [11] , y hasta 2800 °C cuando se premezcla en una proporción de 2:1 con oxígeno puro (oxihidrógeno). El hidrógeno no se utiliza para soldar aceros y otros materiales ferrosos, porque causa fragilización por hidrógeno .
En algunos sopletes de oxhidrógeno, el oxígeno y el hidrógeno se producen por electrólisis del agua en un aparato conectado directamente al soplete. Tipos de este tipo de soplete:
El gas de metilacetileno-propadieno (MAPP) y el gas LPG son combustibles similares, porque el gas LPG es gas de petróleo licuado mezclado con MPS. Tiene las características de almacenamiento y transporte del LPG y tiene un valor calorífico un poco más bajo que el del acetileno. Debido a que se puede enviar en contenedores pequeños para su venta en tiendas minoristas, lo utilizan aficionados y grandes empresas industriales y astilleros porque no se polimeriza a altas presiones (por encima de 15 psi aproximadamente, como lo hace el acetileno) y, por lo tanto, es mucho menos peligroso que el acetileno.
Además, se puede almacenar una mayor cantidad en un solo lugar a la vez, ya que la mayor compresibilidad permite colocar más gas en un tanque. El gas MAPP se puede utilizar a presiones mucho más altas que el acetileno, a veces hasta 40 o 50 psi en sopletes de corte de oxicorte de alto volumen que pueden cortar acero de hasta 12 pulgadas de espesor (300 mm). Otros gases de soldadura que desarrollan temperaturas comparables necesitan procedimientos especiales para un envío y manipulación seguros. MPS y MAPP se recomiendan para aplicaciones de corte en particular, en lugar de aplicaciones de soldadura.
El 30 de abril de 2008, la planta de Petromont Varennes cerró sus plantas de craqueo de metilacetileno/propadieno. Como era la única planta norteamericana que producía gas MAPP, las empresas que habían reenvasado los productos de Dow y Varennes introdujeron muchos sustitutos; la mayoría de estos sustitutos son propileno, véase más abajo.
El propileno se utiliza en la soldadura y el corte de producción. Su capacidad de corte es similar al propano. Cuando se utiliza propileno, rara vez es necesario limpiar la punta del soplete. Suele haber una ventaja sustancial al cortar con un soplete de inyección (consulte la sección sobre propano) en lugar de un soplete de presión uniforme cuando se utiliza propileno. Un buen número de proveedores norteamericanos han comenzado a vender propileno bajo marcas registradas como FG2 y Fuel-Max.
El butano , al igual que el propano , es un hidrocarburo saturado. El butano y el propano no reaccionan entre sí y se mezclan con regularidad. El butano hierve a 0,6 °C. El propano es más volátil, con un punto de ebullición de -42 °C. La vaporización es rápida a temperaturas superiores a los puntos de ebullición. Los valores caloríficos (calor) de los dos son casi iguales. Por lo tanto, ambos se mezclan para alcanzar la presión de vapor que requiere el usuario final y en función de las condiciones ambientales. Si la temperatura ambiente es muy baja, se prefiere el propano para lograr una presión de vapor más alta a la temperatura dada. [ cita requerida ]
El propano no arde tan caliente como el acetileno en su cono interior, por lo que rara vez se utiliza para soldar. [12] El propano, sin embargo, tiene una cantidad muy alta de BTU por pie cúbico en su cono exterior, por lo que con el soplete adecuado (estilo inyector) puede hacer un corte más rápido y limpio que el acetileno, y es mucho más útil para calentar y doblar que el acetileno.
La temperatura máxima de llama neutra del propano en oxígeno es de 2822 °C (5112 °F). [13]
El propano es más barato que el acetileno y más fácil de transportar. [14]
A continuación se presenta una comparación de los costos operativos en el corte de placas de 1 ⁄ 2 in (13 mm). Los costos se basan en un costo promedio de oxígeno y diferentes combustibles en mayo de 2012. [ fuente obsoleta ] Los gastos operativos con gasolina fueron el 25 % de los de propano y el 10 % de los de acetileno. Los números varían según la fuente de oxígeno o combustible y el tipo de corte y el entorno o situación de corte. [15]
El oxígeno no es el combustible, sino el agente oxidante , que se combina químicamente con el combustible para producir el calor necesario para soldar. Esto se denomina "oxidación", pero el término más específico y más comúnmente utilizado en este contexto es " combustión ". En el caso del hidrógeno, el producto de la combustión es simplemente agua. En el caso de los demás combustibles de hidrocarburos, se producen agua y dióxido de carbono. El calor se libera porque las moléculas de los productos de la combustión tienen un estado energético inferior al de las moléculas del combustible y el oxígeno. En el corte con oxicombustible, la oxidación del metal que se corta (normalmente, hierro) produce casi todo el calor necesario para "quemar" la pieza de trabajo.
El oxígeno se produce generalmente en otros lugares mediante la destilación de aire licuado y se envía al lugar de la soldadura en recipientes de alta presión (comúnmente llamados "tanques" o "cilindros") a una presión de aproximadamente 21.000 kPa (3.000 lbf/in² = 200 atmósferas). También se envía como líquido en recipientes tipo Dewar (como un termo grande ) a lugares que utilizan grandes cantidades de oxígeno.
También es posible separar el oxígeno del aire haciendo pasar el aire, bajo presión, a través de un tamiz de zeolita que adsorbe selectivamente el nitrógeno y deja pasar el oxígeno (y el argón ). Esto da una pureza de oxígeno de aproximadamente el 93 %. Este método funciona bien para la soldadura fuerte, pero se necesita oxígeno de mayor pureza para producir una ranura limpia y sin escoria al cortar.
El soldador puede ajustar la llama de oxiacetileno para que sea carburante (también conocida como reductora), neutra u oxidante. El ajuste se realiza añadiendo más o menos oxígeno a la llama de acetileno. La llama neutra es la que se utiliza con más frecuencia al soldar o cortar. El soldador utiliza la llama neutra como punto de partida para todos los demás ajustes de llama porque se define con mucha facilidad. Esta llama se obtiene cuando los soldadores, a medida que abren lentamente la válvula de oxígeno en el cuerpo del soplete, primero ven solo dos zonas de llama. En ese punto, el acetileno se está quemando completamente en el oxígeno de soldadura y el aire circundante. [5] La llama es químicamente neutra.
Las dos partes de esta llama son el cono interior de color azul claro y el cono exterior de color azul más oscuro a incoloro. El cono interior es donde se combinan el acetileno y el oxígeno. La punta de este cono interior es la parte más caliente de la llama. Está a aproximadamente 6000 °F (3320 °C) y proporciona suficiente calor para fundir fácilmente el acero. [5] En el cono interior, el acetileno se descompone y se quema parcialmente en hidrógeno y monóxido de carbono , que en el cono exterior se combinan con más oxígeno del aire circundante y se queman.
Un exceso de acetileno crea una llama reductora (a veces llamada carbonizante). Esta llama se caracteriza por tres zonas de llama: el cono interior caliente, una "pluma de acetileno" al rojo vivo y el cono exterior de color azul. Este es el tipo de llama que se observa cuando se añade oxígeno por primera vez al acetileno en combustión. La pluma se ajusta y se hace cada vez más pequeña añadiendo cantidades cada vez mayores de oxígeno a la llama. Una pluma de soldadura se mide como 2X o 3X, siendo X la longitud del cono de llama interior.
El carbón no quemado aísla la llama y reduce la temperatura a aproximadamente 5000 °F (2760 °C). La llama reductora se utiliza normalmente para operaciones de recargue o técnicas de soldadura de tuberías a contramano. La pluma se produce por la combustión incompleta del acetileno, lo que provoca un exceso de carbono en la llama. Parte de este carbono se disuelve en el metal fundido para carbonizarlo. La llama carbonizante tenderá a eliminar el oxígeno de los óxidos de hierro que puedan estar presentes, un hecho que ha hecho que la llama se conozca como "llama reductora". [5]
La llama oxidante es el tercer ajuste de llama posible. Se produce cuando se ha modificado la proporción de oxígeno y acetileno necesaria para una llama neutra para obtener un exceso de oxígeno. Este tipo de llama se observa cuando los soldadores añaden más oxígeno a la llama neutra. Esta llama es más caliente que las otras dos porque los gases combustibles no tendrán que buscar tanto para encontrar la cantidad necesaria de oxígeno ni calentar tanto carbono térmicamente inerte. [5] Se denomina llama oxidante por su efecto sobre el metal. Este ajuste de llama no suele ser el preferido. La llama oxidante crea óxidos indeseables que perjudican la estructura y la mecánica de la mayoría de los metales. En una llama oxidante, el cono interior adquiere un matiz violáceo y se estrecha y se hace más pequeño en la punta, y el sonido de la llama se vuelve áspero. Una llama ligeramente oxidante se utiliza en la soldadura fuerte y en el revestimiento de bronce, mientras que una llama más oxidante se utiliza en la soldadura por fusión de ciertos latones y bronces [5].
El tamaño de la llama se puede ajustar hasta cierto punto mediante las válvulas del soplete y los ajustes del regulador, pero en general depende del tamaño del orificio de la boquilla. De hecho, primero se debe elegir la boquilla en función del trabajo que se esté realizando y luego ajustar los reguladores en consecuencia.
La llama se aplica al metal base y se mantiene hasta que se forma un pequeño charco de metal fundido. El charco se mueve a lo largo del camino donde se desea el cordón de soldadura. Por lo general, se agrega más metal al charco a medida que se mueve a lo largo del camino sumergiendo el metal de una varilla de soldadura o varilla de relleno en el charco de metal fundido. El charco de metal se desplazará hacia donde el metal está más caliente. Esto se logra mediante la manipulación del soplete por parte del soldador.
La cantidad de calor aplicada al metal es una función del tamaño de la punta de soldadura, la velocidad de desplazamiento y la posición de soldadura. El tamaño de la llama está determinado por el tamaño de la punta de soldadura. El tamaño adecuado de la punta está determinado por el espesor del metal y el diseño de la junta.
Las presiones de gas de soldadura con oxiacetileno se establecen de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. El soldador modificará la velocidad de avance de la soldadura para mantener un ancho de cordón uniforme. La uniformidad es un atributo de calidad que indica un buen trabajo. A los soldadores capacitados se les enseña a mantener el cordón del mismo tamaño al principio de la soldadura que al final. Si el cordón se ensancha demasiado, el soldador aumenta la velocidad de avance de la soldadura. Si el cordón se ensancha demasiado o si se pierde el charco de soldadura, el soldador reduce la velocidad de avance. La soldadura en posiciones verticales o elevadas suele ser más lenta que la soldadura en posiciones planas u horizontales.
El soldador debe agregar la varilla de aporte al charco de fusión. El soldador también debe mantener el metal de aporte en la zona de llama exterior caliente cuando no lo agrega al charco para protegerlo de la oxidación. No deje que la llama de soldadura queme el metal de aporte. El metal no se mojará en el metal base y se verá como una serie de puntos fríos en el metal base. Hay muy poca resistencia en una soldadura en frío. Cuando el metal de aporte se agrega correctamente al charco de fusión, la soldadura resultante será más fuerte que el metal base original.
La soldadura con plomo o " quemado de plomo " era mucho más común en el siglo XIX para hacer algunas conexiones de tuberías y tanques. Se requiere una gran habilidad, pero se puede aprender rápidamente. [16] En la construcción de edificios hoy en día se sueldan algunos tapajuntas de plomo , pero la soldadura con tapajuntas de cobre es mucho más común en Estados Unidos. En la industria de reparación de carrocerías de automóviles antes de la década de 1980, la soldadura con soplete de gas oxiacetileno rara vez se usaba para soldar chapa metálica, ya que la deformación era un subproducto además del exceso de calor. Los métodos de reparación de carrocerías de automóviles en ese momento eran rudimentarios y producían impropiedades hasta que la soldadura MIG se convirtió en el estándar de la industria. Desde la década de 1970, cuando el acero de alta resistencia se convirtió en el estándar para la fabricación de automóviles, la soldadura eléctrica se convirtió en el método preferido. Después de la década de 1980, los sopletes de oxiacetileno dejaron de usarse para la soldadura de chapa metálica en el mundo industrializado.
Para cortar, la configuración es un poco diferente. Un soplete de corte tiene un cabezal en ángulo de 60 o 90 grados con orificios colocados alrededor de un chorro central. Los chorros exteriores son para llamas de precalentamiento de oxígeno y acetileno. El chorro central transporta solo oxígeno para cortar. El uso de varias llamas de precalentamiento en lugar de una sola llama permite cambiar la dirección del corte como se desee sin cambiar la posición de la boquilla o el ángulo que forma el soplete con la dirección del corte, además de brindar un mejor equilibrio de precalentamiento. [5] Los fabricantes han desarrollado boquillas personalizadas para los gases Mapp, propano y propileno para optimizar las llamas de estos gases combustibles alternativos.
La llama no tiene como finalidad fundir el metal, sino llevarlo a su temperatura de ignición .
El gatillo del soplete expulsa oxígeno adicional a presiones más altas por el tercer tubo del soplete desde el chorro central hacia la pieza de trabajo, lo que hace que el metal se queme y expulse el óxido fundido resultante hacia el otro lado. La ranura ideal es un espacio estrecho con un borde afilado a cada lado de la pieza de trabajo; el sobrecalentamiento de la pieza de trabajo y, por lo tanto, la fusión a través de ella provoca un borde redondeado.
El corte se inicia calentando el borde o la cara delantera (como en el corte de formas como varillas redondas) del acero a la temperatura de ignición (aproximadamente un calor rojo cereza brillante) utilizando solo los chorros de precalentamiento y luego utilizando la válvula de oxígeno de corte separada para liberar el oxígeno del chorro central. [5] El oxígeno se combina químicamente con el hierro en el material ferroso para oxidar el hierro rápidamente en óxido de hierro fundido , produciendo el corte. Iniciar un corte en el medio de una pieza de trabajo se conoce como perforación.
Vale la pena señalar varias cosas en este punto:
For a basic oxy-acetylene rig, the cutting speed in light steel section will usually be nearly twice as fast as a petrol-driven cut-off grinder. The advantages when cutting large sections are obvious: an oxy-fuel torch is light, small and quiet and needs very little effort to use, whereas an angle grinder is heavy and noisy and needs considerable operator exertion and may vibrate severely, leading to stiff hands and possible long-term vibration white finger. Oxy-acetylene torches can easily cut through ferrous materials in excess of 200 mm (7.9 in). Oxygen lances are used in scrapping operations and cut sections thicker than 200 mm. Cut-off grinders are useless for these kinds of application.
Robotic oxy-fuel cutters sometimes use a high-speed divergent nozzle. This uses an oxygen jet that opens slightly along its passage. This allows the compressed oxygen to expand as it leaves, forming a high-velocity jet that spreads less than a parallel-bore nozzle, allowing a cleaner cut. These are not used for cutting by hand since they need very accurate positioning above the work. Their ability to produce almost any shape from large steel plates gives them a secure future in shipbuilding and in many other industries.
Oxy-propane torches are usually used for cutting up scrap to save money, as LPG is far cheaper joule for joule than acetylene, although propane does not produce acetylene's very neat cut profile. Propane also finds a place in production, for cutting very large sections.
Oxy-acetylene can cut only low- to medium-carbon steels and wrought iron. High-carbon steels are difficult to cut because the melting point of the slag is closer to the melting point of the parent metal, so that the slag from the cutting action does not eject as sparks but rather mixes with the clean melt near the cut. This keeps the oxygen from reaching the clean metal and burning it. In the case of cast iron, graphite between the grains and the shape of the grains themselves interfere with the cutting action of the torch. Stainless steels cannot be cut either because the material does not burn readily.[17]
Oxyacetylene welding/cutting is generally considered not to be difficult, but there are a good number of subtle safety points that should be learned such as:
Proper protection such as welding goggles should be worn at all times, including to protect the eyes against glare and flying sparks. Special safety eyewear must be used—both to protect the welder and to provide a clear view through the yellow-orange flare given off by the incandescing flux. In the 1940s cobalt melters’ glasses were borrowed from steel foundries and were still available until the 1980s.
However, the lack of protection from impact, ultra-violet, infrared and blue light caused severe eyestrain and eye damage. Didymium eyewear, developed for glassblowers in the 1960s, was also borrowed—until many complained of eye problems from excessive infrared, blue light, and insufficient shading. Today very good eye protection can be found designed especially for gas-welding aluminum that cuts the sodium orange flare completely and provides the necessary protection from ultraviolet, infrared, blue light and impact, according to ANSI Z87-1989 safety standards for a Special Purpose Lens.[18]
Fuel and oxygen tanks should be fastened securely and upright to a wall, post, or portable cart. An oxygen tank is especially dangerous because the gas is stored at a pressure of 21 MPa (3,000 psi; 210 atm)) when full. If the tank falls over and damages the valve, the tank can be jettisoned by the compressed oxygen escaping the cylinder at high speed. Tanks in this state are capable of breaking through a brick wall.[19]For this reason, an oxygen tank should never be moved around without its valve cap screwed in place.
On an oxyacetylene torch system there are three types of valves: the tank valve, the regulator valve, and the torch valve. Each gas in the system will have each of these three valves. The regulator converts the high pressure gas inside of the tanks to a low pressure stream suitable for welding. Acetylene cylinders must be maintained in an upright position to prevent the internal acetone and acetylene from separating in the filler material.[20]
A less obvious hazard of welding is exposure to harmful chemicals. Exposure to certain metals, metal oxides, or carbon monoxide can often lead to severe medical conditions. Damaging chemicals can be produced from the fuel, from the work-piece, or from a protective coating on the work-piece. By increasing ventilation around the welding environment, exposure to harmful chemicals are significantly reduced from any source.
The most common fuel used in welding is acetylene, which has a two-stage reaction. The primary chemical reaction involves the acetylene disassociating in the presence of oxygen to produce heat, carbon monoxide, and hydrogen gas: C2H2 + O2 → 2CO + H2. A secondary reaction follows where the carbon monoxide and hydrogen combine with more oxygen to produce carbon dioxide and water vapor. When the secondary reaction does not burn all of the reactants from the primary reaction, the welding process can often produce large amounts of carbon monoxide. Carbon monoxide is also the byproduct of many other incomplete fuel reactions.
Almost every piece of metal is an alloy of one type or another. Copper, aluminum, and other base metals are occasionally alloyed with beryllium, which is a highly toxic metal. When a metal like this is welded or cut, high concentrations of toxic beryllium fumes are released. Long-term exposure to beryllium may result in shortness of breath, chronic cough, and significant weight loss, accompanied by fatigue and general weakness. Other alloying elements such as arsenic, manganese, silver, and aluminum can cause sickness to those who are exposed.
More common are the anti-rust coatings on many manufactured metal components. Zinc, cadmium, and fluorides are often used to protect irons and steels from oxidizing. Galvanized metals have a very heavy zinc coating. Exposure to zinc oxide fumes can lead to a sickness named "metal fume fever". This condition rarely lasts longer than 24 hours, but severe cases can be fatal.[21] Not unlike common influenza, fevers, chills, nausea, cough, and fatigue are common effects of high zinc oxide exposure.
Flashback is the condition of the flame propagating down the hoses of an oxy-fuel welding and cutting system. To prevent such a situation a flashback arrestor is usually employed.[22] The flame burns backwards into the hose, causing a popping or squealing noise. It can cause an explosion in the hose with the potential to injure or kill the operator. Using a lower pressure than recommended can cause a flashback.
