Soldadura Oxiacetilénica (OFW): Proceso, Usos y Métodos

TECSUP – PFR
Procesos de Soldadura
Unidad IV
LA SOLDADURA OXIACETILÉNICA
(OFW) OXY-FUEL GA
AS
S WELDING
1.
CONCEPTO
El proceso de soldadura oxiacetilénica es una unión por fusión que utiliza el
calor producido por una flama oxiacetilénica, obtenida por la combustión del gas
acetileno con oxígeno, para fundir el metal base, con o sin aportación del
material de aporte.
Para conseguir la combustión, se necesita:
•
•
Un gas combustible (acetileno, propano, gas natural, etc.)
Un gas comburente (oxígeno).
1.1.
PRINCIPIO
Se basa en el hecho de que el gas acetileno al combustionar
simultáneamente con
con el oxígeno origina la FFlama
lama con una temperatura
muy alta (3200 ºC.), logrando la unión por calentamiento, ccon
on o sin
aplicación de metal de aporte.
Figura 4.1 Representación de la Soldadura Oxiacetilénica.
57
Procesos de Soldadura
•
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Sin material de aporte:
Una vez regulada la flama de acuerdo a las necesidades del trabajo, se
mantiene la punta del cono interno a unos 2 a 5 mm. Encima del metal
base, apuntando en el sentido o dirección que se va a soldar; el ángulo
entre el soplete y el metal base a unos 45º. Se mantiene la flama en
un lugar hasta que se forme un charco de metal fundido
(aproximadamente 5 a 7 mm. De diámetro) Se mueve lentamente la
flama y el charco debe ser manipulado en muchas direcciones
diferentes.
Figura 4.2 Soldadura Oxiacetilénica con varilla
varilla de aporte.
•
Con material de aporte:
Cuando se suelda con metal de aportación, éste se aplica mediante
una varilla con independencia de la fuente de calor, lo que constituye
una de las principales características del procedimiento.
Una vez formado el charco y conforme va avan
avanzando
zando la soldadura, se
va fundiendo la varilla y hay que ir acercando en forma continua al
charco
soldadura.
Estos
tienen que de
fundirse
al mismo
tiempo para
que los de
materiales
tengan
la posibilidad
una buena
mezcla.
En cuanto a la protección del baño de fusión la realizan los propios
gases de la flama, aunque en algún caso es necesario recurrir al
empleo de desoxidantes.
Los diferentes nombres que se le dan a este proceso son:
•
•
31, soldeo oxigás (EN 4063)
OFW, Oxy-fuel gas welding (ANSI / AWS A3.0)
Si se utiliza acetileno como gas combustible el proceso se denomina:
•
•
311, soldeo
oxiacetilénico
(EN(ANSI
4063)/ AWS A3.0)
OAW,
Oxy-acetilene
welding
58
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1.2.
Procesos de Soldadura
USOS Y APLICACIONES
Las ventajas enunciadas hacen que el soldeo oxigás sea particularmente
indicado para:
•
•
•
•
•
Pequeñas producciones.
Pequeños espesores.
Trabajos en campo.
Soldaduras con cambios bruscos de dirección o posición.
Reparaciones por soldeo.
Por este proceso pueden soldarse la mayoría de los metales y aleaciones
férreas y no férreas, con la excepción de los metales refractarios, que son
los que pueden utilizarse a altas temperaturas (volframio, molibdeno y
tantalio) y de los activos (titanio, circonio).
Reconstrucción de
piezas
Soldadura de
reparación
Enderezado por
calor
Figura 4.3 Principales aplicaciones de la soldadura Oxiacetilénica
59
Procesos de Soldadura
1.3.
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VENTAJAS Y LIMITACIONES
Ventajas:
•
•
El soldador tiene control sobre la fuente de calor y sobre la
temperatura de forma independiente del control sobre el metal de
aportación.
El equipo de soldadura necesario es de bajo costo, normalmente
portátil y muy versátil ya que se puede utilizar para otras operaciones
relacionadas con la soldadura, como oxicorte, pre y post
calentamiento, enderezado, doblado, recargue, soldadura fuerte,
soldadura de cobre y aleaciones, con sólo cambiar o añadir algún
accesorio.
Limitaciones:
•
•
1.4.
Se producen grandes deformaciones y grandes tensiones internas
causadas por el elevado aporte térmico debido a ala baja velocidad de
soldeo.
El proceso es lento, de baja productividad y destinado a espesores
pequeños exclusivamente, ya que aunque se puede realizar la
soldadura de grandes espesores resulta más económico para éstos la
soldadura por arco eléctrico.
MÉTODOS DE SOLDADURA
•
Soldadura a la izquierda:
Se utiliza en los aceros de bajo carbono.
En acero menor de 3 mm. De espesor del material.
Figura 4.4 Soldadura de avance
avance a la izquierda
izquierda
60
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•
Procesos de Soldadura
Soldadura a la derecha:
Se utiliza en los aceros de bajo carbono.
En acero desde de 3 mm. De espesor del material.
Figura 4.5
4.5 Soldadura de avance a la derecha
1.5.
ACTIVIDAD Nº 05
1. ¿Cuál es el principio de la soldadura
s oldadura Oxiacetilénica?
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2. ¿Qué significado tienen las siglas OFW?
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3. Qué nombres le dan este proceso según la norma (EN 4063) y (ANSI
/ AWS A3.0)
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4. ¿El código de proceso de soldadura
sol dadura 311 a qué proceso se refiere?
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Procesos de Soldadura
TECSUP – PFR
5. ¿Cuáles son los usos y aplicaciones del proceso
pro ceso OFW?
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6. ¿Qué ventajas y limitaciones tiene este proceso de soldadura (OFW)?
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7. Lectura y resumen
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2.
Procesos de Soldadura
LA FLAMA OXIACETILÉNICA
El gas acetileno al combustionar simultáneamente con el oxígeno origina la
Flama oxiacetilénica y su temperatura puede llegar has los 3200º C.
El acetileno reacciona con el oxígeno y produce una flama que tiene una
temperatura que está por encima del punto de fusión de la mayoría de los gases
industriales
Figura 4.6 Reacción química de la flama oxiacetilénica
oxiacetilénica
2.1.
PARTES
Las zonas características de la flama oxiacetilénica pueden observarse en
la figura y son:
Figura 4.7 Partes de de la flama oxiacetilénica
63
Procesos de Soldadura
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El cono o dardo es la señal más característica de la flama, es de color
blanco deslumbrante y su contorno está claramente delimitado. Es donde
se produce la combustión del acetileno con el oxígeno.
Delante del cono yace la zona más importante de toda la flama, que,
desgraciadamente, no puede reconocerse óptimamente y se ha señalado
con línea de trazos, es la llamada zona de soldeo o zona de trabajo. Es la
zona de máxima temperatura y es aquí donde se realiza el soldeo de la
pieza. Es de importancia, por consiguiente, dejar entre la punta del cono
y la superficie del baño de fusión una distancia que varía entre 2 y 5 mm.
Dependiendo del tamaño de la flama y por tanto del soplete.
En el penacho se produce la combustión, con el oxígeno del aire, de
todos los productos que no han quemado anteriormente. De esta forma
se impide que el oxígeno del aire entre en contacto con los metales a
unir, constituyendo una capa protectora que evita que se produzca su
oxidación.
La curva de la parte superior de la figura Nº 55.2
.2 muestra que la máxima
temperatura de 3200 °C. Existe únicamente dentro de la zona de trabajo
(zona rayada).
2.2.
TIPOS DE FLAMA
Regulación de la flama oxiacetilénica
La flama oxiacetilénica es fácilmente regulable, en el sentido de que
permite obtener flamas estables con diferentes proporciones de oxígeno y
acetileno.
Lógicamente, diferentes proporciones de gas combustible y de oxígeno
producen flamas de diferentes propiedades y aplicaciones. En función de
esta proporción se puede distinguir cuatro tipos de flamas:
Flama de acetileno puro.
Flama carburante.
Flama neutra.
Flama reductora.
•
•
•
•
Otra de las ventajas de la flama oxiacetilénica, frente a las flamas
formadas con otros gases combustibles, es que se puede distinguir
visualmente las zonas de la flama y el tipo de flama que se está
utilizando.
•
Flama de acetileno puro que se produce cuando se quema acetileno
en el aire. Produce una flama que varía su color de amarillo a rojo
naranja,
en su en
parte
final,Noy tiene
que provoca
la aparición
partículas de
hollín flotando
el aire.
much
muchaa utilidad
en ladesoldadura.
64
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•
Procesos de Soldadura
Flama carburante.- que se produce cuando hay un exceso de
acetileno. Partiendo de la flama de acetileno puro al aumentar la
proporción de oxígeno, la flama empieza a hacerse luminosa,
formándose una zona brillante o dardo, seguida del penacho
acetilénico de color verde pálido que aparece como consecuencia del
exceso de acetileno y desaparece cuando se igualan las proporciones.
Una forma práctica de determinar la cantidad de exceso de acetileno
frente al oxígeno existente en una flama carburante, es comparar la
longitud del dardo con la del penacho acetilénico ambos medios desde
la boquilla. Si la flama tiene doble cantidad de acetileno que de
oxígeno, la longitud del penacho acetilénico será el doble que la del
dardo.
Figura 4.8 Flama carburante
•
Flama neutra.- que se produce cuando la cantidad de acetileno es
aproximadamente igual a la de oxígeno. La forma más fácil de obtener
la flama neutra es a partir de una flama con exceso de acetileno
(carburante) fácilmente distinguible por la existencia del penacho
acetilénico, a medida que se aumenta la proporción de oxígeno la
longitud del penacho acetilénico va disminuyendo hasta que
desaparece justo en el momento en el que
q ue la flama se hace neutra.
Figura 4.9 Flama neutra
65
Procesos de Soldadura
•
TECSUP – PFR
Flama oxidante que se produce cuando hay un exceso de oxígeno, la
flama tiende a estrecharse en la salida de la boquilla del soplete. No
debe utilizarse en el soldeo de aceros, soliendo utilizarse,
fundamentalmente, para el soldeo de los latones
latones.. Con proporción
oxígeno / acetileno de 1.75:1 se alcanzan temperaturas de 3100 °C.
Figura 4.10 flama oxidante
oxidante
2.3.
APLICACIONES:
Figura 4.11 Principales aplicaciones de de la flama oxiacetilénica
oxiacetilénica
66
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2.3.1.
Procesos de Soldadura
ENCENDIDO REGULACIÓN Y APAGADO
El encendido
encendido y apagado de la flama se debe hacerse
hacerse con
cuidado.
1. Encender la flama con el mechero adecuado y regular la
flama con el oxígeno, sin embargo para evitar la formación
de humos también se puede abrir primero, ligeramente, la
válvula de oxígeno y después la del acetileno.
2. Encender la flama con mechero adecuado y regular
posteriormente la flama mediante la entrada de oxígeno.
oxíg eno.
3. Para apagar, cerrar en primer lugar la válvula del gas
combustible y luego la del oxígeno.
4. Manejar el soplete con cuidado, evitando movimientos
bruscos e incontrolados.
2.4.
ACTIVIDAD Nº 06
1. ¿Qué es flama de soldadura Oxiacetilén
Oxiacetilénica?
ica?
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2. ¿Cuál es la temperatura de trabajo?
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......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
3. En el Figura siguiente indicar las partes.
Figura 4.12
67
Procesos de Soldadura
TECSUP – PFR
4. ¿Dónde se utiliza la flama carburante?
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
5. ¿Cuál es la proporción de gases en una flama carburante? Explique
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......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
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6. ¿Cuál es la proporción de gases en una flama oxidan
oxidante?
te? Explique
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......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
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7. Lectura y resumen
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TECSUP – PFR
3.
Procesos de Soldadura
EQUIPO BÁSICO DE SOLDADURA OXIACETILÉNICA
Conjunto de elementos (aparatos y accesorios), que agrupados, presentan el
paso de los gases (oxígeno
(ox ígeno - acetileno) hasta un soplete.
El equipo básico para la soldadura oxiacetilénica consta de:
Figura 4.13 Principales aplicaciones
aplicaciones de de la flama oxiacetilénica
oxiacetilénica
•
Botellas de Oxígeno y acetileno
En la mayoría de los talleres de soldadura, los gases utilizados en soldeo
oxiacetilénico están almacenados en botellas o cilindros, si bien en grandes
industrias el oxígeno puede ser canalizado desde un tanque criogénico que
contiene el oxígeno en estado líquido a baja temperatura, mediante un
vaporizador que calienta el oxígeno líquido y lo convierte en oxígeno en
estado gaseoso, o desde una batería de botellas y el acetileno puede ser
producido directamente por un generador.
Las botellas o cilindros facilitan el transporte y conservación de los gases
comprimidos, estando diseñadas para gases específicos y no siendo, por lo
tanto, intercambiables.
Como ya se indicó el acetileno se almacena disuelto en acetona en cilindros
rellenos de una sustancia esponjosa. Dado que al abrir la válvula y dejar
escapar el gas éste puede arrastrar acetona, es conveniente no alcanzar
nunca el consumo horario de un séptimo del contenido de la botella; es decir,
por ejemplo: si la botella tiene un contenido de 6000 litros de acetileno, el
consumo máximo deberá ser 857 litros / hora o lo que es lo mismo 14
litros/minutos, al ser 6000/7 = 857.
69
Procesos de Soldadura
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Si se requiere un consumo mayor será necesario disponer de una batería de
botellas que podrá ser portátil o fija, o de un generador de acetileno.
Los generadores de acetileno son los encargados de producir este gas, a partir
de la reacción química del carburo de calcio y del agua. A la salida del
generador se procede al lavado y secado con el fin de obtener un acetileno
libre de impurezas.
En el caso de baterías fijas, depósitos criogénicos para el oxígeno o
generadores de acetileno, los gases se suministran mediante tuberías que
deberán ser las adecuadas para cada gas en cuestión.
Figura 4.14 Diversas formas de suministro de los gases para el soldeo oxiacet
oxiacetilénico
ilénico
70
TECSUP – PFR
•
Procesos de Soldadura
MANOREDUCTORES
Los manorreductores, o válvulas reductoras de presión, son los encargados de
suministrar el gas comprimido de los cilindros o depósitos a la presión y
velocidad de trabajo.g
Las válvulas reductoras de presión, además de reducir la elevada presión de
los cilindros de gas, deben permitir que la presión de trabaja a la que
suministran el gas permanezca invariable durante su funcionamiento, a pesar
de la disminución de la presión en el cilindro o depósito a medida que se
diminuye el contenido de gas.
Figura 4.15 partes de un manorreductor
Los manorreductores conectados a los cilindros deben tener dos manómetros
uno de ellos indica la presión del cilindro (manómetro de alta presión) y el
otro indica la presión del trabajo (manómetro de baja presión). Los
manorreductores utilizados en las baterías de cilindros o en los depósitos
pueden tener un solo manómetro.
Cada manorreductor debe utilizarse solamente para lo que ha sido diseñado,
es decir solamente para el gas especificado y nunca utilizar manorreductores
destinados a cilindros en baterías o depósitos.
71
Procesos de Soldadura
3.1.
TECSUP – PFR
INSTALACIÓN DE UN REDUCTOR
•
Conectar el manorreductor a la botella.
•
•
•
•
Controlar que la conexión esté limpia - extinguir o eliminar
impurezas.
Revisar
la pieza intermedia de la junta - cuando esté dañada
cambiarla.
Apretar fuerte el atornillamiento.
Revisar la hermeticidad - con un espumante.
Inscripción
Oxígeno
Acetileno
Propano
Letra de identificación
O
A
P
Color de identificación
Azul (verde)
Amarillo (rojo)
Naranja
Conexión de la brida
R % derecho
Conexión de la manguera
63 x R %
derecho
R21 J 8 x 14
izquierda
8 x R 3/8
izquierdo
8 x R 3/8
izquierda
Tabla 4.1
•
Orden de trabajo para inauguración de un manorreductor.
•
•
•
•
•
•
Abrir la válvula de la botella, despacio.
Abrir la válvula de cierre del manorreductor.
Abrir las válvulas en el soplete.
Despacio dar vuelta al tornillo de graduación, el pestillo se abre.
Observar continuamente el manómetro de presión de trabajo
Dar vuelta al tomillo de graduación hasta que alcance la presión que
sea necesaria.
Existe un equilibrio entre el muelle para graduación abajo y la presión
del gas sobre
la membrananoque
se trabajando,
amplifica portiene
el muelle
del pestillo.la
Cuando
el manorreductor
esta
que descargarse
membrana, indicando cuando el pestillo está cerrado.
Figura 4.16 manorreductor
72
TECSUP – PFR
•
Procesos de Soldadura
Mangueras
Son tubos flexibles de goma por cuyo interior circula el gas, siendo por
tanto las encargadas de transportar dicho gas desde los cilindros al
soplete.
Las mangueras para soldar son tubos de goma muy flexibles que
sirven para conducir los gases desde los balones hasta los sopletes.
Las mangueras de oxígeno son de color azul o verde, para acetileno
rojo. Las conexiones con rosca izquierda para el acetileno y rosca
derecha para el oxígeno. Los diámetros 4, 9 Y 11 mm para el acetileno
y de 4,6 y 9mm para el oxígeno. La longitud mínima en las mangueras
debe ser de 5m.
Suelen ser de caucho de buena calidad y deben tener gran resistencia
al corte y la abrasión.
Figura 4.17 Conectores de mangueras.
Con objeto de poder distinguir el gas que circula por estas
mangueras, las de acetileno son de color rojo y rosca a izquierdas al
soplete y las de oxígeno de color azul o verde y rosca a derechas
al soplete.
73
Procesos de Soldadura
•
TECSUP – PFR
Soplete
La misión principal del soplete es asegurar la correcta mezcla de los
gases combustible y comburente según su cantidad, de forma que
exista equilibrio entre la velocidad de salida y la de inflamación. En
la figura 6.6 se puede apreciar un soplete con cámara de mezcla de
inyección.
Figura 4.18 Soplete de inyección
inyección para soldeo oxiacetilénico
oxiacetilénico
Mediante el soplete el soldador controla las características de la
flama y maneja la misma durante la operación de soldeo. La
potencia de un soplete se mide en litros/hora y expresa el
consumo de gas combustible.
La elección de tipo y tamaño del soplete depende de las
características del trabajo a realizar.
Las partes principales son:
Válvulas de entrada de gas.
Cámara de mezcla.
Boquillas.
•
Válvulas de entrada de gas
Estas válvulas permiten regular la presión, velocidad, caudal y
proporción entre el gas combustible y el oxígeno.
ox ígeno.
74
TECSUP – PFR
Procesos de Soldadura
•
Cámara de mezcla
En ella se realiza la mezcla íntima de combustible y comburente.
Existen dos tipos fundamentales de cámara de mezcla.
m ezcla.
a) De sobrepresión
En este tipo el oxígeno y el gas combustible están a la misma
presión y van a la misma velocidad, mezclándose al juntarse las
direcciones de ambos gases. En la figura 6.8 (A) se observa una
cámara de este tipo.
b) De inyección o aspiración
En este tipo de cámara el gas combustible a baja presión es
aspirado por la corriente de oxígeno de alta velocidad. Para esto se
utiliza un sistema de tobera. Este tipo de cámara de mezcla se
emplea cuando el gas combustible es suministrado a una presión
demasiada baja para producir una combustión adecuada. Los
sopletes con este tipo de cámara se denominan de baja presión. En
la figura 6.8 (B) puede observarse un diseño de una cámara de este
tipo.
•
Boquillas
Son toberas intercambiables que se ajustan a la parte final o lanza
del soplete. Controlan el flujo de gas por medio del diámetro del
orificio de salida.
Normalmente boquillas de diversos diámetros son aptas para un
determinado tamaño de soplete. Pequeños diámetros de salida
producen flamas pequeñas, aptas para soldar pequeñas secciones,
sin embargo para grandes diámetros se requieren grandes
secciones. Las boquillas deben permitir una flama uniforme.
Figura 4.19 Diversas boquillas
75
Procesos de Soldadura
TECSUP – PFR
Figura 4.20 Cámaras de mezcla.
A) De sobre presión. B) De baja presión
presión
Se deben observar las siguientes precauciones:
a) Se deberá limpiar la boquilla con los escariadores adecuados,
eliminando cualquier proyección o suciedad que se haya
podido adherir.
b) Se deben mantener limpias y en buen estado las roscas y las
superficies de cierre para evitar fugas y retrocesos de flama.
Es de la mayor importancia seleccionar el caudal adecuado para
cada tipo de boquilla ya que si el caudal es escaso la flama no será
efectiva, pudiéndose incluso producirse un retroceso de flama; si el
caudal es excesivo, se dificulta el manejo del soplete y el control del
baño de fusión.
•
Selección de Boquilla
Se deben tener en cuenta los siguientes factores: Tipo de material a
soldar.
a) Espesor del material
b) Tipo de Unión a realizar (tope, bisel, filete, etc.).
c)
se soldará.
d) Posición
Habilidadendelque
operador
etc.
76
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Procesos de Soldadura
Ejemplo: selección según el espesor del material.
No. 1 para planchas con un espesor de 0.5 - 1 mm - 80 litro/hora
de consumo.
No. 2 para planchas con un espesor de 1 - 2 mm - 150 litro/hora de
consumo.
No. 3 para planchas con un espesor de 2 - 4 mm - 300 litro/hora de
consumo.
No. 4 para planchas con un espesor de 4 - 6 mm - 500 litro/hora de
consumo.
No. 5 para planchas con un espesor de 6 - 9 mm - 700 litro/hora de
consumo.
•
Válvulas antirretroceso de la Flama
Cuando se produce un retroceso de flama, ésta se introduce en el
soplete o incluso puede llegar, a través de las mangueras, a los
cilindros de gas y provocar su explosión.
Las válvulas antirretroceso previenen:
Figura 4.21 Válvulas antiretroceso
•
•
•
La entrada de oxígeno o de aire en el conducto y cilindro que
suministra el acetileno.
Un retroceso de flama dentro del soplete, mangueras, tuberías,
cilindros o depósitos.
El suministro durante y después de un retroceso de flama. Si el
retroceso de flama ha sido muy leve en algunos casos no se corta el
suministro de gas, solamente se corta si la temperatura ha
aumentado hasta 90 ó 100 °C.
Se colocan justo a la salida de las válvulas reductoras de presión
para proteger los cilindros. A la entrada del soplete, aunque sería
una posición idónea, no se suelen colocar pues dificultaría su
manejo al soldador. En caso de mangueras muy largas, además de
la
situadaena algún
la salida
de las
también pueden
situarse
punto
del válvulas
recorridoreductoras
de las mangueras
como
medida de precaución.
77
Procesos de Soldadura
TECSUP – PFR
Este tipo de válvulas deben tener los siguientes elementos de
seguridad Válvula antirretroceso, que permite el paso del gas en
un solo sentido.
•
•
3.2.
Sinterizado micro poroso que apague una flama en retroceso.
Válvula de corte térmico que se cierra al detectar un aumento de
temperatura. Este dispositivo no es imprescindible en el caso de
suministro a partir de cilindros de gas.
ACTIVIDAD Nº 07
1. Trabajando en grupo de 3, Interprete y comente sobre el siguiente
Figura.
Figura 4.22
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
78
TECSUP – PFR
Procesos de Soldadura
2. Trabajando en grupo de 3, Interprete y comente sobre el siguiente
Figura
Figura 4.23
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
79
Procesos de Soldadura
TECSUP – PFR
3. Trabajando en grupo de 3, Interprete y comente sobre el siguiente
Figura.
Figura 4.24
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
80
TECSUP – PFR
4.
Procesos de Soldadura
LOS GASES PARA SOLDAR Y OXICORTAR
Como gas comburente se emplea el oxígeno ya que si se utiliza aire las
temperaturas alcanzadas serían del orden de 800 a 1000 °C menores que las
l as que
se consiguen con oxígeno.
Cuando el oxígeno se combina químicamente con otro elemento, la reacción
entre ellos se flama oxidación. Si la oxidación es m
muy
uy rápida produce calor y luz
y se flama combustión.
Si un metal caliente se pone en contacto con aire o con oxígeno puro, la rapidez
de oxidación es muy alta. Este es el principio que se aplica en el proceso de corte
con oxiacetileno.
Como gas combustible se podría emplear hidrógeno, gas natural, propano o
cualquier otro gas combustible (butano, propileno), sin embargo se prefiere el
empleo del acetileno porque con oxígeno se consigue una flama de mayor
temperatura que aporta mayor calor que con cualquier otro gas. Para conseguir
una temperatura elevada con cualquier otro gas es necesario emplear una flama
muy oxidante (con mayor cantidad de oxígeno que de gas combustible), que no
es la más adecuada para conseguir soldaduras sanas con la mayoría de los
metales.
TEMPERATURA DE LA FLAMA CON OXIGENO
ºC.
3200
Gas
Acetileno
Acetil
eno
Gas propano
2050
Gas natural
1770
Figura 4.25: Comparación de las propiedades
de los gases comprimidos
81
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4.1.
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OXIGENO
Es un cuerpo extraordinariamente extendido en la naturaleza y se
combina casi con todos 105 cuerpos simples. Su densidad es ligeramente
superior a la del aire (1,105). En estado gaseoso es incoloro, inodoro e
insípido.
No es tóxico ni combustible pero estimula la combustión y es necesario
para ello. Soporta cualquier temperatura o presión cuando está solo, pero
en contacto con el aceite y grasa estando puro y a presión, puede llegar a
combustiones explosivas.
El oxígeno es necesario para ayudar a la combustión cualquiera que sea
el gas utilizado para soldar o cortar.
•
Fabricación
Para fines industriales el oxígeno se fabrica hoy principalmente
partiendo del aire, separándolo del nitrógeno, esto es lo que se conoce
como destilación fraccionada; luego se procede a la rectificación del
oxígeno en aparatos apropiados.
La pureza del oxígeno depende del modo de fabricación, así se dice
que el oxígeno tiene 98% de pureza cuando contiene un 2% de
nitrógeno o de hidrógeno.
Figura 4.26: Proceso de fabricación de oxígeno
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•
•
Procesos de Soldadura
Presentación comercial
Se surten en balones especiales normalizadas de 40 litros (masa de la
botella vacía 70 a 75 Kg con una presión de 150 Kg/cm2 y en botellas
de acero ligero de 50 litros (masa 66Kg) con una sobrepresión de 200
kg/cm2 se vende por m3. El oxígeno líquido se suministra mediante
camiones cisterna, refrigerado y a presión.
Botella de oxígeno
Son de color azul o verde y se suministran en dimensiones de 1 a 50
litros de capacidad. Son de construcción especial para soportar
tremendas presiones del gas que contienen (hasta 200 bar). Se hacen
de una sola pieza.
Figura 4.27: Representación de una botella de oxígeno
83
Procesos de Soldadura
•
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BOTELLA DE ACERO PARA EL OXIGENO 50 litros
Puesto de toma
P = Presión de la botella: 200 bar sobrepresión
V = Volumen de la botella: 50 Litros
Q = Contenido de oxígeno: 10 000 Litros
Control del Contenido
Q= p. V
Figura 4.28
Para ahorrar los elevados costos del transporte de botellas de acero,
se suministra oxígeno a los grandes consumidores también en forma
líquida.
4.2.
ACETILENO
Es un gas compuesto de carbono e hidrógeno, su
s u símbolo es C2 H.
Es el gas más empleado para la soldadura autógena. Es un hidrocarburo
gaseoso combustible de gran poder calorífico. Al estado puro es incoloro e
insípido, pero el acetileno comercial tiene un olor característico. Arde con
flama luminosa.
Su densidad con relación al aire es de 0.91, lo que da como peso a O°C
de un litro de gas 1, "176 gramos. Es soluble en gran número de líquidos,
su presión permisible es de 1.5 (Kg/cm2) pasado ello se descompone en
sus elementos, y mediante un choque o un calentamiento esta reacción,
que es instantánea, puede ser causa de una violenta explosión. La
temperatura de inflamación es de 335°C la temperatura de combustión
con oxígeno es de 3,200°C.
•
Fabricación
El gas se obtiene por la reacción química entre el carburo de calcio y el
agua. Este no es puro, contiene hidrógeno fosforado hasta 20 a 30
cm3 por 100 litros de acetileno, que procede del carburo, así como
trozos de amoníaco. De aquí la necesidad de purificar a través de
filtros o depuradores en varias etapas en las cuales se eliminan las
impurezas, en especial la humedad.
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Procesos de Soldadura
Figura 4.29: Proceso de fabricación de acetileno.
•
Presentación comercial
Se presenta en balones especiales disueltos en acetona a la presión de
18 BAR (Kglcm2) y a la temperatura de 15°C. La venta se hace por Kg
en razón de que las presiones varían con el cambio de temperatura.
Por eso, es necesario conocer que 1 Kg de acetileno equivale en
números redondos a 0.9 m3.
Los cilindros están equipados con tapones de seguridad, fusibles
fabricados con un metal que se funde a unos 100° C (212°F). Esto
permite al gas escapar si el cilindro se somete a un calentamiento
excesivo.
•
Botella de acetileno
El balón de acetileno es semejante al del oxígeno, también sujeto a
normas y procesos de pruebas cortos. Son de color rojo o amarillo y se
suministran en dimensiones de 1 a 50 litros. En su interior contienen
una masa porosa en el que se disuelve la acetona para luego
almacenar el acetileno. Las materias porosas más empleadas son:
mezclas de amianto, carbón vegetal granulado, etc., aglomerados con
cemento.
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Procesos de Soldadura
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Figura 4.30: Suministro de botellas de acetileno
La masa porosa ocupa aproximadamente el 20% del volumen de la
botella, la acetona el 40%, acetileno 25%, 15% previsto para encajar
el aumento de volumen del acetileno con el aumento de temperatura
ambiente.
La distribución del volumen y peso del contenido de una botella de
acetileno resulta así aproximadamente.
I.R.
15%
15
%
Aceton
A
cetona
a
Materia
40%
40
%
20%
20
%
Acetil
A
cetilen
eno
o
25%
25
%
Figura 4.31: Componentes al interior de las botellas de acetileno.
Un litro de acetona a la presión atmosférica (1 Bar) disuelve,
aproximadamente 24 litros de acetileno. Una botella de acetileno
contiene normalmente 93 litros de acetona. Si la presión de llenado
(sobrepresión) es de 18 Bar, es decir, si la presión absoluta es de 19
Bar, en una botella se encuentran disueltos (13 x 19 x 24") 6,000 litros
de acetileno.
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4.2.1.
REGLAMENTOS DE TRABAJO IMPORTANTE
El consumo máximo es 1000 l/h, en trabajo continuo está
limitado a 500 hasta 700 l/h.
Las botellas de acetileno no deben usarse en posición
horizontal.
Excepción:
•
•
Botellas que tienen un anillo rojo (contienen una masa de
alta porosidad).
Proteger las botellas de calentamientos fuertes.
NOTA
La misión de la materia porosa es:
•
•
4.3.
Inmovilizar la acetona.
Evitar que se extienda cualquier descomposición que se
podría iniciar si pasa una flama accidentalmente sobre la
superficie del cilindro.
PROPANO
(CH3 - CH2 - CH3) Tiene una aplicación muy reducida en soldadura, pero
en oxicorte tiene cada día mayor número de consumidores.
El propano no se utiliza químicamente puro, sino mezclado con otros
gases.
Ejemplo:
Etano
- 0.4%
Propano - 93.0%
Isobutano - 0.5%
Butano - 6.1 %
Mercaptanos - 0.0015 gr./m3 > estas son sustancias odorantes.
Para poder reconocer la presencia de propano por el olfato, de lo
contrario sería inodoro.
•
•
•
•
•
•
La temperatura de la flama es menor que la del acetileno, lo cual da como
resultado que los bordes del corte sean muy limpios (debido al menor
reblandecimiento que sufre el acero).
La
velocidad
de propagación
de de
la flama
impide
los peligrosos
retrocesos
flama.es reducida (30 cm/seg), lo cual
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Procesos de Soldadura
•
TECSUP – PFR
Fabricación
Su fuente principal son las mezclas de petróleo crudo y gas que se
obtiene de los pozos de petróleo y gas natural activo.
Se obtienen en la destilación fraccionada del petróleo y durante el
reciclaje del gas natural.
•
Presentación comercial
El propano se vende y transporta en cilindros de acero que contiene
hasta 45 Kg. de gas licuado. En botellas de 35Kg, para el consumo
industrial. También se suministra a gran
granel
el mediante ccamiones
amiones cisterna
a los grandes consumidores.
4.4.
GAS NATURAL (GAS DE TIERRA)
Se extrae con pozos casi siempre de gran profundidad, y se distribuye por
medio de gasoductos. El gas natural en realidad, es una mezcla de varios
gases en diferentes proporciones, según la zona en donde se extrae. Sus
componentes principales son el etano (C2H6) y metano (CH4). Tiene más
o menos el mismo valor calorífico que el propano y tiene usos iguales.
El requerimiento volumétrico de gas natural es, por regla general 1,5
veces el del acetileno para generar una cantidad equivalente de calor.
Se usa como gas combustible para el corte con oxígeno y en operaciones
de calentamiento.
4.5.
GAS MAPP
Es un compuesto licuado de acetileno, metilacetinpropadieno, conocido
por sus siglas MAPP. Es más seguro que el acetileno y tiene mayor poder
calorífico que el propano o el gas natural.
Se surten en tanques pequeños o para tanques estacionarios. La flama
neutra de MAPP necesita el doble de oxígeno por volúmenes que el
acetileno.
4.6.
HIDRÓGENO
Es un gas de contenido calorífico bajo. Se adquiere una presión de cerca
de 2000 PSI (14 MPa) a una temperatura de 21°C (70°c). También puede
obtenerse en forma líquida.
Su uso se limita a ciertas operaciones de soldadura fuerte y a la soldadura
de aluminio, magnesio, plomo y metales similares.
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5.
Procesos de Soldadura
TÉCNICAS OPERATIVAS
Figura 4.32: Trabaje con seguridad.
•
Preparación de la unión
Es imprescindible que las piezas a unir estén limpias y exentas de óxidos,
aceite y grasas, ya que de lo contrario se pueden producir poros e inclusiones
de óxidos.
El espesor de las piezas determina la preparación a realizar, cuando el espesor
es pequeño, inferior a 7 mm., no es necesario achaflanar los bordes, para
espesores inferiores a 5 mm. los bordes se pueden disponer juntos, sin
separación, mientras que para mayores espesores es imprescindible
separarlos para asegurar la penetración completa.
Las piezas de más de 7 mm. de espesor deben ser achaflanadas con un
ángulo del bisel de 35 a 45°. El talón suele ser de 1 – 2 mm. Las piezas de
más de 20 mm. de espesor se preparan con chaflán doble si se pueden soldar
por ambos lados, de esta forma se reduce la cantidad de metal de aportación
y de gases empleado. Sin embargo, el soldeo oxiacetilénico de espesores
gruesos presenta muchas desventajas respecto al soldeo de arco eléctrico (es
lento y produce grandes deformaciones en las piezas), por lo que
prácticamente no tiene ningún interés en este campo de espesores.
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Procesos de Soldadura
•
TECSUP – PFR
Utilización del equipo de soldeo
Para utilizar correctamente el equipo de soldeo es necesario que se siga la
secuencia indicada a continuación, además de las recomendaciones de
seguridad.
Conexión de los elementos del equipo de soldeo
Pasos a seguir:
•
•
•
Limpiar e inspeccionar cada uno de los componentes del equipo,
asegurarse de la no existencia de grasa o aceite en las conexiones de
oxígeno.
Realizar el purgado de las botellas.
Montar el equipo de soldeo con las válvulas cerradas y verificar todas las
conexiones antes de abrir ninguna de ellas.
Figura 4.33 Instale con cuidado los manorreductores.
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•
Procesos de Soldadura
Apertura del oxígeno y del acetileno
La siguiente secuencia de operación debe realizarse primero con el oxígeno y
luego repetir con el acetileno (o al revés) pero nunca simultáneamente.
•
•
•
•
•
•
•
•
Antes de abrir la válvula comprobar que el tornillo de regulación está
aflojado
Abrir el grifo de la botella lentamente. En las botellas de acetileno abrir sólo
una vuelta, en las de oxígeno abrir totalmente.
Abrir la válvula de cierre en el manorreductor.
Abrir la válvula en el soplete.
Apretar el tornillo de regulación hasta que se obtiene la presión
deseada (figura 6.1).
Se recuerda que la presión del acetileno no debe superar 1 Kg./cm 2.
Dejar salir el gas durante 5 segundos por cada 15 m de longitud de la
manguera y cerrar la válvula del soplete.
Encendido y apagado del soplete
El encendido y apagado del soplete debe hacerse con cuidado, recordando
que nunca se deberá apagar cerrando primero el oxígeno ya que puede
quedarse atrapada la flama dentro del soplete.
•
•
•
•
•
•
•
•
Verificar antes de su empleo el estado del soplete, sobre todo estanqueidad
y limpieza de las boquillas.
Verificar conexiones de mangueras al soplete.
Comprobar presiones de trabajo.
Se suele recomendar abrir la válvula de acetileno del soplete, encender la
flama con el mechero adecuado y regular la flama con el oxígeno, sin
embargo para evitar la formación de humos también se puede abrir
primero, ligeramente, la válvula de oxígeno y después
des pués la del acetileno.
Encender la flama con mechero adecuado y regular posteriormente la
flama mediante la entrada de oxígeno.
Para apagar, cerrar en primer lugar la válvula del gas combustible y luego
la del oxígeno.
Manejar el soplete con cuidado, evitando movimientos bruscos e
incontrolados.
Cierre de botellas
Para cerrar las botellas al terminar el soldeo se deberá:
•
•
•
•
•
•
Cerrar las válvulas de los cilindros.
Aflojar el tornillo de regulación de los manorreductores (ver figura 6.2).
Desalojar los gases de las mangueras abriendo las válvulas de los sopletes.
Atornillar las válvulas de cierre del manómetro.
Cerrar las válvulas del soplete.
Abrir la válvula de oxígeno del soplete para dejar salir todo el gas.
91
Procesos de Soldadura
5.1.
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PROTECCIÓN PERSONAL
1. Use siempre gafas protectoras cuando trabaje con un soplete
encendido.
2. Use guantes de un material resistente al calor para protegerse las
manos y las muñecas. Manténgalos libres de grasas y aceites.
3. Mantenga la ropa libre de grasa o aceite. Nunca use el oxígeno para
limpiar su ropa.
4. No permita que la ropa se sature con oxígeno.
5. Es preferible utilizar ropa de lana en vez de algodón o fibras
sintéticas porque arde con menos facilidad y protege la piel contra las
altas temperaturas.
6. Nunca lubrique los reguladores, cilindros o conexiones para oxígeno o
sopletes ni en las inmediaciones de ellos. Mantenga sus manos libres
de aceite.
7. Use ropa resistente al fuego y desdoblada para que no se atrape en
los pliegues las chispas o escorias calientes.
8. Use un respirador cuando vaya a soldar hierro galvanizado, latón o
bronce.
9. Use un respirador cuando vaya a soldar material que contenga o
estén recubiertos con plomo, zinc, aluminio, mercurio, cadmio o
berilio, ya que desprenden vapores tóxicos.
10. No trabaje con equipo que sospeche está defectuoso. Informe de
inmediato.
•
PREVENCIÓN DE INCENDIOS
1. Retire todo material combustible del lugar en donde vaya a soldar
antes de empezar a trabajar.
2. Conozca de antemano el lugar exacto donde están los extinguidotes
de incendio.
3. Cuando haga la apertura inicial de un cilindro, verifique que se
encuentra lejos de una flama o fuente de calor (chispas de soldadura,
de esmeril, etc.).
4. Cierre todas las válvulas de oxígeno y acetileno cuando termine el
trabajo. No deje el gas en las mangueras.
•
CUIDADOS CON LOS CILINDROS
1. Siempre conecte el regulador correcto a la válvula del cilindro.
2. Para evitar daños a los reguladores y manómetros, abra con lentitud
las válvulas de los cilindros.
3. Cuando abra un cilindro, no se pare frente a la válvula.
4. Abra la válvula del cilindro de acetileno solo 1.5 vueltas.
vueltas.
5. Abra por completo las válvulas del cilindro de oxígeno cuando esté en
uso.
6. Los cilindros deben estar siempre amarrados o sujetos de modo que
so se puedan caer.
7. Nunca forme un arco contra el cilindro.
92
TECSUP – PFR
Procesos de Soldadura
8. Nunca use un martillo o una llave de tuercas común para abrir la
válvula de un cilindro.
9. Nunca permita que una flama haga contacto con un cilindro.
10. Nunca trate de retirar los aparatos de protección de la válvula de los
cilindros.
•
CUIDADOS CON LAS MANGUERAS
1. Nunca use acetileno para sopletear una manguera nueva.
2. Nunca intente reparar una manguera con cinta adhesiva o alambre.
3. para probar si las mangueras tienen fugas, sumérjalas en agua (con
el gas a la presión normal de trabajo en ellas). Para probar si hay
fugas en las conexiones, aplique agua jabonosa y observe si se
forman burbujas.
4. Las conexiones estándares de las mangueras tienen colores de
identificación. Las de oxígeno son verdes o azules y tienen rosca
derecha. Las de acetileno son rojas con rosca izquierda y, además,
tienen la tuerca ranurada. No trate de conectar las mangueras por la
fuerza.
•
SOPLETE Y SU ENCENDIDO
•
•
•
•
•
•
Nunca use fósforos para encender un soplete.
Use siempre el encendedor de fricción.
No intente volver a encender un soplete con el metal caliente, e
particular en lugares cerrados. A veces los gases no encienden de
inmediato con el metal caliente y se puede producir una explosión.
expl osión.
Use siempre las presiones correctas (las que indica el fabricante de
las boquillas).
No use el acetileno a presiones superiores a 100 kPa o
aproximadamente 15 libras o 1 kgf/cm2.
Nunca cuelgue
cuelgue el soplete o las mangueras de las válvulas de los
reguladores de los cilindros.
Figura 4.34: En caso de un retroceso de Flama.
93
Procesos de Soldadura
5.2.
TECSUP – PFR
ACTIVIDAD Nº 08
1. ¿Qué gases se emplean para el proceso de soldadura 311?
311?
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
2. ¿Por qué el gas propano no se em
emplea
plea en la soldadura de aceros?
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
3. Grafique un cilindro de acetileno y indique sus partes.
4. ¿Cómo se comercializa el gas acetileno y el oxígeno?
o xígeno?
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
5. ¿Cómo se obtiene el oxígeno?
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
6. ¿Qué contiene una botella de acetileno en su interior?
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
......................................................................................................
94