DE
OXICORTE.
Contenido:
Introducción.
Soplete
de corte.
Características
de ejecución de los
cortes.
Bases
del cálculo del consumo de oxígeno de corte.
Características
de la llama de oxicorte.
Influencia
de la naturaleza del combustible sobre la operación del oxicorte.
Metalurgia
del oxicorte.
Oxicorte
bajo el agua.
Corte
por arco.
Soldadura
por arco bajo el agua.
TÉCNICAS Y METALURGIA DEL OXICORTE.
Introducción.
El
término oxicorte indica la operación de seccionamiento o corte del acero por
medio de un soplete alimentado por un gas combustible y oxígeno.
Esta operación se basa en la reacción
fuertemente exotérmica de la oxidación del hierro en presencia de oxígeno.
Efectivamente, un hilo de hierro llevado a la temperatura de rojo y puesto en
presencia de oxígeno puro, arde rápidamente, continuando la combustión por la
reacción de oxidación. Para que un metal pueda experimentar esta operación
deben cumplirse dos condiciones:
a)
que
la reacción de oxidación sea exotérmica.
b)
Que
el óxido formado tenga una temperatura de fusión inferior a la del metal.
El hierro y la mayor parte de
sus aleaciones satisfacen estas dos condiciones; sin embargo, para estas
aleaciones, la formación de estos óxidos más refractarios puede dificultar la
operación. Así, para los aceros al cromo, a partir de una cierta concentración
en cromo, el acero presenta dificultades de oxicorte debido a la formación de óxido de cromo que tiene un punto de
fusión muy alto respecto al del óxido de hierro y el hierro.
Soplete de corte.
El soplete de corte se compone,
en principio de un soplete ordinario que permite calentar un punto del acero a
la temperatura de corte es decir de 1200 a 1300 °C y de un dispositivo que
aporta el oxígeno necesario para la oxidación del hierro; a este último se le
da el nombre de oxígeno de corte, mientras que a la llama del soplete destinada
a mantener la reacción, se le da el nombre de llama de calefacción.
El proceso de la operación es el
siguiente: primeramente se regula normalmente la llama de calefacción, como si
procediéramos a soldar, y se dirige sobre el lugar donde se desea realizar el
corte. En el momento en que la zona calentada se pone al rojo, se lanza el
chorro de oxígeno que atraviesa el metal proyectando óxido de hierro; de esta
forma se logra el cebado del corte; vasta entonces con desplazar el soplete a
una velocidad conveniente para que la operación continúe regularmente.
En cuanto a la llama de calefacción, puede
ser cualquiera, puede utilizarse cualquier otro combustible gaseoso en lugar de
acetileno : hidrógeno, gas de ciudad, butano, etc.
Estudiaremos más adelante las ventajas e
inconvenientes de los distintos combustibles.
Los primeros sopletes destinados al corte
eran con chorro separado, es decir, que la llama de calefacción la suministraba
un soplete ordinario de acetileno y un conducto suplementario, debidamente
adaptado, aportaba el oxígeno de corte.
Los sopletes con chorro separados tienen
un grave inconveniente; la dirección del corte está perfectamente definida de
forma que, la llama de calefacción preceda siempre al chorro de corte. Con este
tipo de soplete es muy difícil efectuar cortes en ángulo pues se produce el
descebado en los cambios de dirección. Sin embargo, estos sopletes producen una
superficie de corte realmente perfecta.
Los fabricantes han salvado esta
dificultad ideando sopletes con chorro central. La llama de calefacción está
constituida por gas combustible que sale por orificios que rodean al conducto
central por donde llega el oxígeno de corte.
La variación de la potencia de la llama se
obtiene, bien por el intercambio de las boquillas del eyector, bien, en cierta
medida, por el aumento de la presión de oxígeno.
Los sopletes con chorro central tienen la
ventaja, como acabamos de decir, de realizar cortes perfectos en todas
direcciones.
Cuando el oxicorte se realiza a mano se
utilizan normalmente guías con el fin de evitar el temblor de la mano y
desplazamiento de la misma.
El proceso es más efectivo cuando se
realiza con máquinas adecuadas pus se mejora la calidad del corte.
Características de ejecución de los
cortes.
Hemos dicho anteriormente que
la potencia del soplete, bien con el diámetro de la boquilla de corte o bien,
actuando sobre la presión del oxígeno de la llama.
La tabla siguiente da las características
de ejecución de cortes con llama oxiacetilénica para espesores de acero
variando entre los 5 y los 125 mm.
Características de ejecución de los
oxicortes.
Espesores a cortar (mm) |
Diámetro de la boquilla de corte (1/10) |
Presión de oxígeno (kg/cm2) |
Velocidad de avance (m/h) |
Consumo |
|
|
||
mano |
máquina |
De oxígeno por metro de corte |
De acetileno por metro de corte |
|||||
5 8 10 12 15 20 25 30 35 40 50 75 100 125 |
6 8 10 10 10 10 15 15 15 20 20 25 30 30 |
1 1.5 1.5 175 2.0 2.5 2.0 2.5 3 3 3.5 4 4 5 |
20 17.5 15 13 12 11 10 9.5 9 8.5 7 6 5 3 a 4 |
25 22 20 16 14 10.5 7.5 7 |
60 96 120 145 185 250 325 400 480 560 750 1275 1500 2000 |
14 16 20 24 26 32 36 40 46 55 80 125 150 175 |
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|
Esta cifras se obtienen
normalmente cuando el corte de la chapas se realiza sobre aceros limpios, como
llegan del comercio. Los consumos indicados para el acetileno y el oxígeno,
pueden reducirse sensiblemente cuando el corte se realiza con el auxilio de
guías apropiadas que permiten la regularidad en el avance.
Por el contrario, el oxicorte de chapas
con incrustaciones de herrumbre, chapas con defectos intensos y mazarotas y
aceros especiales, requiere un aumento en el consumo de gases que puede
duplicarse e incluso triplicarse según los casos.
Han sido numerosos los investigadores que
han demostrado la influencia de un cierto número de factores sobre la velocidad
de avance en la operación de corte.
Entre estos factores hay que considerar
muy particularmente:
-el grado de pureza del oxígeno.
-la temperatura inicial del oxígeno.
Base del cálculo del consumo de oxígeno de
corte.
En la práctica corriente puede calcularse
rápidamente el consumo de oxígeno correspondiente a un corte de acero de
espesor dado refiriendo dicho consumo al cm2 de superficie de corte,
que permanece prácticamente constante para un mismo tipo de trabajo.
Para el oxicorte manual, puede tomarse
como valor medio, un consumo de dos litros de oxígeno por centímetro cuadrado
de sección, que representa el mejor rendimiento sobre chapa limpia.
Para el corte de paquetes de chapas hay
que contar con un consumo de tres litros por centímetro cuadrado.
En los trabajos de desguase es más difícil
fijar una relación de corte; se admite, generalmente, de 3 a 10 metros de
oxicorte por tonelada de chatarra.
Para el oxicorte a máquina, este consumo
baja considerablemente con el espesor, siendo del orden de un litro por
centímetro cuadrado.
Características de la llama de oxicorte.
Las llamas de oxicorte
presentan caracteres muy distintos de las de soldadura; en el oxicorte no se
trata de buscar las propiedades reductoras como ocurría en la soldadura. La
llama juega aquí un doble papel; la de llevar la región a cortar a una cierta
temperatura para cebar la oxidación del hierro y después, la de ayudar a la
regularidad de la oxidación con el corro de oxígeno, durante el corte.
La llama de oxicorte está constituida,
como ya hemos dicho anteriormente, por una llama de calefacción a alta
temperatura, y por tanto, con mezcla preliminar de oxígeno y un chorro de
oxígeno que rodea o sigue a dicha llama, que presenta el agente de
oxicorte.
Así, pues todas las llamas de oxicorte
tienen un agente en común, el oxígeno de corte, y las propiedades de la llama
de oxicorte dependerán de las llamas de calefacción.
La llama de calefacción debe tener una
temperatura bastante elevada con el fin de disminuir el tiempo de cebado de los
cortes y mantener la combustión; la velocidad de corte depende en parte de la
temperatura de esta llama.
Por otra parte, la cantidad de oxígeno
necesario para el corte disminuye cuando la temperatura de la llama de
calefacción aumenta.
Sin embargo, el empleo de una llama de
calefacción fuertemente reductora como la oxiacetilénica, necesita un ligero
exceso de oxígeno de corte sobre todo si la cantidad de CO contenida en la
llama es importante.
Las condiciones económicas de un corte van
a depender , como para la soldadura:
a)
de la velocidad de corte y por tanto de la naturaleza de la llama de
calefacción.
b)
del consumo de oxígeno.
El consumo de oxígeno comprende:
-el oxígeno de la combustión primaria.
-el oxígeno de corte.
Influencia de la naturaleza del
combustible sobre la operación del oxicorte.
Combustible |
Ventajas |
Inconvenientes |
Acetileno |
Poder
calorífico elevado, gran temperatura de calefacción, por tanto: cebado
rápido, velocidad de corte elevada, llama de calefacción económica,
flexibilidad de la llama, regulación fácil. Profundidad
de corte hasta 700mm |
Gran
concentración del calor que puede generar una fusión de frenado y retraso del
corte. Presencia
obstructora del CO, es necesario un ligero exceso de oxígeno. Para
grandes consumos, necesidad de acetileno disuelto, precio más elevado. |
Hidrógeno |
Llama
de calefacción oxidante, ventajosa para los cortes de gran espesor de 500 a
1000 mm. Preferible para el corte bajo el agua. |
Pequeño
poder calorífico, precio de coste elevado del H2, aprovisionamiento difícil,
costosa regulación de la llama. |
Gas de ciudad Gas de horno cok |
Económico
en la proximidad de fábricas productoras. |
Pequeño
poder calorífico, dificultad de obtener grandes consumos. Aprovisionamiento
difícil, espesor de corte limitado. |
Propano Butano |
Poder
calorífico muy elevado. Ventajas en los lugares de difícil aprovechamiento.
Transporte de una gran cantidad de calorías en pequeño volumen. Llama
de calefacción oxidante, poco CO. |
Dificultad
de empleo para grandes consumos debido a su pequeña tensión de vapor. |
Bencina |
Ninguna
ventaja particular. |
Pequeño
poder calorífico. Dificultad de evaporación y de regulación de llama. Combustible
peligroso. |
Metalurgia del oxicorte.
1º- el ciclo
térmico impuesto por el procedimiento de corte (manual o por máquina)
2º- la
naturaleza del acero a cortar.
En lo que sigue consideraremos el estudio de las modificaciones estructurales que resultan del corte de los aceros con soplete, basándonos en los dos factores fundamentales que anteriormente mencionamos.
Ciclo térmico del oxicorte. La curva I del diagrama de la figura representa el ciclo de enfriamiento de las chapas, en función de la distancia x al eje de corte para un espesor e = 12mm. A título comparativo hemos reproducido, sobre el mismo diagrama, los ciclos térmicos de soldadura por arco (curva II) y oxiacetilénica (curva III), obtenidas en las mismas condiciones, para una chapa de 10 mm de espesor. Si se hace variar el espesor es evidente que las curvas térmicas se desplazan, distanciándose de los ejes temperatura-distancia, cuando el espesor de la chapa aumenta.
De el examen de este diagrama se desprenden conclusiones importantes:
a) el reparto térmico es mucho más concentrado para el oxicorte que para la soldadura, y por tanto, para la soldadura oxiacetilénica.
b) Los gradientes de temperatura son mayores para el oxicorte que para los procedimientos de soldadura.
Pero las curvas de enfriamiento en función del tiempo, demuestran que la velocidad de enfriamiento es mucho mayor para la operación térmica de oxicorte que para la soldadura.
1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
I
II III
10 20 30 40 50 60
Desde el punto de vista de las transformaciones estructurales, estas conclusiones originan las siguientes consecuencias:
1° las zonas de transformación en el metal base se extienden mucho menos en el oxicorte que en los procesos de soldadura.
Así, para un espesor a cortar o soldar de 10 a 12 mm . la profundidad de transformación en el oxicorte no sobrepasa las 5/10 de mm; esta transformación puede ser de 4 a 5 mm para la soldadura por arco y de 15 a 20 mm para la soldadura cos soplete, a cada lado del eje de la soldadura.
2° las grandes velocidades de enfriamiento favorecen el temple del acero, por tanto hay que esperar la obtención de estados más templados en el oxicorte que en los procesos de soldadura, siempre que se trate del mismo acero.
3° los elevados gradientes de temperatura deberían favorecer la formación de tensiones internas pero el seccionamiento libera gran parte de estas tensiones.
Profundidad de la zona de transformación. Como acabamos de decir, la profundidad de la zona de transformación depende del ciclo térmico de la operación de corte. Para determinar la importancia de esta zona bastará con considerar los factores que influyen sobre el reparto térmico en el oxicorte. Las experiencias realizadas sobre esta cuestión, demuestran que los factores que intervienen sobre el reparto térmico son, por orden de importancia:
· El espesor a cortar, con mucho, el más importante;
· La naturaleza de acero, definida por su composición química;
· El procedimiento de corte: a máquina o a mano;
· El tiempo de acabado y la velocidad de corte, factor que depende de la naturaleza de la llama de calefacción, de la pureza del oxígeno, etc;
· La conductividad del acero; este factor varía muy poco para los aceros ordinarios de construcción
Temperaturas
q1-------------------------------q1
VI
V
IV
III
II
I
0 2 4 6 8
10 12 14
16 mm
Oxicorte bajo el agua.
El oxicorte bajo el agua es hoy día un procedimiento corriente de destrucción y recuperación de restos de naufragios, de demolición de diques y otros trabajos submarinos.
Para asegurar la inflamación de la mezcla oxiacetilénica y la estabilidad de la llama es preciso alejar el agua de la boquilla. Se puede concebir un pequeño colector adaptado al extremo de la boquilla de salida de los gases, al cual se hace llegar aire comprimido. Los constructores franceses han perfeccionado el procedimiento utilizando directamente los productos de la combustión de la llama para eliminar el agua. La cabeza del soplete va provista de una pequeña cámara de expansión que concentra los productos de la reacción.
La llama oxiacetilénica de corte, corresponde a la reacción de combustión total del acetileno, con 2,5 volúmenes de oxígeno, en vez de 1,2 que es el correspondiente a la llama de corte ardiendo en el aire.
Por otra parte, los sopletes están provistos de un pequeña llama oxiacetilénica, que constituye una lamparilla para permitir el encendido de la llama bajo el agua.
Los sopletes de corte bajo el agua deben ser de alta presión de acetileno, pero ésta no puede sobrepasar los 1,5 kg/cm2 a causa de su descomposición explosiva. Esto la profundidad de operación que no puede superar lo 10 metros. Por encima de este límite, el acetileno hay que sustituirlo pos el hidrógeno, que no presenta estos inconvenientes.
Corte por arco.
Sin entrar en detalles, recordaremos que es posible cortar, o mejor destruir, las chapas al aire y bajo el agua utilizando el arco de soldadura.
El corte no es una consecuencia de la oxidación del acero, como ocurre en el procedimiento oxiacetilénico, sino que resulta de la fusión local de la pieza mediante sangrías. En este caso el electrodo está constituido por una punta de grafito de gran diámetro o un electrodo metálico.
El gasto de energía eléctrica para el corte es considerable; hay que aplicar intensidades de 350 e incluso de 500 A para los electrodos de graito de 12 a 20 mm de diámetro.
También se han utilizado los electrodos de grafito y metálicos tubulares en el corte bajo el agua, haciendo circular oxígeno a presión. 1 kg de presión por metro de profundidad. En el caso de las puntes de grafito se necesita aún una energía mayor, que alcanza los 600 a 900 A con 50 V, siendo un poco menor para los electrodos metálicos.
Soldadura por arco bajo el agua.
Recientemente se han realizado numerosos trabajos de reparación o construcción bajo el agua en diversos países, por el procedimiento de soldadura por arco. Dicha soldadura se ejecuta con electrodos especiales con revestimiento recubierto de un barniz no conductor y resistente al agua. En este caso la corriente continua se hace indispensable, por otra parte el revestimiento contiene elementos estabilizadores del arco. Es evidente que las pinzas porta-electrodo, tienen que estar especialmente concebidas para aislar al operario de todo tipo de contacto eléctrico.
Esta técnica de soldadura bajo el agua el agua pone también a disposición de los constructores un nuevo medio para la realización de numerosos problemas de construcción o reparación de piezas ejecutadas en las condiciones más económicas.