Experiencia C610 Soldadura Oxiacetile nica

Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica. Laboratorio de Procesos Mecánicos.

Experiencia C610 Soldadura Oxiacetilenica .

Profesor: Ignacio Andaur.

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Alumnos: Claudio Canales D. Fecha de Entrega: 15/06/2017


Resumen Esta experiencia se lleva a cabo en el Departamento de Ingeniería Mecánica, Área de Procesos Mecánicos de la Universidad de Santiago de Chile el día 8 de junio del 2017. En este informe se realiza un análisis metodológico del proceso de “Soldadura con Oxiacetileno”, más específicamente se analiza el principio de funcionamiento de este tipo de soldadura, estudiando parámetros claves como ventajas de la aplicación de este tipo de proceso, segmento industrial y se realiza un análisis comparativo con los tipos de soldaduras estudiadas en las experiencias pasadas. El principal enfoque del presente informe, es realizar un estudio de los parámetros preponderantes de este proceso y contrastarlos con las observaciones cualitativas realizadas en la experiencia.

Laboratorio de Procesos Mecánicos.

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Índice Resumen .............................................................................................................................................. 2 Objetivo General ................................................................................................................................. 4 Objetivos Específicos ........................................................................................................................... 4 Descripción de los Equipos Utilizados. ................................................................................................ 5 1.

Estanque de Oxigeno............................................................................................................... 5

2.

Estanque de Acetileno............................................................................................................. 5

3.

Soplete. ................................................................................................................................... 5

4.

Pedernal. ................................................................................................................................. 5

Metodología. ....................................................................................................................................... 6 Desarrollo ............................................................................................................................................ 7 Conclusiones y Comentarios. .............................................................................................................. 9 Bibliografía ........................................................................................................................................ 10


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Objetivo General Que el alumno internalice y comprenda los conceptos técnicos y parámetros de ajuste y control de las variables que gobiernan el proceso de soldadura Oxi-Gas manual OAW (Oxyacetylene Gas Welding), OFW. Una buena soldabilidad es función de factores de interacción tales como: • • • •

Tipo de proceso Medio Ambiente Composición del material Diseño y tamaño de la unión o junta.

Objetivos Específicos •

Entregar al alumno la capacidad de cuantificar el aporte calórico del proceso.

•

Entregar al alumno la capacidad de cuantificar el aporte calórico neto.

•

•

•

Que el alumno adquiera la capacidad de comparar las capacidades y nivel de aporte calórico asociado a los proceso de soldadura industriales. El alumno deberá ser capaz de determinar la dilución presente en las uniones típicas. Que el alumno adquiera la capacidad de armar y ajustar variables claves de los procesos de soldeo, de modo de asegurar resultados adecuados


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Descripción de los Equipos Utilizados. 1. Estanque de Oxigeno. Consiste en un estanque con la capacidad de almacenar el oxígeno a alta presión, generalmente se trabaja con un límite superior de presión manométrica de 5 MPa. El fin es aumentar la densidad al máximo y aumentar la presión, para convertirla en presión dinámica. Cumple la norma Chilena 2168.

A temperatura y presión normal el oxígeno no es corrosivo y puede ser usado satisfactoriamente con todos los metales comunes, sin embargo debe evitarse el uso de aluminio y sus aleaciones, o de aceros al carbono y de baja aleación, por la combustión exotérmica que puede producirse en presencia de oxígeno puro.

2. Estanque de Acetileno. El acetileno es un gas compuesto por carbono e hidrógeno (12/1 aprox. en peso). En condiciones normales (15°C, 1 atm) es un gas un poco más liviano que el aire, incoloro. El acetileno 100% puro es inodoro, pero el gas de uso comercial tiene un olor característico, semejante al del ajo. No es un gas tóxico ni corrosivo. Es muy inflamable. Arde en el aire con llama luminosa, humeante y de alta temperatura. Los límites inferior y superior de inflamabilidad son 2,8 y 93% en volumen de acetileno en aire respectivamente. El acetileno puro sometido a presión es inestable, se descompone con inflamación dentro de un amplio rango de presión y temperatura. Por esto, en el cilindro se entrega diluido en un solvente, que generalmente es acetona, impregnado en un material poroso contenido en el cilindro, que almacena el acetileno en miles de pequeñas cavidades independientes. En esta forma, el a cetileno no es explosivo. Cumple la Norma Chilena 2171.

3. Soplete. El soplete consta de dos válvulas, las cuales regulan el acetileno y el oxígeno entrante, posteriormente se utiliza una boquilla mezcladora, por la cual a través de la turbulencia presente debido a las altas velocidades del gas se genera una mezcla homogénea. Posteriormente la mezcla homogénea pasa por una tobera, con el fin de disminuir la sección trasversal y aumentar la velocidad de la mezcla.

4. Pedernal. Consiste básicamente en un dispositivo que, a través de la fricción generada por los metales y una piedra de ignición, se es posible realizar la combustión, la principal ventaja de este dispositivo, es que permite realizar el encendido del soplete a una distancia segura, siendo fundamental para la operación segura.


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Metodología. Inicialmente el docente, realiza una introducción teórica acerca de la soldadura con Acetileno, en donde se explica y se planifica en la manera en la cual se desarrollará el laboratorio en sí. En esta introducción teórica se habla de la soldadura oxiacetilénica autógena, destacando los avances

tecnológicos que han permitido hacer de este un proceso más seguro, eficiente y controlado, además explica el funcionamiento de los gases que participan en el proceso de combustión y que permiten realizar el proceso de soldado/corte/calentamiento del metal a trabajar. Posteriormente, los alumnos proceden a equiparse con elementos básicos de protección y seguridad. Inicialmente el docente realiza las aperturas de las válvulas de gas a utilizar, siendo una de acetileno y otra de Oxigeno. Posteriormente se utiliza un pedernal completamente funcional, con el fin de encender el acetileno proveniente del estanque, se realiza la apertura del acetileno y se realiza la ignición con el pedernal. Esta llama inicial, tiene un color rojo o naranjo, debido a que esta combustión es incompleta, con una mezcla rica. Posteriormente, se procede a abrir la válvula de oxigeno con el fin de regular la llama, finalmente se obtiene la llama deseada, con una alta temperatura, obtenida con una relación optima entre oxígeno y combustible. La llama roja se caracteriza por ser una llama que genera radiación de calor, al aumentar la temperatura, se aumenta el espectro al cual está relacionada la emisión se radiación, por lo cual, al generar una mayor temperatura, se aprecia un aumento en la incandescencia y una disminución de la radiación de calor. A continuación, se presenta una ilustración de la llama obtenida.

Ilustración 1: Llama de Acetileno, alta temperatura

Una vez que la llama es adecuada, el profesor procede a realizar el proceso de soldeo con aporte de material, de forma demostrativa y ejecuta varias veces el proceso, con el fin de ejemplificar el funcionamiento. Posteriormente ejecuta el proceso de corte con oxiacetileno, a través de la apertura gradual del oxígeno, con el fin de aumentar el efecto penetrador. Finalmente, el docente realiza una explicación teórica de los fenómenos apreciados cualitativamente en el laboratorio y menciona la relevancia del efecto oxidante en los procesos de corte de metal. Laboratorio de Procesos Mecánicos.

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Desarrollo Soldadura oxiacetilénica es un tipo de soldadura autógena en la cual dos gases (Oxígeno y Acetileno) son empleados para realizar una combustión constante que permite el calentamiento, la fusión e incluso el corte de un material, con la posibilidad de usar o no metal de aporte como elemento de unión entre materiales similares o distintos. Este proceso es unos de los procesos de soldeo más antiguos, nació hace casi un siglo atrás en Francia. En el presente se utilizan dos gases; oxígeno molecular ( 2) y acetileno (2 2 ), los cuales permiten mantener una llama que permite fusionar el metal, tal llama puede llegar con facilidad a los 3500-4000 ° C. Los gases son almacenados en cilindros metálicos. Importante destacar que la presurización de los cilindros que contienen los gases, ya que, si bien el oxígeno puede presurizarse, el acetileno no admite presurización dada su alta inestabilidad y la posibilidad de que el mismo se descomponga en carbono e hidrógeno mediante una reacción exotérmica muy violenta (Explosión), Esto es debido a los límites de inflamabilidad, la combustión se puede llevar a cabo por un aumento de presión, de temperatura o de ambas, además el acetileno presenta un alto rango de inflamabilidad, que va desde 2,8% y 93 % de Oxigeno. La conducción de los gases se realiza a través de dos mangueras, identificadas con un color característico para el comburente (Verde) y para el combustible (Roja), dichas mangueras canalizan el caudal de ambos gases hacia un soplete que tiene dos válvulas (Una para regular la proporción de cada gas) el cual se enciende mediante un pedernal. A continuación, se presenta una imagen del proceso de soldadura oxiacetilénica.

Ilustración 2: Soldadura Oxiacetilénica.


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El oxígeno es fundamental para el proceso, ya que sirve como comburente, ya que gracias al oxígeno, es posible realizar la oxidación del combustible. Al generarse esta reacción se genera una reacción exotérmica caracterizada por la alta temperatura alcanzada por la llama debido al alto poder calorífico presente en el acetileno de 48700 KJ/kg. La temperatura alcanzada por la llama es de 3500°C a 4000°C, esto puede variar según como varíen los parámetros de mezcla, proporción oxigeno combustible, etc. Otra propiedad importante del oxígeno, es que, ya que esta almacenado a altas presiones, es utilizado como propelente del acetileno, el cual se encuentra a bajas presiones, con el fin de no generar ignición por presión (es lo que ocurre de forma semejante con el petróleo número 2, a través de un Ciclo Diesel). Dependiendo de la proporción de los gases, la llama variará en temperatura y color; para una llama rica en acetileno (Reductora) se tendrá una llama de coloración morada oscura con un alma pequeña, para una llama con niveles similares de oxígeno y acetileno (Neutra) se tendrá una llama de coloración azul, con un alma de tamaño medio, y, finalmente, para una llama rica en oxígeno se tendrá una llama de coloración azul, con un alma de tamaño considerable y de brillo mayor al de las dos llamas anteriores. Conocer la temperatura de la llama es fundamental para llevar a cabo diferentes procesos, debido a que gracias al oxiacetileno, se es posible realizar calentamiento, fusión o corte de metal, si se utiliza una llama carbonizante o reductora, será idal para realizar calentamiento de la pieza de trabajo debido a que no se genera oxidación de la pieza. En cambio, si se utiliza una llama oxidante, por ejemplo, obtenida de un proceso Oxi-corte con una mezcla de butano y propano, se realiza penetración de la llama debido a la oxidación del metal, lo cual genera una pérdida de las propiedades de la tensión superficial, impidiendo la “unión” del metal en estado líquido, generando

el corte deseado. Las principales ventajas de este proceso consisten en que el soldador controla la fuente de calor y sobre la temperatura de forma independiente del control sobre el metal de aporte, además, suelda materiales ferrosos y no ferrosos y permite realizar procesos de doblado enderezado etc. Laboratorio de Procesos Mecánicos.

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Conclusiones y Comentarios. A continuación, se presentan las conclusiones desprendidas, tras la realización de la experiencia, a través de observaciones cualitativas de los procesos. Se apreció experimentalmente, que, al variar la relación de oxígeno y acetileno, se obtienen diferentes propiedades de llama. Al aumentar el oxígeno se obtiene una atmosfera oxidante, por lo tanto, al generar la fusión del metal, debido a las altas temperaturas presentes se oxida la superficie del metal, y se retira este material debido al efecto propulsante del oxígeno. Para una mezcla “perfecta” se favorece la fusión del metal, generando fusión del metal sin oxidación, lo cual implica

que no pierde la tensión superficial y permite la unión. A través del ajuste del acetileno y aire, se pueden alcanzar un gran rango de temperatura, siendo factible para otros procesos como doblado, precalentamiento de piezas etc. Cabe mencionar que esta experiencia se realiza brevemente, debido a que no existe disponibilidad de otros equipos de soldeo oxiacetilénico y la experiencia tiene solo finalidad demostrativa. De forma adicional, se ve limitado el uso de los gases debido a falta de suministros de gases de Oxigeno y combustible de Acetileno. Las principales ventajas de la soldadura oxiacetilénica es que permite soldar metales ferrosos y no ferrosos, produce uniones dúctiles capaces de soportar considerables vibraciones o choques, también es capaz de formar uniones de metales cuya sección transversal difieren, obteniendo uniones con buena apariencia, bordes limpios y lisos. Cabe mencionar que esta técnica es ampliamente utilizada en instalaciones de tuberías de líquido y gases debido al impedimento que ofrece a la presencia de fugas. En cuanto a las principales desventajas del proceso es que presenta un costo elevado debido a la baja velocidad de soldeo y alto consumo de gases, y el campo de aplicación tiende a ser en espesores pequeños, debido a que para grandes espesores no resulta factible económicamente. Si se compara con la soldadura SMAW, se puede apreciar la gran diferencia de costos y de factibilidad de transporte, debido a que la soldadura SMAW es un proceso sencillo y económico. En cuanto a los costos asociados, la soldadura SMAW resulta más conveniente, debido a que presenta altas tasas de deposición de metal y la soldadura oxiacetilenica, presenta bajas velocidades de deposición, semejantes al proceso TIG. La principal ventaja del proceso de soldeo con oxiacetileno, es la obtención de superficies limpias en las uniones realizadas en contraste con la soldadura SMAW, la cual presenta inclusiones de escoria en el cordón y alto grado de discontinuidad. Finalmente cabe concluir que la selección del método de soldeo, depende de los parámetros demandados por el usuario, ya sea costo del proceso, apariencia del cordón, nivel de resistencia a la tracción, ductilidad, propiedad del material, nivel de producción, velocidad de deposición, presencia de agua etc. Donde existe una gran gama de posibilidades para escoger. Laboratorio de Procesos Mecánicos.

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Bibliografía Indura. (8 de Junio de 2017). www.indura.cl . Obtenido de http://www.indura.cl/content/storage/cl/producto/6cd988dac23c47c0932d5c21f1822aed .pdf Shapiro, M. a. (2009). Fundametnos de Ingieneria Termodinamica. CENAGE LEARNING. USACH, Departamento de Ingeniería Mecánica. (Plan 2012). Experiencia C610 "Soldadura OxiGas". Santiago: Ingeniería Civil en Mecánica.


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Experiencia C610 Soldadura Oxiacetile nica

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