EL PROCESO OXI-GAS
Por: Charles Salazar Silva
Introducción •
En los descubrimientos arqueologicos actuales en el Peru y en el mundo, podemos ver que los objetos metalicos de los restos encontrados, evidencian signos de uniones soldadas con brazing (soldadura fuerte)
Introducción •
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Muchos autores denominan al proceso como: “Soldadura con gas oxicombustible”, también es conocido por sus siglas en ingles como OFW (oxyfuel gas welding). El proceso oxi-gas (oxi-acetilènico) nació cuando empezó a producirse industrialmente el carburo de calcio en el año de 1894.
Definición •
Es un proceso de soldadura en donde los materiales a unir se calientan por medio de una llama producida por la combustión entre el oxigeno y un gas combustible. La llama es dirigida hacia el material base a través de un soplete. Puede ser con o sin la aplicación de un material de aporte, o puede ser con o sin la fusión del material base, en
….definición •
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La llama se genera en la punta de un soplete, por donde sale una mezcla adecuada de oxigeno y un gas combustible. A medida que la llama se mueve a lo largo de la unión el metal base y/o el metal de aporte se solidifican para producir la unión. Algunos materiales requieren el uso de fundentes.
Ventajas •
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El operario tiene control sobre el calor y la temperatura aportada. Pueden soldarse láminas delgadas y piezas pequeñas. Cuando el proceso emplea la fusión se obtiene la mejor unión metalúrgica. El equipo es de bajo costo. Se puede soldar la mayoría de los metales y aleaciones. El equipo también sirve para enderezado, precalentamiento, post-calentamiento, etc.
Desventajas •
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El metal base o aleación puede perder ciertas características metalúrgicas, debido a la aportación de calor y la permanencia de este. Este proceso es uno de los mas lentos, en cuanto a ratio de deposición.
La llama oxi-gas
Llama primaria.- El gas combustible arde con el oxigeno del cilindro, se genera la mayor cantidad de calor e inmediatamente después de esta llama se obtiene la mayor temperatura. Llama secundaria.- Los productos de la llama primaria combustionan con el oxigeno del medio ambiente
La llama oxi-gas •
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La función principal de la llama es conseguir un calentamiento localizado rápido que permita fundir el material base y/o aporte. Para conseguir esto la llama tiene que ser eficiente, y esta eficiencia está relacionada con dos factores que son: Temperatura de llama e Intensidad de llama
Temperatura de llama •
Depende de :
Descomposición a Carbón e Hidrogeno del gas combustible en la llama primaria. La combustión en la llama primaria genera calor, y aumenta la temperatura.
Intensidad de llama •
Depende de :
El poder calorífico del gas combustible empleado. La velocidad de la llama. Es una medida de concentración de calor entregado por la llama primaria
Características de los gases combustibles Todos los gases combustibles requieren oxigeno para arder, y deben tener las siguientes características. •
Alta temperatura de la llama.
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Alto índice de propagación de la llama.
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Alto poder calorífico.
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Mínima reacción química con los metales base y de aporte.
El acetileno es el gas combustible que mejor satisface estas características.
Gases que se emplean en este proceso El Acetileno. - Es un gas incoloro, no toxico, inodoro en su estado puro pero comercialmente se le otorga un olor a ajo. Se fabrica a partir de la reacción entre carburo de calcio y agua. Como es inestable a presiones por encima de los 2 bar, es almacenado en cilindros que contienen una masa porosa y mezclado con acetona, que lo convierten en estable. Este gas produce la llama mas caliente y mas concentrada que todos los gases.
Obtención del acetileno CaC2 + H20
C2H2 + Ca(OH)2
…… gases que se emplean en este proceso El Hidr ógeno.- Es un gas incoloro, no toxico, inodoro. Es altamente inflamable y arde con llama invisible, esta característica hace algo dificultosa su regulación. Se fabrica a por electrólisis del agua, por refrigeración y presión. Mas que en soldadura se emplea en oxi corte. Teóricamente se debería alcanzar 3500 C, pero como consecuencia de la reacción se produce agua la temperatura desciende a 2100 C.
2H2 + 02
2 H20 + Calor
…… gases que se emplean en este proceso El Propano. - Es un gas incoloro, no toxico, pero ligeramente anestesiante. Se obtiene principalmente, de la refinación del petróleo o sus derivados. Se puede almacenar a temperatura ambiente a su presión de vapor (7bar), por ello requiere envases relativamente livianos. El poder calorífico del propano es superior a la del acetileno, pero genera menos calor que en la llama primaria, siendo su temperatura de llama menor y su consumo de oxigeno 4 veces mayor.
La Llama oxiacetilenica •
El acetileno reacciona con el oxigeno y produce una llama que tiene una temperatura que está por encima del punto de fusión de la mayoría de los metales industriales.
• C2H2 + 2.5 0 2
2C02 + H20 + Calor
Ecuación química de la llama oxiacetilenica
• En la llama primaria: C2H2 + 0 2 2C0+ H2 + Calor • En la llama secundaria: 2C0 + H2 + 1.5 02 2C02 + H20 + Calor • TOTAL : C2H2 + 2.5 02
2C0 2 + H 20 + Calor
Temperaturas a través de la llama
La llama neutra •
Tiene una proporción de oxigeno y acetileno uno a uno. Es la llama soldadora por excelencia.
La llama carburante •
Tiene exceso de acetileno. La llama tiende a alargarse. Aparece la zona carburante que se puede regular en función de la longitud del cono.
La llama oxidante •
Tiene un exceso de oxígeno. La llama tiende a acortarse. Se usa para soldar materiales específicos (bronces).
Soldadura oxiacetilenica con fusión del material base •
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En este caso el material base se llega a fundir. La temperatura de trabajo será la temperatura de fusión del material base. La temperatura de fusión del material base y del material de aporte son muy similares.
Soldadura oxiacetilenica con fusión del material base
Metal de Base
Tipo de Metal aporte
Tipo de llama
Tipo de fundente
------------------------------------------------------------------------------------------------- Aluminios Bronces Cobre Cuproniquel Inconel Fierro fundido Fierro foriado Plomo Monel NiqueI Plata-niquel Acero, baja aleación Acero, carbono alto Acero, carbono bajo Acero, carbono mediano Acero, inoxidable
Similar al metal de base Hojalata de cobre Cobre Cuproniquel Similar al metal de base Fierro fundido Acero Plomo Similar al metal de base Niquel Plata-niquel Acero Acero Acero Acero Similar al metal de base
Ligeramente reductora Ligeramente oxidante Neutral Reductora Ligeramente reductora Neutral Neutral Ligeramente reductora Ligeramente reductora Ligeramente reductora Reductora Ligeramente reductora Reductora Neutral Ligeramente reductora Ligeramente reductora
Fundente de Al. Base de bórax Ninguno Ninguno Fundente de fluoruro Base de bórax Ninguno Ninguno Fundente de monel Ninguno Ninguno Ninguno Ninguno Ninguno Ninguno Fundente de Al.
Algunos materiales de aporte para soldadura por fusión ACERO AL CARBONO • AWS RG-45, AWS RG-60 .- Son varillas
cobreadas para soldar aceros de bajo carbono. Para soldar con esta varilla se emplea llama neutra. HIERRO FUNDIDO • AWS R CI. Es una varilla hierro fundido para soldadura autógena de unión y relleno del hierro fundido gris y maleable. Se emplea llama neutra. En muchos casos se suele emplear el fundente DIN: F-SH2 para ayudar en el proceso de
COBRE • AWS ER Cu. Varilla de cobre desoxidado
que se emplea para soldar el cobre puro. Se emplea una llama neutra. ACEROS INOXIDABLES • AWS ER 308L, AWS ER 316L, se emplean
para soldar aceros inoxidables del mismo tipo. Hay que tener en consideración que para soldar este tipo de materiales hay que emplear una llama ligeramente carburante.
• AWS ER 1100, AWS ER 4043, AWS ER 4047. Son varillas de aluminio que se emplean para soldar el mismo tipo de material base. Se emplea una llama ligeramente carburante. En este caso es prácticamente obligatorio el uso del fundente, que se encarga de romper la capa de alúmina que se forma con la temperatura y que dificulta la soldabilidad de este tipo de materiales. El fundente que se emplea es DIN: F-LH 1.
Soldadura oxiacetilenica, material base y aporte : Acero al Carbono
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Aplicación del AWS R CI, se emplea un fundente DIN: F-SH2
Soldadura oxiacetilenica sin fusión del material base • Es posible lograr la unión de dos materiales sin que estos se llegaran a fundir mediante la aplicación de un tercero cuyo punto de fusión esta muy por debajo del o los materiales base. El calentamiento tiene que ser suficiente solamente para fundir el material de aporte.
Soldadura oxiacetilenica sin fusión del material base •
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Si el punto de fusión del material de aporte supera los 450°C lo llamaremos BRAZING o Soldadura fuerte. Si el punto de fusión del material de aporte es inferior a los 450°C lo llamaremos SOLDERING o Soldadura blanda.
Soldadura oxiacetilenica sin fusión del material base
Metal de Base
Tipo de Metal aporte
Tipo de llama
Tipo de fundente (DIN)
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Aluminios Laton (Cu Zn) Bronces (Cu Sn) Cobre Inconel Fierro fundido nodular Fierro forjado Monel Niquel Cuproniquel Plata Niquel Aceros de baja aleación Aceros al carbono Aceros inoxidables
Aluminio al Silicio Aleacion de Plata Cobre Zinc Cobre Zinc Aleacion de Plata Aleacion de Plata Cobre Zinc Aleacion de Plata Aleacion de Plata Cobre Aleacion de Plata Cobre Zinc Cobre Zinc Aleacion de Plata
Ligeramente reductora Ligeramente reductora Ligeramente reductora Ligeramente reductora Ligeramente reductora Ligeramente reductora Neutra ligeramente oxidante Ligeramente reductora Ligeramente reductora Ligeramente reductora Ligeramente reductora Ligeramente reductora Ligeramente reductora Neutra ligeramente reductora
F – LH 1 F – SH 1 F – SH 2 F – SH 2 F – SH 1 ó F – SH 2 F – SH 1 ó F – SH 2 F – SH 2 F – SH 1 ó F – SH 2 F – SH 1 ó F – SH 2 F – SH 2 F – SH 1 ó F – SH 2 F – SH 2 F – SH 2 F – SH 1
Aleaciones de base cobre y plata • AWS BCuP – 2.- Es una aleación de cobre y fósforo, empleada básicamente en la unión de piezas de cobre, aplicación en la cual no requiere el uso de fundentes. Y AWS BAg – 2.- Es una aleacion de plata al 35% para uso de refrigeracion.
(AWS RBCuZn – A).- Aleación de Cobre
– Zinc para la unión y recargue de aceros, aceros inoxidables, hierro fundido, níquel y aleaciones de níquel, cobre, y aleaciones de cobre que tengan el punto de solidus por encima de los 950°C (bronces).
Anillos tubulares de plata con el fundente incorporado
• AWS RBCuZn – D.- Esta aleación de Cobre–Zinc– Niquel generalmente es usada en recargue de aceros, hierro fundido, níquel y aleaciones de níquel, bronces. Es empleada en donde existe desgaste metalmetal.
REPARACION DE MULTIPLE DE FIERRO FUNDIDO CON AWS RBCuZn – D
FOTO N° 1
FOTO N° 2
FOTO N° 3
Uso de fundentes para este tipo de aleaciones • Para soldar este grupo de aleaciones se emplea DIN: F – SH2 que para trabaja con las temperaturas de fusión de estas aleaciones.
El Equipo •
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Está constituido por dos cilindros que contienen acetileno y oxigeno respectivamente, sus respectivos reguladores, sus mangueras de conexión, su caña y sus boquillas. La funcion del equipo es suministrar la mezcla adecuada de oxigeno y acetileno. La caña y las boquillas son intercambiables.
EL SOPLETE Esta constituido por mango, mezclador y las boquillas. Contiene elementos reguladores del paso de los gases. Tiene un sistema adecuado para montar y desmontar las boquillas o puntas. En la zona mezcladora se juntan el oxigeno con el acetileno y ya mezclados pasan a las boquillas.
….EL SOPLETE •Su función principal es que el oxigeno y acetileno se mezclen correctamente, y que exista un equilibrio correcto entre la velocidad de salida y la velocidad de combustión. •El soplete debe estar diseñado para que el operario controle correctamente las características de la llama y que estas puedan ser variadas durante la operación de soldadura. •Tiene que soportar ciertas caídas eventuales y trabajo rudo. •La llama no debe alterarse cundo la boquilla se caliente. •Los gases pasan por las válvulas de control en forma separada y se juntan en la zona de mezcla, para luego pasar a las boquillas.
Zona Mezcladora Básicamente existen 02 tipos: De presiones iguales y de inyector •
…..Zona Mezcladora De igual presión.El oxigeno y acetileno ingresan prácticamente a la misma presión y velocidad. •
Del tipo inyector.El acetileno de baja presión por medio del efecto “venturi” es absorvido por el oxigeno que pasa a mayor velocidad. •
Mango del soplete y diversos tipos de boquillas
Tipos de boquillas •
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Boquillas de soldadura.- Generalmente fabricada de cobre, se selecciona según el caudal de gases, cada fabricante proporciona tablas para su correcta selección. Boquilla de calentamiento.- Proporciona una llama múltiple debido a que tiene varios agujeros de salida, de esta forma se puede compartir el calor a un área mas grande de la pieza. Para lograr esto se emplean mayores caudales de gas.
Boquillas •
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Esta diseñada para dirigir la llama con comodidad y eficiencia. La llama es controlada por medio del diámetro del orificio. Por lo general se fabrican en aleaciones de base cobre, para que tengan buena conductividad térmica, debido al contacto con la llama. Existen variedades de tamaños y tipos para los diversos trabajos. Deben ser fácilmente intercambiables . Generalmente se emplean 2 formas de recambiarlas.
Tipos y recambio de boquillas
Los reguladores •
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Los gases suministrados por los cilindros no pueden utilizarse a la alta presión que se encuentran almacenados, por lo que requieren un sistema de regulación para poderse trabajar (baja presión). El regulador es un dispositivo mecánico que mantiene la presión de salida constante sin importar la presión de ingreso. Pueden ser de una etapa o de dos etapas, los de dos etapas entregan una presión mas constante, pero son mas caros por que se trata de dos reguladores en uno. Los reguladores para cada tipo de gases conexiones diferentes entre si para evitar la intercambiabilidad, es decir cada gas usa su propio regulador.
Factores a tener en cuenta para seleccionar un regulador: El gas con el que se va a trabajar. Rango de presiones de ingreso y salida. Caudal máximo que se puede suministrar. Si es de aplicación industrial o no. •
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Mangueras •
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Son las encargadas de conducir, tanto el oxigeno como el acetileno (a presión reducida) al soplete. Deben ser lo suficientemente flexibles para que faciliten el trabajo. Las mangueras que transportan el gas de combustible son siempre de color rojo, las de oxigeno son de color verde. Las conexiones de las mangueras difieren entre si de tal manera que no existe la posibilidad de intercambiar las de oxigeno con las de acetileno.
Valvulas anti-retorno •
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Tienen la función de evitar el retorno del gas con la finalidad de que pase de un sistema a otro. Estas válvulas se deben instalar en el ingreso del soplete.
SEGURIDAD EN LOS EQUIPOS
SEGURIDAD EN LOS EQUIPOS •
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El operario debe estar capacitado para el uso correcto de los reguladores. Los reguladores debe estar limpio y en buen estado. Los cilindros deben fijarse en la pared o a un sistema que impida que se caigan. Al instalar los reguladores se debe verificar que las roscas de las conexiones de los cilindros estén en buen estado y libres de partículas. NUNCA Se debe conectar los reguladores a los cilindros si se observa residuos de grasa. El oxigeno a alta presion puede reaccionar violentamente con aceites, grasas, u otros productos. Antes de abrir la válvula del cilindro se debe liberar la mariposa de regulación de los cilindros (llevar a cero la presión de trabajo) Hacerle una prueba de fugas antes de iniciar el trabajo. Al terminar el trabajo purgue los gases primero el acetileno y luego el de oxigeno, siempre en ese orden y nunca en forma simultanea.
SEGURIDAD EN LOS EQUUIPOS •
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Las mangueras deben estar en una posición elevada, para evitar daños por caída de objetos. Paso de ruedas de equipos o metales calientes. Las mangueras deben ser reparadas con las conexiones adecuadas para este fin. NUNCA use oxigeno para “soplar” o limpiar una pieza. No retire los capuchones que protegen a las conexiones de los cilindros. Los cilindros deben almacenarse siempre en forma vertical y en lugares con buena ventilación. No use la llama para otro fines
Muchas Gracias
