Todos direitos reservados. Qualquer parte desta obra pode ser reproduzida, desde que citada a fonte. Livro Soldagem – Coleção tecnológica SENAI – 1a ed. 1997.
Características do processo
O processo de soldagem oxicombustível é um dos mais antigos processos de fusão. A soldagem se dá pela fusão de um ou mais metais de base, com ou sem material de adição, que são aplicados na junta a ser soldada por meio de uma chama proveniente da queima de uma mistura de gases. Esses gases passam por um dispositivo cuja função é dosá-los na proporção exata para a combustão. O dispositivo, chamado maçarico, deve ainda possibilitar que se produzam diferentes tipos de misturas necessárias para obter tipos de chama de acordo com os diferentes tipos de materiais.
As superfícies dos chanfros dos metais de base e o material de adição, quando presente, fundirão em conjunto formando uma poça de fusão única que, após o resfriamento, se comportará como um único material.
Para que ocorra a soldagem, é necessário tempo, calor e/ou pressão; com o tempo, o calor aplicado à peça fará uma fusáo localizada onde, após o resfriamento, aparecerá a união dos metais; no caso da utilização de pressão, isto causa um forjamento localizado.
Todos os metais e ligas comercialmente conhecidos fundem-se em temperaturas abaixo dos 4000°C. As ligas de aço, que são os materiais de maior utilização comercial, fundem na faixa de 1500°C. Assim, mostra-se viável a execução de soldagem por meio das temperaturas e poder calorífico desenvolvidos pela combustão dos diversos gases.
A AWS (American Welding Society) define o processo oxicombustível como “grupo de processos onde o coalescimento é devido ao aquecimento produzido por uma chama, usando ou não metal de adição, com ou sem aplicação de pressão”.
Aplicação
Atualmente, outros processos de soldagem são apresentados como alternativa ao processo oxicombustível, e se este perde em competitividade nas faixas de grandes espessuras, continua a ser, em alguns casos, o método mais adequado para soldar tubos e chapas de aço de espessuras finas, além de ser adequado para revestimento superficial, corte térmico e seus derivados, metalizaçáo e aquecimento localizado.
vantagens
A soldagem pelo processo oxicombustível oferece várias vantagens: o equipamento é barato e versátil, é ótima para chapas finas, pois solda mais rapidamente que o eletrodo revestido, é realizada com pequenos ciclos térmicos – o que é bom para aços endurecíveis -, proporciona menor fadiga ao operador, tanto no controle manual como no visual, pode ser automatizado com preparação dos bordos, não usa energia elétrica e solda em todas as posições.
desvantagens
As principais desvantagens da soldagem pelo processo oxicombustível são: as chamas são pouco concentradas, o que acarreta grandes zonas termicamente afetadas, os cordões utilizados são largos, é necessário grande habilidade do soldador, não é econômica para chapas espessas, tem baixa taxa de deposição, há a inconveniência do transporte das duas fontes de gás e necessita de fluxo para trabalhar com metais não ferrosos.
O ar atmosférico, excluídos eventuais poluentes, apresenta a seguinte composição:
Fundamentos do processo
Em termos práticos, pode-se dizer que a atmosfera é composta de 20% de oxigênio e 80% de nitrogênio. A diferença entre os pontos de ebulição nos diversos gases componentes da atmosfera possibilita obtenção e separação dos gases através da destilação fracionada do ar liquefeito.
Quase todos os elementos combinam com o oxigênio, formando óxidos e liberando energia. As substâncias mais comuns e de maior poder calorífico são os hidrocarbonetos. Um hidrocarboneto é um composto químico em cuja composição aparecem somente os elementos carbono e hidrogênio.
gases combustíveis e comburentes
Salvo duas únicas exceções, que são o hidrogênio puro e o monóxido de carbono, os hidrocarbonetos são os combustíveis que compõem uma das partes necessárias
para formar a chama. Combustíveis são os materiais que queimam na presença do ar ou do oxigênio. A outra parte utilizada na obtenção do chama é o comburente. Enquanto os gases combustíveis dão origem à chama, o comburente é o gás que promove a reação de combustão.
A queima ou reação de combustão é uma reação química de oxidação, na qual se desenvolve uma grande quantidade de calor; esse calor é transferido ao material que, em consequência, se aquece.
A razão de se escolher o acetileno (C2H2) como o gás combustível advém do fato de ser o gás que, em combustão na presença de oxigênio, produz a chama considerada como a de mais alta temperatura e de maior concentração de todos os gases combustíveis.
Comparando a reação química de combustão nos diversos gases combustíveis com a do acetileno, encontra- -se menor capacidade de transferência de calor para os gases que exigem mais tempo de aquecimento e, consequentemente, maior consumo de oxigênio; este fato torna a operação de aquecimento ou soldagem mais cara, embora os outros gases combustíveis tenham custo inferior. Assim, a chama a que se vai referir daqui por diante será sempre a chama oxi-acetilênica.
gás acetileno
O acetileno (C2H2), composto gasoso de carbono e hidrogênio, é um gás incolor e sem cheiro quando puro. Entretanto, tem na sua forma comercial um cheiro característico, semelhante ao alho, devido a impurezas tais como: fosfina, arsina, sulfeto de hidrogênio e amônia. Sua composição química, C2H2, é a mais simples dos compostos orgânicos, sendo 7,47% de hidrogênio e 92,24% de carbono, em peso.
Devido a ser um gás mais leve que o ar, o acetileno eleva-se na atmosfera, obrigando a construir sistemas de exaustão nos tetos, para evitar o acúmulo de gás que tende a se situar na parte superior dos locais onde é utilizado.
Como outros materiais, o acetileno também tem o seu ponto triplo, em que coexiste nos estados sólido, líquido e gasoso. Isto ocorre nas condições de pressão absoluta de 1,25 bar e temperatura de -82,4°C.
obtenção do acetileno
A obtenção do acetileno para fins industriais se processa a partir docarbeto de cálcio, que é acondicionado em tambores ou latas fechadas de modo a não permitir a entrada de ar ou umidade. Nas fábricas modernas de produção de acetileno, o carbeto de cálcio é acondicionado em contêineres com capacidade de 1 800 a 2 OOOKg.
A produção do acetileno se faz em geradores onde o carbeto de cálcio e a água reagem, produzindo o gás úmido e impuro. A purificação é feita em torres de
purificação com ácido sulfúrico e, em seguida, com soda cáustica. Há outros processos de purificação, tanto mais como menos eficazes, porém este é considerado o de melhor relação custo/benefício para as tecnologias disponíveis atualmente.
chama do acetileno
A oxidação do acetileno, ou seja, a sua combinação com o oxigênio, pode produzir chama com temperatura da ordem de3100°C. O acetileno é um gás cuja combinação, facilmente controlável com o oxigênio, produz chamas de variadas temperaturas. Estas temperaturas dependem, além da relação combustível/comburente, da pressão dos gases, do conteúdo de vapor de água no acetileno e ainda da temperatura ambiente.
Embora o acetileno não seja produzido pela simples combinação do carbono com o hidrogênio, a cadeia de reações químicas necessária à sua formação mostra que, para sua obtenção, o conteúdo calorífico final é maior do que o inicial. Ao decompor-se nos seus elementos, o acetileno libera calor; assim, quando submetido a pressões acima de 2atm, o acetileno explode com violência, o que acontece também quando submetido a choques, centelha ou calor súbito. Quando sob temperaturas acima de 780°C, mesmo sob pressão normal, o acetileno é instável.
limites de explosividade do acetileno
Os limites de explosividade do acetileno nas misturas sob pressão e temperaturas normais são: com o ar, 2,5% para 82% de acetileno em volume; com o oxigênio, 2,0% para 93% de acetileno em volume. A máxima explosividade com o ar ocorre quando se tem 7,7% de acetileno e 92,3% de ar em volume.
emprego do acetileno
Aproximadamente 70% da produção mundial de acetileno é utilizada para a síntese química. O acetileno é matéria-prima para uma série de compostos orgânicos, entre os quais o etanol, o ácido acético, o anídrico acético e a acetona. Estes compostos são aplicados nas indústrias de plásticos, de borracha sintética, de corantes solventes e de produtos farmacêuticos. Os restantes 30% da produção de acetileno são utilizados principalmente para soldagem oxicombustível, corte, tratamento térmico, escarfagem (remoção de trincas, escamas, inclusões e outros defeitos da superfície de semi-acabados) e revestimento de peças metálicas. Uma parcela bastante reduzida é utilizada para fins de iluminação em bóias, faróis e dispositivos similares.
acondicionamento e transporte do acetileno
O acetileno gasoso tende a se decompor com o aumento de pressão e temperatura. Embora em algumas regiões ou pequenas oficinas sejam utilizados velhos geradores de acetileno, a grande maioria das empresas faz uso do acetileno comprimido por ser mais puro e, sob pressão estável, seu risco é reduzido.
Na decomposição em carbono e hidrogênio, há uma grande liberação de calor com caráter explosivo. A pressão máxima para comprimir o gás quando puro é de 1,5kgf/cm2 (15psi, sob 1 atm). Verificou-se porém, que se for dissolvido em líquido e confinado em pequenas cavidades, o acetileno pode sofrer grandes compressões sem perigo. Por isso, os cilindros de acetileno são preenchidos com matéria porosa constituída de uma mistura de carvão, cimento especial e asbestos, ou de silicato de cálcio e asbestos. Nestas condições, o acetileno pode ser comprimido sob pressões da ordem de até 20kgf/cm2.
cilindros de acetileno
As válvulas dos cilindros de acetileno são menos robustas que as de oxigênio, pois são utilizadas menores pressões de trabalho e de armazenagem. Como característica especial, e isto vale para todas as conexões de gás combustível, as roscas para adaptação de mangueiras ou dispositivos de segurança são todas para a esquerda. É comum que estas conexões apresentem pequenos entalhes externos para identificação por parte do usuário.
Os cilindros são dotados de bujões de material fusível para segurança. A parte central destes bujões é constituída de uma liga de estanho e cádmio que funde a uma temperatura de aproximadamente 100°C.
Os cilindros padronizados contêm, normalmente, 5ou 9Kg de acetileno para uso sob pressões de 17,5Kgf/cm2 a 21 °C.
Uma outra característica usual nos cilindros de acetileno é a inexistência de manopla ou volante permanente na válvula. Por segurança, o usuário só deve colocá-la durante o uso do equipamento, e só abrir o necessário para pressurizar o sistema.
O acetileno, em contato com prata, cobre ou mercúrio, sob certas condições, pode formar compostos explosivos, daí a conveniência de seu encanamento em cilindros sempre feitos de aço carbono.
Na utilização do acetileno, devem ser seguidas algumas recomendações, tais como: não ultrapassar a pressão de 20atm; abrir as válvulas lenta egradativamente
para evitar perdas de acetona e riscos para o operador; não deixar esgotar a pressão, nem trabalhar com o cilindro na posição horizontal para evitar a perda de acetona.
O conteúdo de gás num cilindro de acetileno não pode ser avaliado exatamente por pressão, uma vez que a solubilidade da acetona depende muito da temperatura. A quantidade exata de gás é determinada por pesagem. Porém, há uma regra prática que permite um cálculo aproximado da quantidade de gás restante num cilindro: basta multiplicar a pressão do cilindro em bar por seu volume em litros e em seguida multiplicar o resultado por 10. Por exemplo, num cilindro de acetileno de 50 litros de volume, em que o manômetro do cilindro indique a pressão de 10bar, o conteúdo de gás será de aproximadamente: 50 x 10 x 10 = 5000 litros de gás, o que eqüivale a 5Kg.
oxigênio
O oxigênio é o gás utilizado como comburente na chama oxi-acetilênica. É um gás incolor, inodoro e insípido. Ao contrário do acetileno, é um gás que se encontra na atmosfera; seu processo produtivo consiste em separá- lo dos demais componentes da atmosfera.
O oxigênio não pode estar no estado líquido sob temperatura acima de -118,574°C, sob qualquer pressão, mesmo que elevada ao máximo. No entanto, sob temperatura de -118,574°C e sob pressão de 50,43bar, os estados líquido e gasoso do oxigênio coexistem; por isso, diz-se que para o oxigênio, a temperatura crítica é de -118,574°C , e a pressão crítica é 50,43bar.
1 litro de oxigênio liquido vaporizado até a temperatura de 21°C e pressão de latm, transforma-se em 0,8662m3 de oxigênio gasoso
obtenção do oxigênio
O oxigênio pode ser obtido por reações químicas, por eletrólise da água e por liqüefação do ar. O primeiro processo é empregado em equipamentos para minibrasagens. O oxigênio obtido a partir da liqüefação do ar tem uma pureza de 99,6%, e é utilizado principalmente no processo de oxicorte, uma vez que queda de pureza causará diminuição da velocidade de corte.
acondicionamento e transporte do oxigênio
O oxigênio é comprimido e enviado aos distribuidores na forma líquida ou gasosa. É acondicionado em cilindros de aço padronizados. Estes cilindros são feitos de aço-cromo-molibdênio, sem costura e com paredes de 6 a 7mm de espessura.
cilindros de oxigênio
Os cilindros podem ser fabricados de duas diferentes formas: por puncionamento e por forjamento. No puncionamento, parte-se de um disco metálico de grande espessura, repuxado para formar o cilindro, que ficará com a parede constante. A outra extremidade é fechada por forjamento. No forjamento, parte-se de um tubo sem costura, forjado nas duas extremidades. Uma será obturada e a outra receberá o registro. Em ambos os casos, os cilindros devem ser submetidos a tratamento térmico.
Os cilindros têm, geralmente, a capacidade de 40 litros de oxigênio líquido sob pressão de 150Kgf/cm2. Para determinar a quantidade de gás num cilindro, basta multiplicar a capacidade do cilindro em litros de água pela pressão em bar, que é indicada no manômetro do regulador. Por exemplo, um cilindro com volume de 50 litros cujo manômetro indica 140Kgf/cm2, o cálculo é: 50 x 140 = 7000 litros, ou seja, 7m3 de gás. É importante observar que no caso de cestas com mais de um cilindro, a quantidade final em m3 deve ser multiplicada pela quantidade de cilindros existentes na cesta.
Os cilindros têm marcas de identidade, ou seja, identificação do construtor, ano e número de fabricação, volume interior e pressão de prova. Além disto, devem também estar identificadas as chamadas marcas de serviço, que são: nome do gás, pressão máxima de carga e datas dos testes.
A afinidade do oxigênio com os hidrocarbonetos, de uma forma geral, faz surgir o perigo de combustão espontânea. Por isto deve-se evitar o contato com óleos e graxas. Não é permitido lubrificar as válvulas, conexões ou qualquer outra parte que tenha contato direto com o gás. Cada cilindro é equipado com uma válvula especificamente desenhada para operar sob alta pressão, normalmente construída de latão forjado. Quando em uso, a válvula deve ser aberta até o fim, de forma que não haja possíveis vazamentos na rosca. O volante de abertura e fechamento é mantido na válvula.
a cada cinco anos, os cilindros devem ser submetidos a testes hidrostáticos, com pressões da ordem de uma vez e meia a pressão de serviço
Para proteger a válvula, utiliza-se uma tampa de proteção, roscada no gargalo do cilindro e conhecida como capacete. Sempre que o cilindro não estiver em uso, esta tampa deverá ser mantida em seu lugar.
Em instalações de elevado consumo, pode-se optar por trabalhar com oxigênio líquido. O oxigênio retirado líquido das colunas é transportado e estocado na forma líquida em tanques criogênicos. Para sua posterior utilização será necessário um evaporador; dois tipos de evaporadores podem ser utilizados: evaporadores
quentes, onde o líquido, ao se vaporizar, permanece sob uma pressão de 150 a 200atm e evaporadores frios, que conservam o oxigênio no estado líquido durante todo o tempo. Utilizam-se paredes duplas com vácuo e isolante em pó. A pressão máxima no interior destes tanques é de 20atm.
Para fazer uma comparação entre a utilização do oxigênio líquido e do gasoso, vale a pena observar os cálculos que podem ser feitos. Por exemplo, para transportar 2500m3 de oxigênio no estado gasoso, cada cilindro de 80Kg em aço transportará 10m3 de gás; portanto, serão necessários 20000kg de cilindros e 3500Kg de gás; para transportar 2500m3 de oxigênio no estado líquido, cada litro de oxigênio líquido, pesando 1,141 kg, fornece 0,85m3 de gás. Os 2500m3 pesam 3320Kg mais 2000Kg do recipiente.
No caso de utilização em cilindros, deve-se sempre lembrar que, apesar de sua construção robusta, o cilindro de oxigênio nada mais é do que um vaso de pressão. Por isso, deve ser manejado cuidadosamente e transportado em carrinhos. Deve-se evitar o uso de guinchos magnéticos, talhas com correntes ou qualquer outro meio que possa fazer com que o manuseio do cilindro não seja feito em condições de segurança.
chama
Sempre que acontece uma reação química entre gases com aparecimento de luz e calor, a zona em que se processa esta reação é denominada chama.
Os fatores que controlam a chama dentro de um mesmo maçarico são o tamanho e a forma longitudinal do orifício. As pressões do acetileno e do oxigênio são as quantidades relativas na mistura destes dois gases que se queimam no bico do maçarico.
chama oxi-acetilênica
Quando há queima completa do acetileno no ar, o oxigênio do ar combina-se com o acetileno, formando o gás carbônico e o vapor de água (2 C7H2 + 5 02 => 4 CO? + 2 H20 + calor). Como se pode verificar, para haver a queima completa de acetileno, são necessários 2,5 volumes de oxigênio para 1 volume de acetileno.
No ar atmosférico há quatro vezes mais nitrogênio do que oxigênio e ainda outros gases em pequenos percentuais. Desde que estes gases não entrem na reação, apenas serão aquecidos por ela, o que causará uma diminuição na temperatura da chama.
Se houvesse oxigênio puro num volume duas vezes e meia vezes maior, como seria o ideal para a chama de soldagem, obter-se-ia uma chama de temperatura mais elevada, porém este tipo de chama é comercialmente inviável. O tipo de chama que se emprega é a que se alimenta com um volume de oxigênio para cada volume de acetileno, deixando os outros 1,5 volumes para serem fornecidos pelo próprio ar atmosférico que envolve a chama.
reações da chama oxi-acetilênica
A chama é produzida por duas reações: a reação primária e a secundária. A reação primária é a de maior temperatura e é representada na chama pelo cone interno. É a reação que se processa com os gases fornecidos pelos cilindros de oxigênio e acetileno. A reação secundária é a representada pela parte externa da chama, também conhecida como envoltório; é a reação do monóxido de carbono resultante da reação primária com o hidrogênio, também resultante da reação primária na presença do oxigênio do ar.
tipos de chama oxi-acetilênica
Os tipos de chama oxi-acetilênica variam em consequência das proporções de oxigênio e acetileno que produzem. Basicamente existem três tipos: neutra, redutora ou carburante e oxidante. As diferentes zonas são definidas pela intensidade e coloração da luz.
chama neutra ou normal
A chama neutra ou normal é a chama de maior utilização para o processo de soldagem oxicombustível. Esta chama é resultante da mistura de acetileno e oxigênio em partes iguais, daí a origem do nome de neutra; apresenta duas zonas bem definidas, que são o cone e o envoltório. A chama neutra é de particular importância para o soldador, não só por seu uso em soldagem e corte, como também por fornecer uma base para regulagem de outros tipos de chamas. Esta chama pode atingir temperaturas da ordem de 3100°C. É recomendada para soldagem de ferros fundidos, aços, alguns bronzes, cobre, latão, níquel, metal monel, enchimentos e revestimentos com bronze.
chama redutora ou carburante
A chama redutora ou carburante é a chama resultante da mistura de acetileno com oxigênio, com um excesso de acetileno. Nesta chama, as três regiões apresentam-se bem distintas: cone, envoltório e o véu. O véu apresenta-se muito brilhante e este brilho é devido a partículas de carbono incandescentes sob alta temperatura.
O comprimento da franja determinará a quantidade de acetileno em excesso na chama.
A chama redutora é utilizada para soldagem de aços-liga ao cromo e ao níquel, alumínio e magnésio. Atinge a temperatura de 3020°C, e pode ser também empregada para depósitos de materiais duros como “stellite”. Esta chama não é recomendada para a soldagem de aços carbono, pois causa juntas porosas e quebradiças.
chama oxidante
A chama oxidante é a chama resultante da mistura de acetileno com oxigênio, com um excesso de oxigênio. Esta chama pode atingir uma temperatura de 3150°C. Apresenta em seu visual duas zonas bem distintas: o cone e o envoltório. Uma outra característica deste tipo de chama é o som sibilante emitido pelo bico.
A chama oxidante é utilizada principalmente para soldagem de materiais que contenham zinco em sua composição química, como por exemplo o latão. Na soldagem deste material, o zinco é oxidado na superfície da poça, onde a camada de óxido resultante vai inibir posteriores reações. Com a chama normal, o zinco se volatiliza continuamente e é oxidado na atmosfera.
Equipamento
O equipamento para soldagem oxicombustível é composto de cilindros de oxigênio e acetileno, maçaricos e acessórios e componentes, como válvulas de redução, limitadores de pressão, válvulas anti-retrocesso, interceptores e canalizações de distribuição.
maçarico
O maçarico é o aparelho onde são misturados os gases responsáveis pelos diversos tipos de chamas necessárias ao processo de soldagem, isto é, a chama neutra, a redutora, e a oxidante e/ou de corte.
O bom resultado de uma soldagem feita pelo processo oxi-acetilênico depende muito do maçarico e de sua regulagem.
A principal característica de um bom maçarico é descarregar uma mistura cuidadosamente dosada dos dois gases, de modo que a quantidade somada de gases resultantes e misturados esteja de acordo com o tipo de chama desejada. Deve também ser leve e de construção balanceada, a fim de não cansar a mão do soldador, quando em trabalho. Ao mesmo tempo, o bico deve ser feito de material adequado para conduzir e dirigir uma chama de alta temperatura durante todo o tempo do trabalho, sem que o equipamento apresente desgaste excessivo.
O maçarico deve ser provido de controles manuais colocados no próprio cabo, ao alcance da mão do operador, para permitir, impedireaomesmotemporegulara passagem dos gases necessários a produção da chama correta.
Quanto ao serviço, os maçaricos podem ser classificados em maçarico de soldagem ou de corte; quanto ao modo de funcionamento, podem ser maçarico de baixa, média ou alta pressão.
maçarico de baixa pressão
O maçarico de baixa pressão é utilizado nos casos em que o oxigênio é fornecido sob pressão elevada e o acetileno sob pressão baixa.
maçarico de média pressão
O maçarico de média pressão é utilizado nos casos em que o oxigênio é fornecido sob pressão elevada e o acetileno sob pressão média. A pressão pode variar de 0,07Kg/cm2 (1 lb/pol2) a 2Kg/cm2 (±30lb/pol2). Seu funcionamento difere um pouco do maçarico tipo injetor. Quando a pressão dos dois gases é a mesma, este maçarico toma o nome de maçarico de pressão balanceada.
maçarico de alta pressão
O maçarico de alta pressão é utilizado nos casos em que tanto o oxigênio como o acetileno são fornecidos sob pressões elevadas, ou seja, acima de 2Kg/cm2 (±30 lb/pol2). Os dois gases, devido à alta pressão com que são supridos, podem ser misturados simplesmente num compartimento chamado câmara de mistura.
válvula
A válvula é composta de: corpo, membrana de borracha, mola de regulagem, mola do obturador, parafuso de regulagem ou canopla, obturador, sede do obturador, conexão de entrada, que é normalizada em função do gás a ser utilizado (no caso de gases neutros ou combustíveis, esta rosca é à direita), conexão de saída, manômetro de alta e baixa pressão ligados às respectivas câmaras (em certos tipos de válvulas não há manômetro de alta pressão) e um dispositivo de segurança que coloca a câmara de baixa pressão em comunicação com o ar livre, quando a pressão na câmara ultrapassar um valor pré- fixado.
A válvula deve ser manipulada com cuidado, devido a sua sensibilidade aos choques. Antes de montar a válvula sobre o cilindro de gás, deve-se abri-la e fechá-la rapidamente, para saída de gás. Este procedimento ajuda a eliminar qualquer impureza que possa estar na rosca e danificá-la.
Entre outros critérios, as válvulas podem ser classificadas de acordo com a sua pressão de saída. A pressão máxima de saída pode ser calculada como sendo 2/3 do máximo indicado no manômetro de baixa pressão. Os limites para classificação são: baixa pressão, até uma centena de gramas na saída; média pressão, até 16Kg/cm2 e alta pressão, acima de 16Kg/cm2.
nunca se deve usar uma válvula de gás combustível para gás comburente ou vice-versa
A válvula de redução é utilizada para diminuir a pressão de um gás até um valor chamado valor de trabalho e que deve permanecer constante; é aceitável apenas uma variação mínima. 0 tipo mais utilizado de válvula de redução possui um obturador colocado na câmara de alta pressão.
A válvula anti-retrocesso é colocada em canalizações para impedir a propagação de ondas explosivas. Esta válvula tem um corpo preenchido por matéria granulada ou filtro de metal sinterizado. A passagem se dá somente em um sentido; quando ocorre retrocesso, ocorre bloqueio da onda de choque.
limitadores de pressão
Os limitadores de pressão são aparelhos que, ultrapassada uma pressão determinada, dão passagem para o gás rumo ao exterior. Têm construção semelhante à de uma válvula de segurança; são constituídos de uma membrana e uma mola. Quando a pressão para a qual a mola está calibrada é ultrapassada, a mola cede e o gás flui para o exterior até que a pressão caia para um valor abaixo do valor crítico. Existe também outro tipo de limitador que é feito de metal ou carbono. Quando a pressão é ultrapassada, os discos rompem-se, dando vazão ao gás.
Os interceptores são dispositivos que permitem a passagem de gás somente em um sentido. São utilizados para impedir a passagem de oxigênio para a linha de acetileno.
canalizações de distribuição
As canalizações de distribuição dos gases dividem- -se em dois tipos: rígidas e flexíveis. Nas canalizações rígidas para acetileno, devem ser utilizadas tubulações de aço preto ou galvanizado; nunca de cobre, pois este, sob certas condições, pode formar com o acetileno um composto explosivo, o acetato de cobre. Já no caso da tubulação do oxigênio, recomenda-se utilizar o cobre em pressões maiores que 10Kg/cm2. Nas pressões inferiores a este valor, também podem ser utilizados os aços preto ou galvanizado.
As emendas das canalizações devem ser brasadas, se forem de latão ou cobre, soldobrasadas se forem de aço galvanizado e soldadas quando de aço carbono. Nestas uniões, deve-se tomar especial cuidado com o excesso de penetração que poderá causar perda de carga.
Na instalação das canalizações, o limite na execução das curvas deve sempre ser respeitado. As curvas devem ter no mínimo cinco vezes o diâmetro da tubulação e, sempre que possível, devem ser instaladas em circuito fechado. A instalação deve ter válvulas de fechamento rápido em pontos-chave do circuito, bem como uma válvula de fechamento normal antes de cada equipamento.
As canalizações deverão ser pintadas com as cores padrão e seu dimensionamento deve ser calculado da maneira adequada, pois uma tubulação subdimensionada pode não atender à demanda a que é solicitada, e uma tubulação superdimensionada pode ter perdas de carga desnecessárias.
As canalizações flexíveis devem ser feitas de borracha reforçada por fios de náilon. Devem estar rigidamente fixadas por abraçadeiras aos maçaricos e válvulas, de modo a evitar vazamentos. Devem ser compatíveis com o gás e não pode haver troca na aplicação.
Métodos de operação na soldagem
Na soldagem oxicombustível, é possível utilizar duas técnicas diferentes quanto ao sentido de avanço do maçarico: solda adiante ou à esquerda e solda atrás ou à direita.
solda adiante
A solda adiante ou à esquerda consiste em colocar a chama seguindo a vareta de solda em relação ao movimento segundo o qual se desenvolve a costura. Se o maçarico é seguro com a mão direita e a vareta com a mão esquerda, desenvolvendo-se o cordão de solda da direita para a esquerda, a vareta precede a chama e fica à esquerda, donde advém o nome de soldagem à esquerda.
Este método é atualmente o mais utilizado, principalmente na soldagem de chapas de aço com uma espessura máxima de 1/4″ (6,35mm), e na soldagem de chapas finas de até 2,5mm de metais não ferrosos. Este método não é recomendado para a soldagem de aços de alta resistência.
O bico do maçarico deve fazer um ângulo que varia de 45 a 50° em relação à chapa e a vareta de solda deve ser segura em um ângulo de 40°. O ângulo formado entre a vareta de solda e o bico do maçarico deverá ser de aproximadamente 90°.
solda atrás
A solda atrás ou à direita consiste em colocar a vareta de solda seguindo a chama, no movimento segundo o qual se desenvolve a costura. Se o maçarico é seguro com a mão direita e a vareta com a mão esquerda, desenvolvendo-se o cordão de solda da esquerda para a direita, a vareta sucede a chama e fica à esquerda.
Este método foi aperfeiçoado durante a segunda guerra mundial a fim de poder competir com a soldagem elétrica de chapas com espessuras superiores a 12,7mm
(1/2″), em vista das deficiências das soldagens à esquerda para chapas desta espessura.
O ângulo entre o bico do maçarico e a chapa a ser soldada será de 40 a 50°; o ângulo entre a vareta e a chapa, de 30 a 40° e finalmente o ângulo entre o bico do maçarico e a vareta de solda, de 100 a 110°.
Em uma obra, quanto mais se aproxima a fase final, com mais freqüência acontece que os conjuntos soldados tenham de ser montados em posições desfavoráveis. Assim, é importante observar algumas considerações sobre outras posições de soldagem que não a plana.
solda na posição vertical
Na posição vertical, as soldas deverão ser feitas sempre que possível de baixo para cima, ou seja, na posição ascendente. Tanto quanto possível, deve-se evitar a posição vertical descendente por ser uma técnica mais complicada, em função do escorrimentodo material líquido. Durante a operação, o ângulo entre o bico do maçarico e a peça a ser soldada deve variar entre 25 e 90°, conforme a espessura da chapa. O ângulo entre a vareta de solda e a chapa deve ser de 30°.
A principal vantagem da soldagem na posição vertical é a de se poder trabalhar sem chanfros, com materiais na faixa de 15mm de espessura. Nesta faixa de espessura, podem ser empregados simultaneamente dois soldadores, um de cada lado da junta. Para evitar pressões desiguais, o fornecimento dos gases deve ser efetuado pela mesma fonte.
solda na posição horizontal
A solda na posição horizontal é a menos utilizada na soldagem oxicombustível. Só é recomendável para espessuras menores que 5mm. O método de operação é todo especial e requer sucessivas mudanças no ângulo de ataque do bico do maçarico, ora para a direita, ora para a esquerda.
solda na posição sobrecabeça
A solda na posição sobrecabeça é a mais difícil, requer maior habilidade do soldador e deve ser evitada sempre que possível. Porém, muitas vezes, e especialmente na construção naval, ela é obrigatória.
A diferença principal entre a solda sobrecabeça e as outras soldas reside no grande ângulo formado entre o maçarico e a peça a ser soldada, pois o maçarico é mantido quase que na posição vertical. O ponto de fusão é inteiramente controlado pela chama do maçarico, que
é posicionado quase em ângulo reto com a chapa, permitindo manter o ponto de fusão em posição correta.
A dificuldade maior desta posição de soldagem é manter um controle sobre a profundidade de penetração, uma vez que é preciso esperar que haja calor suficiente para obter uma boa penetração; no entanto, o material se torna muito fluido e difícil de controlar, com tendência a cair. Utilizando chama e vareta de solda corretas, e, principalmente, muita habilidade por parte do soldador, as dificuldades podem ser superadas.
A primeira etapa na preparação das peças a soldar é a limpeza. As peças, ou pelo menos as partes a serem soldadas, devem estar limpas e livres de qualquer outro material que não seja sua própria superfície. Por outro material entende-se: tinta, verniz, óleo, graxa, gordura em geral ou outro material qualquer que possa contaminar a poça de fusão.
preparação das peças a soldar
Concluída esta etapa, passa-se para o próximo passo da preparação, que consiste em executar um chanfro, dar espaçamento e fixar as peças a serem soldadas. É importante destacar que este segundo passo vai depender muito da espessura da peça a ser soldada. Por exemplo, os chanfros somente são necessários a partir de uma certa espessura.
Nas peças com espessura de 3 a 5mm, deve ser feito um preparo nas bordas a serem soldadas; esse preparo chama-se chanfro, o qual pode ser feito com esmerilhadeira, lima ou rebolo e deve ter por volta de 30°. A profundidade do chanfro não deve atingir mais do que 3/4 da espessura da chapa, pois se a ponta do chanfro for muito fina, esta será queimada com grande facilidade pela chama do maçarico e a solda não ficará perfeita.
Nas chapas com espessura entre 5 e 15mm fazem- -se os chanfros da mesma maneira, porém com ângulos maiores, na ordem de 60° para ter acesso com o maçarico ao fundo da junta.
Em espessuras superiores a 15mm recomenda-se a utilização de chanfro duplo; a solda deve ser feita pelos dois lados. Quando possível, recomenda-se que esta solda seja feita com dois maçaricos de mesma capacidade e trabalhando em conjunto, um de cada lado, principalmente em espessuras acima de 20mm.
pré-aquecimento das chapas
O pré-aquecimento das chapas é outra etapa de preparação; é necessário e algumas vezes indispensável, não só para facilitar o processo de fusão da solda e do material a soldar, mas também para compensar a contração e as possíveis deformações e trincas do cordão. As chapas finas são aquecidas com o próprio maçarico nos lados da junta a soldar. Já as chapas grossas ou peças de grandes dimensões exigem aquecimento localizado ou aquecimento em forno.
As chapas finas com espessura de até 1mm não precisam de material adicional para soldagem. Basta preparar as duas bordas a serem soldadas com uma pequena dobra de modo a parecer um pequeno flange de cerca de 1,5mm em cada uma das chapas. Encostando- se os dois flanges e aproximando-se a chama, dá-se a fusão e a consequente soldagem.
Para chapas com espessura de 1 a 3mm, usa-se outro modo para preparação: aproximam-se as duas chapas a serem unidas, deixando um pequeno espaço com aproximadamente 1/4 da espessura da chapa. Este modo de soldagem pode causar deformações nas chapas muito finas.
ponteamento
O ponteamento é utilizado na soldagem de chapas mais finas, antes de ser feito todo o cordão; as chapas devem ser ponteadas em espaços de 10 a 15mm. Tal procedimento evitará que, ao se deformarem, as chapas se aproximem demasiadamente, prejudicando assim a sequencia do serviço.
Consumíveis
Os consumíveis para a soldagem oxicombustível são os materiais de adição, constituídos de diversos metais, e os fluxos.
material de adição
As propriedades dos materiais de adição devem ser as mais próximas possível das propriedades dos materiais que serão soldados. Há no mercado diversos tipos de metais de adição, com variadas composições químicas para materiais ferrosos e não ferrosos.
O processo de soldagem oxicombustível influencia a composição química do material de adição, uma vez que alguns elementos serão perdidos por evaporação ou queima durante a soldagem. Assim, é de se esperar que a composição química do depósito seja diferente da composição do material de adição.
Os materiais de adição são disponíveis na forma de varetas e encontram-se nas seguintes dimensões: 1,6a 1 Omm de diâmetro (1/16 a 3/8′) e 610 ou 914mm (24 ou 36″) de comprimento. Estes materiais devem ser rigorosamente inspecionados para não haver o risco de apresentarem porosidades, inclusões não metálicas, contaminações em geral, vazios e qualquer outro tipo de defeito.
Em soldagem de manutenção e reparos em geral, não é tão importante que a composição química dos materiais seja a mesma. Nestes casos pode ocorrer que seja utilizado propositadamente um material diferente, com o objetivo de modificar alguma característica da junta para evitar que a falha volte a acontecer. Assim, passa a ser mais importante a correta obediência ao procedimento de soldagem, pois as diferenças causadas pelos diferentes materiais serão compensadas nas demais etapas, como por exemplo no tratamento térmico de pós-aquecimento.
fluxo
O fluxo deve proteger a poça de fusão da atmosfera e de reações com a chama, não dificultar a visão do soldador nem dificultar seu trabalho.
Durante o pré-aquecimento e período de soldagem, o fluxo deve ser usado para limpeza e proteção dos materiais de base e, em alguns casos, do material de adição.
o fluxo serve para limpeza simples; portanto não deve ser usado como substituto da limpeza do material
No caso de materiais muito sujos, é arriscado garantir que o fluxo não vá interferir na poça de fusão, pois estará sendo utilizado de maneira incorreta.
O fluxo pode ser preparado como pó seco, pasta, na forma de uma fina lâmina ou como pó prensado no interior de varetas.
Alguns dos materiais que necessitam de fluxo durante a soldagem são: bronze, ferro fundido, latão e alumínio. Na soldagem do aço carbono não é necessária a utilizaçãode fluxo.
Um dos meios mais eficientes para melhorar e controlar a qualidade das juntas soldadas é remover óxidos e outras impurezas da superfície do metal a ser soldado.
Quando os óxidos não são removidos, a fusão é dificultada, pois eles absorvem parte do calor que deveria ser destinado à soldagem. A presença dos óxidos na superfície também possibilita inclusões na poça de fusão, o que compromete a resistência da junta soldada.
Um bom fluxo deve colaborar na remoção dos óxidos durante a soldagem. A maneira como isto ocorre é simples: o fluxo deve combinar com o óxido e formar uma escória fusível que flutua no topo da poça de fusão e não interfere com a fusão nem com a deposição do material de adição.
Os tipos de chama, de material de adição e de fluxo relação material/soldagem que devem ser empregados em alguns metais podem oxicombustível ser vistos no quadro.
soldagem de ferro fundido
O ferro fundido tem alto teor de carbono, entre 2 e 4%, e pode ser classificado em ferro fundido cinzento e ferro fundido branco. O mais comum é o cinzento, usinável porém frágil. No cinzento, o carbono está presente na forma de lamelas de grafite e no branco, combinado ou dissolvido. Elementos como silício (Si) e manganês (Mn) são adicionados ao ferro fundido para favorecer a grafitização e melhorar a tenacidade.
A alta temperatura de fusão do ferro fundido exige potência da ordem de 10OI/h por milímetro de espessura. Se a peça for maciça, deve-se aquecê-la ao rubro e reduzir a vazão para 75l/h.
é preciso prever grandes quantidades de Si no metal de adição e utilizar uma quantidade moderada de fluxo
É necessário o uso de fluxo, cujo componente ativo é o carbonato de sódio; porém este material oxida o silício e há risco da formação de ferro fundido branco localizado. A soldagem deve ser feita na posição plana devido à grande fluidez do banho.
A principal dificuldade na soldagem é a fragilidade do material. Se a área de soldagem estiver livre, os esforços de contração e dilatação podem acontecer sem danos; do contrário, deve-se recorrer a pré-deformações mecânicas ou térmicas.
