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Soldadura oxiacetilénica

Soldadura oxiacetilénica
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Proceso de soldadura basado en el uso de una llama obtenida por la combinación de dos gases.
Soldadura oxiacetilénica. Proceso de soldadura que utiliza el calor producido por una llama, obtenida por la combustión del gas acetileno con el oxígeno, para fundir bien sea el metal base y el de aportación si se emplea.

Generalidades del proceso

La soldadura oxiacetilénica es un proceso de soldadura por fusión que utiliza el calor producido por una llama, obtenida por la combustión del gas acetileno con el oxígeno, para fundir bien sea el metal base y el de aportación si se emplea.

Para conseguir la combustión es necesario el empleo de dos gases. Uno de ellos tiene la calidad de consumirse durante la combustión. Gases combustibles son el propano, metano, butano y otros, aunque en el proceso del que estamos tratando empleamos el acetileno. El otro es un gas comburente, que es un gas que aviva o acelera la combustión. Uno de los principales comburentes es el aire formado por una mezcla de gases (Nitrógeno 78%, Oxígeno 21% y el restante 1% de gases nobles). El gas comburente que se emplea en este procedimiento de soldadura es el oxígeno puro.

Equipamiento necesario para el proceso

La principal función de los equipos de soldadura oxiacetilénico es suministrar la mezcla de gases combustible y comburente a una velocidad, presión y proporción correcta. El equipo oxiacetilénico está formado por:

  • Las botellas o cilindros de oxígeno y acetileno: entre ambas hay que destacar varias diferencias, pero la más representativa, aparte el tamaño, es el color. La botella de oxígeno tiene el cuerpo negro y la ojiva blanca, mientras que la de acetileno tiene el cuerpo rojo y ojiva marrón. Internamente la botella de oxígeno es hueca de una pieza, mientras que la de acetileno tiene una sustancia esponjosa en su interior, ya que para almacenarlo se disuelve en acetona debido a que si se comprime solo explota.
  • Los manorreductores o reguladores: su propósito o función principal es reducir la presión muy alta de una botella a una presión de trabajo más baja y segura y además de permitir una circulación continua y uniforme del gas.
  • Las mangueras: que son tubos flexibles de goma por cuyo interior circula el gas, siendo por tanto las encargadas de transportarlo desde las botellas hasta el soplete. Los diámetros interiores son generalmente de 4 a 9 mm para el oxígeno y de 6 a 11 mm para el acetileno. La manguera por la que circula el oxígeno es de color azul y de color rojo por la que circula el acetileno.
  • Las válvulas de seguridad o antirretroceso: son las encargadas de prevenir un retroceso de la llama desde el soplete hacia las mangueras o de las mangueras a las botellas. También impiden la entrada de oxígeno o de aire en la manguera y en la botella del acetileno.
  • El soplete o antorcha: cuya misión principal es asegurar la correcta mezcla de los gases, de forma que exista un equilibrio entre la velocidad de salida y la de inflamación.

Producción de los gases usados en el soldadura

Acetileno (C2H2)

Es el más importante de los hidrocarburos gaseosos y como combustible es el elemento más valioso. Es una composición química de carbono e hidrógeno (2 partes de carbono por 2 de hidrógeno).

El acetileno se produce al ocurrir la reacción del agua con carburo de calcio. El carburo de calcio se obtiene de hornos eléctricos mediante la reducción de la cal viva con carbono.

El carburo de calcio y el agua se pone en contacto en recipientes adecuados llamados generadores; generalmente los generadores de acetileno se construyen con accesorios que los hacen funcionar automáticamente para producir acetileno en la misma cantidad que consume el soplete dejando de generar tan pronto se acaba la llama. Esto era utilizado anteriormente ya que hoy en día se pueden adquirir fácilmente los tanques con acetileno para poder utilizarlo directamente al soplete.

Características:

  • El acetileno es un gas incoloro e insípido sin sabor, pero de olor característico memejante al agua miel de la caña.
  • Su potencia calorífica es de 13600 kcal/m3.
  • Dentro de sus varias propiedades posee una gran inestabilidad y bajo la acción del calor o de la presión, puede descomponerse espontáneamente en sus dos elementos, carbono e hidrógeno, produciendo una explosión.

Oxígeno (O2)

Es un gas que se encuentra en la naturaleza mezclado o combinado con otros elementos químicos, y es el principal en toda combustión: La llama oxiacetilénica lo utiliza como gas comburente. En el aire existe mezclado con nitrógeno y con varios gases nobles. El oxígeno es un gas inodoro, incoloro e insípido. Son dos los principales procedimientos en la industria para la obtención del oxígeno:

  • Proceso del aire líquido.
  • Proceso electrolítico.

El proceso del aire líquido se basa en el principio de separación de otros gases que existen mezclados en el aire, sometiéndolos a muy bajas temperaturas para lograr la licuefacción de estos. Ese aire líquido se somete a la acción de secadores y purificadores para después comprimirlos a muy alta presión.

Básicamente lo que se hace es separar él oxigeno del nitrógeno dejando evaporar este último mientras que el oxígeno permanece en estado líquido y se deposita en tanques de almacenamiento para comprimirlos.

El oxígeno por procedimiento electrolítico se produce haciendo pasar una corriente eléctrica continua a través del agua. Se cierra provocando así la disociación de los elementos que la componen.

Presión de trabajo

Para reducir el riesgo de un retroceso de llama es necesario utilizar siempre la presión de trabajo recomendada por el fabricante, según el tipo de boquilla utilizada. La presión de trabajo provoca que salga un determinado volumen de gas, a la velocidad adecuada, para que su combustión ocurra fuera de la boquilla.
Esquema de la antorcha
El volumen de gas proporciona el calor necesario para ejecutar el trabajo que se desea; a mayor espesor de la placa metálica mayor volumen de gas combustible y viceversa, a menor espesor, menor volumen. La temperatura de la llama es constante, ya sea esta muy pequeña o extremadamente grande. Con relación a la velocidad de salida del gas por la boquilla deberá ser igual de combustión del gas combustible utilizado.

Ejemplos de velocidad de combustión:

Tomando la del acetileno, si la presión es excesiva para una determinada boquilla, la velocidad de salida del gas es mayor de 9.9 m/s y la llama se apaga; si es demasiado baja, la velocidad es menor de 9.9 m/s y la llama tiende a meterse en la boquilla lo que la calienta y provoca un retroceso de llama. Si la presión de trabajo es la indicada el gas sale a una velocidad igual a la velocidad de combustión, con lo cual nos encontramos con una operación segura y correcta.

Ajuste de la llama

El ajuste de las llamas para soldar se efectúa de acuerdo al siguiente procedimiento:

  • Ajustar la presión de trabajo correspondiente de acuerdo al calibre de la boquilla que se utilice.
  • Colocarse las gafas en la frente.
  • Abrir la válvula de acetileno en el soplete girándola ½ vuelta
  • Encender el acetileno
  • Ajustar la llama acetilénica hasta que deje de producir humo pero que no se separe de la boquilla
  • Abrir la válvula de oxígeno del soplete hasta obtener la llama carburante, neutra u oxidante que se necesite para trabajar.
  • Durante el trabajo la llama se desajusta constantemente, por lo que es necesario reajustarla moviendo exclusivamente la válvula de oxígeno.

La llama se caracteriza por tener dos zonas bien delimitadas, el cono o dardo, de color blanco deslumbrante y es donde se produce la combustión del oxígeno y acetileno y el penacho que es donde se produce la combustión con el oxígeno del aire de los productos no quemados.

Llama de la soldadura oxiacetilénica

La zona de mayor temperatura es aquella que esta inmediatamente delante del dardo y en el soldeo oxiacetilénico es la que se usa ya que es la de mayor temperatura hasta 3200ºC, no en el caso del brazing.

La llama es fácilmente regulable ya que pueden obtenerse llamas estables con diferentes proporciones de oxígeno y acetileno. En función de la proporción de acetileno y oxígeno se disponen de los siguientes tipos de llama:

  • Llama de acetileno puro: se produce cuando se quema este en el aire. Presenta una llama que va del amarillo al rojo naranja en su parte final y que produce partículas de hollín en el aire. No tiene utilidad en soldadura.
  • Llama reductora: se genera cuando hay un exceso de acetileno. Partiendo de la llama de acetileno puro, al aumentarse el porcentaje de oxígeno se hace visible una zona brillante, dardo, seguida de un penacho acetilénico de color verde pálido, que desaparece al igualarse las proporciones.

Una forma de comparar la proporción de acetileno con respecto al oxígeno, es comparando la longitud del dardo con el penacho acetilénico medido desde la boquilla. Si este es el doble de grande, habrá por tanto el doble de acetileno.

  • Llama neutra: misma proporción de acetileno que de oxígeno. No hay penacho acetilénico.
  • Llama oxidante: hay un exceso de oxígeno que tiende a estrechar la llama a la salida de la boquilla. No debe utilizarse en el soldeo de aceros.

Tanto en este caso como en el anterior el penacho que se forma, produce la combustión del oxígeno con el aire de todos los productos que no se quemaron anteriormente. Las boquillas utilizadas en el equipo oxiacetilénico son fabricadas en una gran variedad de calibres y formas, por lo que se pueden clasificar de diversas maneras:

Por el tipo de gas

  • Para oxi-gas; utilizan oxígeno puro y un gas combustible que puede ser:
  1. Acetileno
  2. Butano
  3. Propano
  4. MAAP (Metil-acetileno-propadieno-propano)
  5. Hidrógeno

Por el tipo de trabajo que realizan:

  • Para soldar
  • Para calentar
  • Para cortar, que a su vez se califican en boquillas:
  1. Para corte recto
  2. Para ranurar
  3. Para corte a ras
  4. Para trabajos especiales
  5. Para quemar pintura
  6. Para calentar por ambos lados
  7. Para soldar blanda o fuerte

Por el tipo de mezclador:

  • Múltiple; un mezclador para distintos calibres.
  • Individual: un mezclador para cada boquilla.

Principios

  • En este proceso el calor necesario es producto por la combustión del gas acetileno mezclado previamente en un aparato llamado soplete.
  • La fuente de calor es independiente del aporte de metal y por lo tanto se puede calentar más o menos el metal y fundir aportando material si es necesario.
  • El calentamiento y la fusión no son simultáneos y las piezas a soldar se calientan en una amplia zona a ambos lados de la soldadura, esto puede producir deformaciones importantes en razón de que el calentamiento es más extendido; se produce un enfriamiento lento lo cual permite corregir las deformaciones y evita la posibilidad de temple.
  • El oxígeno combinado con el acetileno produce una llama muy concentrada, que en su punto más caliente alcanza los 3.100 ºC. Gracias a esta temperatura la llama oxiacetilénica permite fundir a la mayoría de metales y aleaciones.
  • Es una excelente fuente de calor para trabajos de calentamiento localizado.

Usos

La soldadura oxiacetilénica es adecuada para soldar:

Técnicas a utilizar en el proceso

  • La soldadura fuerte de los aceros inoxidables, requiere de una llama ligeramente reductora o casi neutra con el fin de reducir la oxidación en las superficies de los materiales base durante el calentamiento. Para evitar el sobrecalentamiento o inclusive la fusión del metal base, se utilizará la zona exterior de la llama y no las zonas cercanas al cono interno o dardo, manteniendo el soplete en continuo movimiento para evitar puntos calientes.
  • Las piezas que forman la unión deben ser calentadas uniformemente para que alcancen la temperatura de soldeo al mismo tiempo, la antorcha debe estar en continuo movimiento para evitar sobrecalentamiento.
  • Al tratar de soldar dos piezas con diferentes secciones o distintas conductividad, siempre recibirá mayor aporte energético, la de mayor espesor o la de mayor conductividad, simplemente debido a que esta última disipará el calor más rápidamente. En cualquier caso, la mejor manera de comprobar la homogeneidad del calentamiento, radica en observar que los cambios que sufre el fundente se realizan de manera uniforme independientes de las secciones o conductividad de las superficies a soldar.
  • El fundente también actúa como un indicador de temperatura. Cuando el fundente alcanza la temperatura adecuada para realizar el brazing, se muestra claro, transparente y fluye sobre la unión como agua líquida. Es en este momento, cuando se debería aplicar el material de aporte tocando con la varilla en la boca de la unión y continuando con el suministro de calor de manera indirecta.
  • En algunas situaciones sucede que el fundente esta líquido pero el material base no esta listo para fundir la aleación, las temperaturas de fundente y material de aporte no están acordes, necesitando el conjunto mayor calor, en estos casos existe riesgo de que el fundente se sature antes y deje de actuar.
  • Debido a que el material fundido tiende a fluir hacia las zonas más calientes, la superficie exterior estará algo más caliente que la interior, por lo que el material tiene que ser aplicado exactamente en la unión.
  • De lo contrario no fluirá por la unión, tendiendo a formar un recubrimiento en la pieza. Es una buena práctica calentar el lado opuesto del suministro de material de aporte.
  • Por otro lado, si se trata de conseguir la temperatura de brazing fundiendo el metal de aporte directamente bajo la llama, la acción capilar no va a acontecer, en su lugar el material de aporte se acumulará de nuevo en la superficie. El calentamiento continuado en un intento de hacerlo fluir, va originar la alteración de la composición del material de aporte con el riesgo de liberar humos que pueden llegar a ser tóxicos.

Medidas a tomar para la seguridad del operador

  • No se debe engrasar los guantes, cuando se endurezcan, deben ser reemplazados.
  • El operador debe vestir ropas exentas de grasitud. La ropa engrasada expuesta al oxígeno arde rápidamente. Si están rasgadas o deshilachadas facilitan aún más esta posibilidad.
  • Nunca se debe encender el soplete con fósforos. Con la llave de acetileno del soplete abierta el gas que sale de su pico puede formar mezcla explosiva en torno de la mano que tiene el fósforo.
  • Debe encenderse el soplete, abriendo primero el robinete de oxígeno y luego el de acetileno.
  • Tampoco debe reencender el soplete apagado valiéndose del metal caliente, pues no siempre enciende instantáneamente; dando lugar a la acumulación de gas que inflama violentamente.
  • Para encender el soplete lo mejor es utilizar una llama piloto. Esta forma de encendido puede prevenir terribles quemaduras.
  • El área donde se emplee el soplete debe ser bien ventilada para evitar la acumulación de las emanaciones.
  • Mientras se suelde no tener fósforos ni encendedor en los bolsillos.
  • Antes de cortar una pieza de hierro o acero se debe asegurar que no vayan a caer escorias en algún lugar poco accesible donde puedan causar un principio de incendio.
  • El corte de recipientes cerrados lleva provocados muchos accidentes. En la mayoría de los casos pueden ser llenados con agua para desalojar los posibles gases que puedan contener y ventilar el lugar de corte para contrarrestar el calentamiento del aire interior.
  • Durante el funcionamiento de un soplete cortador, una parte del oxígeno con el que se lo alimenta es consumida por oxidación del metal, el excedente retorna a la atmósfera. Un trabajo de oxicorte realizado en un local de dimensiones pequeñas puede enriquecer peligrosamente la atmósfera, lo que podría ocasionar accidentes muy graves por asfixia.
  • Las explosiones prematuras o retrocesos pueden ser causados por recalentamiento del pico, por tocar el trabajo con el pico, por trabajar con presiones incorrectas; por suciedad u obstrucción. La llama se produce en el interior originando un ruido semejante a un silbido. Esta recalentará la boquilla o quemará la manguera.

Cuando esto ocurra, cierre las llaves del soplete empezando por la de acetileno. Si el retroceso destroza las mangueras y origina incendio cierre con cuidado la válvula del cilindro de acetileno primero y la del de oxígeno después.

  • El retroceso no hace más que poner de manifiesto un mal procedimiento o el mal funcionamiento del equipo.
  • Nunca se debe dejar en el suelo el soplete encendido. En pocos segundos se apaga y para reencenderlo se debe prevenir contra una explosión, pues existe el riesgo de formar mezcla explosiva.
  • Los trabajos de soldadura y de corte se hacen a temperaturas que sobrepasen en muchos grados a la de inflamación de los metales. De aquí que es importante tener cerca un extintor portátil para enfriar.
  • Acostumbrar al personal a dar parte de los peligros tan pronto como lo vea. No interesa si estaba antes de venir a trabajar. Es importante poner en conocimiento del superior, deficiencias en el equipo, elementos mal guardados, pasillos bloqueados, etc.
  • Se debe mantener el lugar de trabajo tan limpio como sea posible. De esa forma se puede eliminar muchos riesgos guardando los distintos elementos, incluidos los desperdicios, en recipientes adecuados.

Medios de seguridad a utilizar:

  • Ropa de trabajo.
  • Delantal de cuero de descarne.
  • Guantes, mangas o sacos de cuero de descarne.
  • Polainas de cuero.
  • Botines de seguridad.
  • Máscara o pantalla facial con mirillas volcables, o pantallas de mano para soldadura.
  • Protección respiratoria (barbijo para humos de soldadura).
  • Biombo metálico.
  • Matafuego.

Operaciones que nunca se deben hacer

  • No usar jamás oxígeno en lugar de aire comprimido en las aplicaciones específicas de este gas (sopletes de pintar, alimentación de herramientas neumáticas, etc.) Las consecuencias serán siempre gravísimas.
  • No usar oxígeno o cualquier otro gas comprimido para enfriar su cuerpo o soplar en polvo de su ropa.
  • No usar el contenido de un cilindro sin colocar el correspondiente reductor de presión.
  • No lubricar las válvulas, reductor, manómetros y demás implementos utilizados con oxígeno, ni tampoco manipulearlos con guantes o manos sucias de aceite.
  • No permitir que materiales combustibles sean puestos en contacto con el oxígeno.Este es un gas no inflamable que desarrolla la combustión intensamente. Reacciona con grasas y lubricantes con gran desprendimiento de calor que puede llegar a la auto-inflamación. En otros casos basta una pequeña llama para provocarla.
  • No utilizar un cilindro de gas comprimido sin identificar bien su contenido. De existir cualquier duda sobre su verdadero contenido devuélvalo inmediatamente a su proveedor.
  • No permitir que los gases comprimidos y el acetileno sean empleados, por personas inexpertas. Su uso requiere personal instruido y experimentado.
  • No conectar un regulador sin asegurarse previamente que las roscas son iguales.
  • No forzar conexiones que no sean iguales.
  • No emplear reguladores, mangueras y manómetros destinados al uso de un gas o grupo de gases en particular en cilindros que contengan otros gases.
  • No tartar de pasar gas de un cilindro a otro, por cuanto dicho procedimiento requiere instrucción y conocimiento especializados.
  • No utilizar gases inflamables directamente del cilindro sin reducir previamente la presión con un reductor adecuado.
  • No devolver el cilindro con su válvula abierta. Esta debe ser cerrada cuidadosamente cualquiera sea el gas que contenga. Coloque también la tapa de protección.

Fuentes

  • Monografías.com
  • NAIT CoursePack 1090: Soldadura para aprendices. Primer año. 1997.