Corte de Oxigênio de Metais: 5 Processos

Este artigo lança luz sobre os cinco principais processos de corte de oxigênio de metais. Os processos são: 1. Corte de gás oxi-combustível 2. Corte de pó de metal 3. Corte de fluxo químico 4. Corte de lança de oxigênio 5. Corte de arco de oxigênio.

Processo # 1. Corte de gás oxi-combustível :

Este é o processo de corte térmico usado com mais frequência para chapas de aço de baixo carbono e baixa liga e muitas vezes referido como 'corte por chama' ou 'corte a gás'. Pode ser usado para cortar aço até 2 m de espessura.

O processo de gás oxi-combustível envolve o pré-aquecimento de uma pequena zona, a partir da qual o corte deve ser iniciado, até a temperatura de aquecimento do material. O oxigénio comprimido é então aplicado para colidir com o metal quente, resultando numa taxa de oxidação muito elevada, que é frequentemente acompanhada pela evolução do calor devido à natureza exotérmica da reacção.

O gás combustível utilizado é geralmente acetileno, mas propano, GLP (gás de petróleo liquefeito), gás natural ou metilacetileno propadieno estabilizado (MAPP ou MPS) também podem ser empregues dependendo das considerações de disponibilidade e custo.

A tocha empregada para o corte oxi-acetileno é mostrada na Fig. 19.2. Tem uma câmara de mistura para oxigênio e acetileno como em uma tocha de soldagem. Mas após a mistura, a mistura de gases flui para fora do bico da tocha através de um pequeno orifício colocado em um círculo ao redor do orifício central através do qual um fluxo de oxigênio puro de alta pressão pode fluir pressionando uma alavanca na tocha. O diâmetro destes orifícios varia e aumenta com o aumento da espessura do material a ser cortado.

Quando o material a ser cortado é elevado à sua temperatura * (870 a 950 ° C para aços de baixo carbono, dependendo do teor de carbono) e oxigênio puro de alta pressão reage com ele, as seguintes reações são possíveis no caso de materiais ferrosos.

1. Fe + O → FeO + calor (267 KJ) ……………… (19.1)

2. 2Fe + 1.5O2 → Fe ₂ O ₃ + calor (825 KJ) …………. (19, 2)

3. 3Fe + 2O2 → Fe ₃ O ₄ + calor (1120KJ) ………… (19.3)

Principalmente a terceira reação ocorre com tremenda liberação de calor. A segunda reação ocorre em certa medida apenas no corte de seções mais pesadas. Teoricamente 0, 29 m ³ de O ₂ oxidarão 1 kg de ferro para formar Fe ₃ O ₄ . No entanto, na prática, o consumo de oxigénio é superior a este valor para a espessura da placa inferior a 40 mm e é menor para as espessuras mais elevadas, sendo o menor para o intervalo de espessura de 100 a 125 mm.

A reação exotérmica entre O ₂ e Fe gera calor suficiente para continuar o processo de corte térmico sem o uso de pré-aquecimento usando apenas oxigênio, mas na prática não é possível porque muito calor é usado para queimar sujeira, tinta, escamas, etc. ., e uma quantidade considerável é perdida pela radiação. Além disso, o jato de alta velocidade que incide sobre a superfície causa ação de resfriamento que precisa ser compensada pelo pré-aquecimento.

A reação química entre o ferro e o oxigênio é raramente completa e a análise do material queimado (ou escória) freqüentemente indica que 30% a 40% da escória é material de origem.

O aço e alguns outros metais podem ser cortados por chama de oxi-acetileno se preencherem as seguintes condições:

(1) O ponto de fusão do metal deve ser maior que a temperatura de seu kindling.

(2) O óxido de metal formado por reação com o oxigênio deve ter menor ponto de fusão do que o ponto de fusão do material de origem e deve ser fluido no estado fundido, de modo a soprar facilmente.

(3) Deve ter baixa condutividade térmica, de modo que o material possa ser rapidamente elevado à sua temperatura de aquecimento.

Quando uma peça de trabalho é cortada por um processo de corte térmico, a largura do corte é referida como KERF, que no processo de gás oxi-combustível é uma função do tamanho do orifício de oxigênio na ponta do bico, vazão de oxigênio e gases de pré-aquecimento, velocidade de corte e a natureza do material a ser cortado.

Velocidade de corte e arrasto:

Para cada metal existe uma melhor velocidade de corte. A espessura e a natureza do material a ser cortado determinam o tamanho da ponta. Os melhores resultados são obtidos quando a pressão de corte de oxigênio, a velocidade de corte, o tamanho da ponta e as chamas de pré-aquecimento são controladas de modo a obter um corte estreito e limpo. Cortes feitos incorretamente produzem bordas irregulares e irregulares com a escória aderida na parte inferior das placas. Uma indicação de velocidade de corte adequada é a 'linha de arrasto' causada pelo fluxo de oxigênio de corte sobre o metal fundido próximo, formando os lados do corte.

Por arrastar entende-se a quantidade pela qual o fundo do corte fica atrás do topo. Geralmente é expressa em porcentagem da espessura da peça de trabalho; assim, se uma placa de 10 mm de espessura é cortada e a quantidade de defasagem é de 5 mm, isso equivaleria a 50% (5/10 x 100 = 50%) de arrasto, como indicado na Fig. 19.3.

Os efeitos da velocidade de corte no arrasto, no kerf e na natureza do corte são mostrados na Fig. 19.4. Linhas de arrasto finas e razoavelmente verticais indicam um corte de boa qualidade; isso é geralmente obtido quando a corrente de faísca sob a peça de trabalho tem um ângulo de 15 °. Se, por qualquer motivo, a peça de trabalho permanecer não separada, o corte é chamado de 'corte não solto'.

Velocidade superior à ideal sem aumento correspondente no fluxo de oxigênio resulta em maior arrasto. O arrasto reverso pode ser obtido quando o fluxo de oxigênio de corte é muito alto e a velocidade de corte é muito baixa. Atraso causado por ângulo incorreto não é considerado como arrasto.

A baixa velocidade de corte freqüentemente resulta em irregularidades no kerf com o excesso de metal sendo oxidado, causando um corte mais amplo. As bordas superiores também são arredondadas indevidamente. Geralmente na espessura do material de 50 mm, a largura do corte pode ser mantida dentro de ± 0, 4 mm.

O oxigênio usado para o corte de gás oxi-combustível deve ter uma pureza de pelo menos 99, 5%. A velocidade de corte do jato de oxigênio também é um fator crítico na obtenção de um corte de qualidade desejado, pois a velocidade menor pode não ser adequada para remover a escória, o metal fundido e os produtos gasosos como CO, CO ₂, SO ₂ formado pela reação do oxigênio com carbono e enxofre no aço, enquanto maior velocidade do jato pode causar rugosidade nas bordas cortadas. A chama de pré-aquecimento para o corte oxiacetileno deve ser neutra ou oxidante.

As diretrizes para configurações ideais para cortar aço macio limpo podem ser obtidas seguindo o cronograma apresentado na Tabela 19.1:

O cronograma acima é para cortar com pontas normais; entretanto, as velocidades podem ser aumentadas em 25 a 50% usando pontas de alta velocidade.

Corte da máquina:

O corte manual por chama é amplamente utilizado e fornece cortes totalmente satisfatórios para uma ampla gama de operações de corte. No entanto, o corte de máquinas está encontrando maior uso, pois proporciona maior velocidade, precisão e economia. As máquinas de corte por chama podem ser usadas para corte em linha reta, corte circular, preparação de borda de placa e corte de formas.

Corte em linha reta e em círculo:

A maioria das máquinas disponíveis é feita para trabalhar tanto em linha reta quanto em um caminho circular. Vários círculos de tamanho podem ser cortados pelo ajuste adequado de um acessório de haste de raio.

Preparação da placa:

Placas grossas geralmente exigem chanfro ou cinzelamento para prepará-las para soldagem. Cortes chanfrados podem ser feitos facilmente colocando a tocha no ângulo desejado. No entanto, para a preparação da borda em J ou U, é utilizada uma ponta de cinzeladura que é normalmente concebida para fornecer um grande jacto de oxigénio a baixa velocidade. A tocha para a goivagem é mantida a cerca de 20 ° em relação à horizontal quando o corte é iniciado e depois baixada para cerca de 5 ° à medida que a operação prossegue.

Recolhimento da forma:

O corte de formas envolve o corte do contorno de qualquer forma desejada. Isto pode ser conseguido através de operação manual, mas o acabamento geralmente não é satisfatório, exceto por trabalhos muito difíceis. As máquinas de corte por chama podem fazer o trabalho com excelentes resultados usando traçadores fotoelétricos ou eletrônicos ou até mesmo modelos.

Nos últimos sistemas de unidades NC (controle numérico) e CNC (controle numérico de computador) também estão sendo empregados. Dispositivos de rastreamento fornecem meios de seguir o contorno do desenho para acionar uma roda que, por sua vez, fornece a tração para acionar a máquina de descarte.

As máquinas de corte multi-tochas mais modernas são dirigidas por equipamentos NC, que podem ter controle por computador. Qualquer que seja o tipo de controle de rastreamento, a operação de corte é essencialmente a mesma. Um dos avanços no corte automático por chama é o corte de bordas chanfradas em peças com contorno. Tolerâncias dimensionais alcançadas pela moderna máquina de corte por chama usando o controle do traçador podem ser tão próximas quanto + 0 e -0, 8 mm.

Os traçadores de modelos não são tão fáceis de usar quanto os rastreadores eletrônicos ou fotocélula, mas ainda são muito usados ​​na maioria das lojas de fabricação. Os modelos podem ser feitos de material em tira, ou metal sólido, ou mesmo de madeira, dependendo da cabeça do traçador disponível e da precisão do corte desejado.

Efeitos metalúrgicos do corte por chama:

O corte por chama de aço macio tem muito pouco efeito físico ou metalúrgico no metal adjacente ao corte, mas a dureza das bordas aumenta com o aumento no teor de carbono ou liga. As bordas endurecidas são difíceis de usinar e podem rachar sob carga. Para evitar essa condição, é melhor pré-aquecer o metal. O aço de carbono médio deve ser aquecido a 175-350 ° C, enquanto os aços HSLA (de alta resistência e baixa liga) requerem uma temperatura de pré-aquecimento de 315 a 480 ° C.

Placas pesadas não se deformam no corte da chama, mas placas de 15 mm ou menos de espessura podem ter que ser presas ou a quantidade de cortes feitos a qualquer momento deve ser restrita.

Aplicações:

O corte a gás oxi-combustível é usado extensivamente para cortes de uso geral de formas de aço e ferro fundido. Formas estruturais, tubos, hastes e outros materiais semelhantes podem ser cortados nos comprimentos desejados para construção ou corte em operações de sucata e salvamento. O processo pode ser usado em usinas siderúrgicas ou fundições para o corte de portões, risers, tarugos e fundidos. Pode ser usado para cortes pesados ​​até componentes de 2 m de espessura e para corte de pilha.

Pilha de corte:

Um tempo considerável pode ser economizado cortando um número de partes idênticas, ou chapas e folhas, empilhando-as e cortando-as todas em uma única passagem. As placas devem ser bem apertadas, pois qualquer folga de ar pode causar a perda do corte.

A espessura total da pilha é decidida pela tolerância de corte necessária e pela espessura da peça superior. Com uma tolerância de corte de 0, 8 mm, a altura da pilha deve ser limitada a 50 mm; com uma tolerância de 1, 6 mm, a espessura da pilha pode ser de 100 mm. A altura máxima da pilha para o corte de gás oxi-combustível é geralmente limitada a 150 mm.

Se uma chama de pré-aquecimento alta for usada para uma pilha grossa ou quando o material de corte da pilha tiver menos de 5 mm de espessura, uma “placa de waster” de 6 mm de espessura será usada no topo. Ele não só protege a placa superior, mas também garante uma melhor partida, uma borda mais afiada na peça de produção, e nenhuma flambagem da folha superior.

Ferros fundidos de corte por chama e aços inoxidáveis:

Ferro e aços de baixo carbono podem ser facilmente cortados em chamas, mas o ferro fundido não é facilmente cortado por este processo porque sua temperatura de inflamação está acima do seu ponto de fusão. Também tem um óxido de silicato refratário que produz uma cobertura de escória. O aço inoxidável cromo-níquel também não pode ser cortado pela técnica normal de corte por chama devido ao óxido de cromo refratário formado na superfície. Da mesma forma, metais não ferrosos, como cobre e alumínio, também formam camadas de óxido refratário que proíbem o corte normal da chama; a situação é ainda mais acentuada devido às suas altas condutividades térmicas.

O ferro fundido pode, no entanto, ser cortado desde que possa ser pré-aquecido no grau desejado e a pressão de corte de oxigênio aumentada em 25% para ferro fundido em relação ao necessário para cortar espessura equivalente de seções de aço. O corte de ferro fundido é geralmente obtido usando um movimento oscilante para a tocha de corte, como mostrado na Fig. 19.5; o movimento varia com a espessura do trabalho. A oscilação da tocha ajuda o jato de oxigênio a soprar a escória e o metal fundido no corte.

O kerf é normalmente largo e áspero. Além disso, a chama de pré-aquecimento usada para cortar ferro fundido é do tipo redutor com o vaporizador estendido para o lado mais distante da seção de ferro fundido. O excelente gás combustível ajuda a manter o pré-aquecimento no kerf à medida que ele queima. O ferro fundido também pode ser cortado usando a placa waster como para corte de pilha.

Para cortar aços inoxidáveis ​​e outros aços resistentes ao calor, o movimento da tocha é para a frente, depois ligeiramente para trás, depois para a frente, depois para trás, como mostrado na Fig. 19.6. Esta técnica pode ser usada para cortar aço inoxidável até 200 mm de espessura com uma tocha de corte padrão, desde que toda a espessura da borda inicial seja pré-aquecida até uma cor vermelho brilhante antes que o corte prossiga.

Os aços inoxidáveis ​​e outros aços resistentes à oxidação também podem ser cortados por chama fixando uma chapa de aço de baixa emissão de carbono de espessura apropriada na parte superior do material a ser cortado. O corte é iniciado na chapa de aço carbono e o calor gerado pela sua oxidação fornece calor adicional para sustentar a reação de oxidação para o corte de aço inoxidável. Além disso, o óxido de ferro da placa de lavagem ajuda a lavar os óxidos refratários do aço inoxidável. No entanto, este método de remoção de chama de aço inoxidável resulta em custo adicional na placa de waster, no tempo de preparação, com baixa velocidade de corte e baixa qualidade do corte.

Outro método para cortar aço inoxidável é colocar uma haste de solda de aço ou tira de aço ao longo da linha de corte. O calor desenvolvido pela reação do oxigênio com a barra ou tira de aço é geralmente adequado para fundir uma ranhura na placa de aço inoxidável. O corte de aço inoxidável é, no entanto, mais um processo de fusão do que um processo de oxidação.

Além das técnicas de oscilação e de placa waster, o ferro fundido e o aço inoxidável também podem ser cortados por métodos de corte de pó e corte de fluxo.

Processo # 2. Corte de Metal em Pó:

É um processo de corte de oxigênio no qual pó de metal (ferro ou alumínio) é empregado para facilitar o corte. Este processo é usado para cortar ferro fundido, cromo-níquel, aço inoxidável e alguns aços de alta liga. O princípio de funcionamento do corte de pó é a injeção de pó de metal na corrente de oxigênio bem antes de atingir o metal a ser cortado.

O pó é aquecido por sua passagem através das chamas de pré-aquecimento de oxi-acetileno e quase imediatamente se inflama no fluxo de oxigênio de corte. O pó de um dispensador de pó é levado para o lábio da tocha de corte pelo uso de ar comprimido ou nitrogênio, como mostrado na Fig. 19.7.

O pó inflamado fornece uma temperatura muito mais alta no fluxo e isso ajuda a separar o metal quase da mesma maneira que o corte de aço de baixo carbono. O pré-aquecimento não é essencial para o corte de pó.

As velocidades de corte e as pressões de oxigênio de corte são semelhantes àquelas para o corte de aço leve; no entanto, para material de corte mais espesso que 25 mm, deve-se usar um bocal tamanho único maior. As taxas de fluxo são geralmente mantidas entre 010 e 0-25 kg de pó de ferro por minuto de corte. O corte de pó geralmente deixa uma escala na superfície de corte que pode ser facilmente removida durante o resfriamento.

O descarte de pó de metal foi inicialmente introduzido para o corte de aço inoxidável, mas tem sido utilizado com sucesso no corte de aços-liga, ferro fundido, bronze, níquel, alumínio, vazamento em aço, certos refratários e concreto. O mesmo processo básico também pode ser usado para a goivagem e o entalhe para condicionar tarugos, blocos e placas em siderúrgicas.

O corte a pó também é útil para o corte em pilha, em que o pré-aquecimento a partir de um abate normal de chama não é suficiente na (s) placa (s) inferior (es) devido à grande profundidade ou separação entre as placas. Por meio do pó de metal e a sua reação no oxigênio o corte termina-se até entre separações. No entanto, o corte de pó gera um pouco de fumaça que precisa ser removido para proteger a saúde do operador e evitar interferência com outras operações na área.

Processo # 3. Corte de Fluxo Químico:

No processo de corte de oxigênio, um fluxo químico é injetado na corrente de oxigênio à medida que o pó de metal é injetado no corte de pó. O fluxo combina com os óxidos refratários e os torna um composto solúvel. Os fluxos químicos podem ser sais de sódio, tais como carbonato de sódio.

A Fig. 19.8 mostra uma das configurações usadas para corte de fluxo. Neste método, o oxigênio suga o fluxo de uma tremonha a uma taxa de 0 a 0 a 30 kg por minuto e flui através do jato de oxigênio de corte.

O procedimento para o corte de fluxo envolve o aquecimento do ponto de início do corte para o calor branco, a válvula de corte de oxigênio é então aberta meia volta e o fluxo na corrente de oxigênio é conduzido para a tocha. Quando o metal fundido atinge a borda inferior do trabalho, a tocha é movida ao longo da linha do corte e a válvula de oxigênio de corte é totalmente aberta. Para interromper a operação, a primeira válvula de fornecimento de fluxo é fechada e, em seguida, as outras válvulas da tocha são desligadas.

É aconselhável posicionar a fonte de fluxo a 10 m da área de corte. Também deve ser assegurado que as mangueiras através das quais a mistura de fluxo-oxigênio é passada não têm curvas acentuadas, caso contrário, pode levar ao entupimento.

Este processo pode ser usado para cortar ferro fundido, aço cromo, aço cromo-níquel, cobre, latão e bronze. No entanto, não é recomendado para o corte de aços de alto teor de níquel, por exemplo, aço 15 Cr 35Ni. O corte de fluxo químico, no entanto, está lentamente perdendo sua importância industrial devido ao desenvolvimento de métodos mais eficientes, como o corte a plasma.

Processo # 4. Corte de Lança de Oxigênio:

A lancetagem de oxigênio é um processo de corte de oxigênio usado para cortar metais com oxigênio fornecido por meio de um tubo consumível. A lança de oxigênio é feita de um tubo de ferro preto de pequeno diâmetro (3-13 mm). O tubo da lança é conectado com conexões e espigas e um interruptor da válvula de oxigênio de acionamento rápido, como mostrado na Fig. 19.9A. O oxigênio é alimentado através de uma mangueira para o tubo com pressão regulada de 550 a 620 kPa. O cano da lança é queimado no processo de corte.

A principal diferença entre o corte por lança de oxigênio e o maçarico de corte por chama comum é que no primeiro não há chama de pré-aquecimento para manter o material na temperatura de queima. O principal uso da lança de oxigênio é para o corte de metal quente, particularmente nas usinas de aço de lingotamento contínuo.

O aço sendo suficientemente quente, portanto, o fluxo de oxigênio causa rápida oxidação e ocorre o corte. Para outras aplicações, como para cortes profundos ou pesados, a tocha padrão é usada para causar o pré-aquecimento, seguido pela lança de oxigênio para o corte. O final da lança de oxigênio fica quente e derrete para fornecer ferro para a reação manter a alta temperatura para o corte.

Outros métodos usados ​​para obter o calor necessário para iniciar o corte incluem a colocação de uma peça de aço incandescente no ponto de partida ou o aquecimento da extremidade da lança até que ela fique quente; quando é colocado em contato com o metal a ser cortado e o oxigênio é ligado, a extremidade do tubo queima brilhantemente, fornecendo calor suficiente para iniciar o corte.

Um escudo de proteção contra respingos é frequentemente necessário para proteger o operador da escória respingada. Isso pode ser feito convenientemente usando um balde na posição invertida com um orifício de 13 mm no seu fundo, através do qual a lança de oxigênio passa para o ponto desejado, como mostrado na Fig. 19.9B.

A lança de oxigênio é uma excelente ferramenta para perfuração de furos em aço, por exemplo, um furo de 65 mm de diâmetro pode ser cortado em um aço de 300 mm de espessura em questão de dois minutos. Este processo também é usado para rosquear fornos de forno de explosão e aberto. O aparelho usual permite que o material até cerca de 2 m de espessura seja cortado.

Às vezes, o corte de pó também é feito com equipamento de corte por lança. Pós de ferro e alumínio são misturados com oxigênio no cabo da lança e queimam no final do tubo. Lança de corte de pó pode ser usada com sucesso para o corte de tarugos de alumínio, bronze, aço e ferro fundido com inclusões, tijolos refratários e concreto.

Alguns tubos proprietários de lança de oxigênio também estão disponíveis. Tais tubos são equipados com peças de arame de alumínio e aço ou magnésio e aço. O alumínio e o magnésio oxidam prontamente e aumentam a temperatura da reação. O aço do tubo e os fios de aço tendem a retardar a reação, enquanto os fios de alumínio e magnésio tendem a acelerar a reação. Este tipo de lança pode queimar ao ar, debaixo d'água ou em materiais não combustíveis. A tremenda quantidade de calor produzida pode cortar quase tudo, incluindo concreto, tijolos e outros não-metais.

Processo # 5. Corte de Arco de Oxigênio:

Neste processo, o calor necessário para o pré-aquecimento ou fusão do material é fornecido por um arco entre um eletrodo tubular consumível e o metal base. O eletrodo usado tem uma cobertura de fluxo e é conectado a uma unidade de fonte de alimentação DC ou AC, embora CC com eletrodo negativo seja geralmente preferido, pois ele tende a fornecer velocidades de corte mais rápidas.

O processo requer um suporte de eletrodo de combinação especializado e tocha de oxigênio como mostrado na Fig. 19.10. O oxigênio é fornecido ao orifício no eletrodo a uma pressão de cerca de 5 bars (500 kPa). Os tamanhos de eletrodos populares utilizados são diâmetros de 5 mm e 7 mm com diâmetro do furo central de 1-6 mm e 2-5 mm, respectivamente, e comprimento de 450 mm. A corrente elétrica varia entre 150 A e 250A, e uma pressão de oxigênio de 20 KPa a 500 KPa pode ser usada.

Uma vez que o corte é iniciado, o eletrodo é movido ao longo da placa com a borda externa da cobertura de fluxo em contato com a superfície, fazendo um ângulo de 80 ° a 85 ° com ela. A extremidade do eletrodo queima sob a forma de um cone, mantendo assim o comprimento do arco constante. A cobertura de fluxo auxilia no corte de aços contendo elementos de liga que podem retardar ou interromper a reação exotérmica entre ferro e oxigênio.

Em uma variante do processo, o eletrodo de soldagem comum é usado para cortar com oxigênio fornecido ao kerf com o auxílio de um acessório de corte semelhante a uma tocha de soldagem a gás, mas com apenas suprimento de oxigênio através dela.

O corte por arco de oxigênio pode ser usado para cortar aço inoxidável com alto teor de cromo-níquel, aços de alta liga, alumínio, cobre, latões, bronzes, moncl, inconel, níquel e ferro fundido. A qualidade de corte é inferior àquela alcançada no corte de gás oxi-combustível de aço-carbono. Materiais com espessura de 5 mm a 100 mm podem ser cortados com este processo; a velocidade de corte depende da espessura do material. A Tabela 19.2 fornece os dados para o corte com arco de oxigênio de aço doce.

Para cortar metais resistentes à oxidação, o arco fornece o calor para a fusão e o jato de oxigênio é usado para soprar o metal fundido para fora do kerf; isso leva a considerável redução na velocidade de corte. Por exemplo, a velocidade de corte de aço inoxidável de 25 mm ou placa de metal Monel seria de cerca de 4 m / h, enquanto para bronze de mesma espessura seria de 5 m / h, comparada com 30 m / h para aço de baixo carbono.

Este processo pode ser utilizado com sucesso para cortar debaixo d'água.