Oxicorte Corte Porplasma Corte Por Aire Fundamentos

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Procesos de Corte yPreparación de Bordes

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Módulo Procesos de soldeo y su equipo 3

Aunque realmente no son procesos de soldeo, es debastante interés el estudiar el oxicorte, el corte porplasma y el arco-aire (procesos de corte y preparaciónde bordes) dentro del conjunto de los procesos de soldeo.

Entre las razones que justifican este estudio podemos citar:

• Utilizan los mismos principios y aplican los mismosequipos que algunos procesos de soldeo.

• Sus principales aplicaciones: preparación de bordes,levantamiento de cordones de soldadura, saneado dela raiz de un cordón, etc. solo tienen sentido en rela-ción con operaciones de soldadura.

En esta unidad didáctica vas a estudiar:

• El oxicorte: Principio de funcionamiento y equipo más utilizado.

• El corte por plasma:

1. Equipo empleado en el proceso.

2. Tipos de corte por plasma.

• El proceso arco-aire:

1. Equipo empleado.

2. Aplicaciones del proceso.

Procesos de corte y preparación de bordesUnidad Didáctica

4 Unidad Didáctica Procesos de corte y preparación de bordes

Curso General de la Tecnología del Soldeo - EWF

Al final de esta unidad didáctica deberás ser capaz de:

• Señalar el principio y el equipo empleado en el corte por plasma yen el oxicorte.

• Diferenciar el proceso dual flow.

• Explicar el principio de operación del proceso arco-aire.

• Enumerar las aplicaciones del proceso arco-aire.

• Principales aplicaciones y limitaciones de los diferentes procesos.

Como se ha comentado en la introducción, el oxicorte, el corte porplasma y el proceso arco-aire, no son propiamente hablando proce-sos de soldeo, aunque en si, tienen muchas similitudes con los pro-cesos de soldeo ya estudiados.

Te resultará de bastante interés hacer una comparación mental (si yate has aprendido los procesos vistos hasta ahora) entre los nuevosprocesos que vas a estudiar en esta unidad y los vistos en las unida-des anteriores.

Tus objetivos

Consejos de estudio

Oxicorte

El término oxicorte indica la operación de seccionamiento o cortedel acero por la acción de un soplete alimentado por un gas com-bustible y el oxígeno.

Aunque a primera vista puede parecer una operación de fusión loca-lizada mediante la cual se va eliminando metal previamente fundido,se trata de un proceso mucho más sutil, cuyo fundamento pasamosa explicar.

Para empezar, hay que señalar que el oxicorte solo es aplicable alhierro o a los productos muy ricos en hierro, como los aceros ordina-rios y los de baja aleación.

Un hilo de hierro llevado a una temperatura de unos 1000ºC ypuesto en presencia de oxígeno puro, arde rápidamente, conti-nuando el proceso aunque se retire la fuente de calor inicial.

En este fenómeno, que entre los metales industriales solo se da en elhierro, es preciso destacar lo siguiente:

• El proceso de combustión se inicia con el metal en estado sólido, atemperaturas bastante inferiores a la de fusión.

• El calor generado por la combustión es suficiente para que ésta sepropague al resto del hilo de hierro.

• Los productos resultantes de la combustión, óxidos de hierro, tie-nen una temperatura de fusión inferior a la del propio hierro, porlo que se va fundiendo y eliminando con el calor desarrollado en elproceso.

• Todo el proceso de combustión del hierro y eliminación de los óxi-dos en estado líquido, se produce sin que en ningún momento sealcance la temperatura de fusión del hierro.


El oxicorte, que se apoya en este fenómeno, se desarrolla en lassiguientes etapas:

1º Calentamiento localizado, mediante la llama del soplete, hastaalcanzar la temperatura de ignición del hierro (unos 1150ºC).

2º Aplicación del chorro de oxígeno, que provoca la combustión deesta zona y la consiguiente conversión en óxidos de hierro.

El calor de la combustión es suficiente para que se produzca lafusión de los óxidos formados.

3º Eliminación de los óxidos líquidos (escorias) por la acción mecá-nica del chorro de oxígeno.

Podemos definir así el oxicorte como un proceso de seccionamientode aceros, por combustión localizada y continua, mediante la acciónde un chorro de oxígeno.

Para que un material sea oxicortable debe satisfacer los siguientesrequisitos:

1. La temperatura de ignición debe ser inferior a la de fusión, pues,de lo contrario, el metal se fundiría antes de iniciar el proceso deoxicorte.

2. La temperatura de fusión de los óxidos formados ha de ser infe-rior a la del metal de partida. El hierro es uno de los pocos meta-les en los que esto sucede. Por ejemplo, la temperatura de fusióndel óxido de aluminio supera en más de 1000ºC a la del aluminiopuro.

3. El calor generado en la combustión debe ser suficiente para quese propague el proceso.

4. La combustión no debe generar grandes cantidades de productosgaseosos, pues estos impedirían el contacto oxígeno-metal, lo queinterrumpiría el proceso.




¿Actividad 1Explica la razón por la cual el aluminio no se puede cortar por oxicorte.

¿Actividad 2Enumera los requisitos que debe satisfacer un metal para que sea oxi-cortable.

Como todos conocemos, el hierro (Fe) puro no se emplea comomaterial para la construcción, sino que está aleado con otros ele-mentos, tales como C, Mn, Cr, Ni, etc. Como es lógico, estos ele-mentos pueden formar compuestos con el Fe puro que tengan dis-tinto punto de fusión que éste.

Veamos que influencia tiene estos elementos en la aptitud para eloxicorte:

• Carbono: En aceros con contenido de carbono de 0,3% sin difi-cultades. En aceros con contenido de carbono de 0,3 y hasta 2%,precisan precalentamiento.

Contenidos en Carbono más altos dan lugar a la formación de pro-ductos gaseosos que dificultan el proceso.

• Manganeso: El manganeso no tiene ninguna influencia ya que enestado puro se corta más fácil que el acero común.

• Silicio: En las proporciones que se encuentra en los aceros noreduce la aptitud de corte, aunque puede influir sobre la veloci-dad. Para contenidos elevados disminuye la velocidad de corte.

• Cromo: Hasta un 5% de cromo, no afecta excesivamente al aceroy se puede realizar el oxicorte sin dificultades, pero unos conteni-dos mayores lo dificultan grandemente. Así, los aceros inoxidables,obtenidos en Cromo superiores al 12%, no son oxicortables porlos procedimientos normales.

• Níquel: Se puede cortar acero que tenga hasta un 3%.

• Molibdeno: Aquí podemos repetir lo dicho para el cromo.

• Cobre: Hasta un 2% de contenido en cobre no tiene influencia enel corte. El cobre puro no se puede cortar con oxicorte.

• Aluminio: Hasta un 10% de aluminio no tiene influencia apenasen el oxicorte. Pero hay que recordar que el aluminio no se puedeoxicortar.

• Vanadio: En pequeñas cantidades, facilita el oxicorte.



El contenido de impurezas en el O2 tiene gran incidencia en lavelocidad de corte que puede alcanzarse. Cuanto mayor es el con-tenido de impurezas, menor es la velocidad de corte y mayor, portanto, el retardo. (Figura1)

El O2 industrial tiene un contenido mínimo de oxígeno del 99,5%.Estos significa que el O2 de oxicorte que sale de la boquilla tiene esapureza.


¿Actividad 3Explica la influencia que tienen los siguientes elementos en la aptitud parael oxicorte del acero.

• Carbono.• Cromo.• Cobre.• Vanadio.

1. Influencia de la pureza deloxígeno en el oxicorte

Fig. 1

Cuando el oxígeno de corte sale de la boquilla, entra inmediata-mente en un ambiente en el que hay otros gases. Aunque el chorrodel soplete tiene una gran velocidad, es contaminado por los gasescircundantes, al menos en la capa exterior.

Al aumentar el grado de conminación del oxígeno, aumentan lasdificultades disminuyendo la velocidad de avance. De ahí la impor-tancia de que no se formen gases contaminantes durante el propioproceso.



SENTIDO DEAVANCE

BOQUILLA

CHORRO DE OXIGENO

RETARDOMATERIAL SIN CORTAR

PIEZA A OXICORTAR

ESTRIASDEL CORTE

Para iniciar el proceso de oxicorte, hay que calentar el acero hasta latemperatura de ignición, que es de 1 150 ºC.

Cuando el proceso de corte ya se ha iniciado, se genera una grancantidad de calor por la combustión del hierro principalmente en elfondo del corte.

Debido a que el acero tiene una conductividad térmica relativamentebaja y al efecto radiante de la superficie, a la cara de arriba de laplancha no le llega el suficiente calor para alcanzar la temperaturade ignición.

Por ello, al empezar a cortar y durante todo el proceso hay queaportar calor a la parte superior de la plancha. Esta es una de lasmisiones de la llama de calentamiento.

Otras son:

• Quemar la pintura y la cascarilla de laminación.

• Concentrar el chorro del oxígeno de corte, que al tener concéntricadicha llama, hace que el mismo esté perfectamente centrado yuniforme.


2. Función de la llama de en eloxicorte

Los elementos de que consta el equipo de oxicorte son:

• Fuente de oxígeno.

• Fuente de gas combustible.

• Reguladores:

1. Válvulas.

2. Mangueras de canalización de los gases.

• El soplete.

Este equipo se puede ver en la figura 2.

Fig. 2: Equipo de oxicorte

Normalmente, el Oxígeno se suministra en botellas (cilindros) o enpaquetes de varios cilindros. En algunos casos, en talleres con consu-mos muy altos, tambien puede suministrarse en estado líquido. Encuanto al combustible, que a diferencia de la soldadura, puede seracetileno, propano o incluso gas natural, se suministra en botellas oa través de canalizaciones.



REGULADORES DE PRESION

MANGUERAS

SOPLETE

BOQUILLA

VALVULAS DECONTROL DE

GASES

BOTELLA DE GAS COMBUSTIBLE

BOTELLA DE OXIGENO

3. Equipo

• Reguladores

Debido a que los gases que están almacenados en los cilindros, loestán a una elevada presión (O2 a 150 Kg/cm2 y C2H2 a 10 Kg/cm2) yestando comprendida la presión de utilización para el O2 entre 1 y10 Kg y para el C2H2 entre 0,1 y 1,5 Kg, tenemos que intercalarentre los cilindros y las mangueras de alimentación de los sopletes, yconectados a los grifos de las botellas, unos aparatos llamados regu-ladores, cuya misión es la de reducir la presión de las botellas a lapresión de trabajo. También se les suele llamar manorreductores.

Dichos reguladores son normalmente de latón y llevan 2 manóme-tros (elementos que miden la presión):

• Uno que indica la presión del gas del cilindro.

• El otro la presión de salida después de realizada la reducción depresión.

Del regulador al soplete, el gas circula por las mangueras que, nor-malmente son de color azul las de O2, rojas las de C2H2 (acetileno) ynaranjas las de C3H8 (propano).

Para evitar el retroceso de la llama, que en algún caso podría propa-garse a lo largo de las mangueras y llegar a las botellas, con el consi-guiente peligro, entre el soplete y las fuentes de alimentación de gasse disponen unas válvulas antirretorno, que solo permiten la circula-ción en el sentido normal (de la fuente al soplete), cerrándose antecualquier intento de circulación en sentido contrario.

Con estas válvulas tambien se evitan los retrocesos de oxígeno (Oxí-geno por la canalización de combustible).


• El soplete

Es parecido al soplete de soldar, pero con un conducto adicional yuna boquilla especial que permitan obtener, además de la llama decalentamiento, el chorro de oxígeno de corte.

Los sopletes universales utilizados en soldadura sirven para cortar sinmás que acoplarles una lanza de corte.

Fig.3: Sección de un soplete de oxicorte



¿Actividad 4Completa el siguiente cuadro, indicando los colores de las mangueras utili-zadas en las instalaciones de oxicorte.

MEZCLA OXIGENO/COMBUSTIBLEPARA LLAMA DE CALENTAMIENTO

OXIGENO DECORTE

INSTALACIÓN

Propano

Acetileno

COLOR DE LAS MANGUERAS

Los hay de varios tipos según el caudal, y en función del espesor acortar y del tipo de trabajo a realizar. También se diferencian por laforma en que mezclan el O2 y el C2H2: unos lo hacen en una cámaradispuesta en el soplete por medio de un inyector y otros lo hacen enla boquilla de corte, lo que los hace menos peligrosos al retroceso dela llama.

Si observamos una boquilla de corte (figura 3) vemos que tiene unorificio central para el O2 de corte y otros que lo rodean concéntrica-mente por donde sale la llama de calentamiento.

El incremento en la velocidad de corte puede ser atribuido parcial-mente a un incremento en la pureza de oxígeno y al desarrollo delas boquillas de corte, especialmente en lo concerniente al diseñode su canal de oxígeno de corte.

En 1 965, una compañía japonesa resucitó la vieja idea concernientea las boquillas de alta velocidad de corte, protegiendo el chorro deoxígeno de corte por una cortina concéntrica de oxígeno puro,para evitar la contaminación de aquel por los subproductos de lacombustión de la llama de calentamiento y del nitrógeno de laatmósfera.


¿Actividad 5La misión de los manorreductores es:

a. La de reducir la presión de las botellas a la presión de trabajo.b. Simplemente medir la presión de las botellas.c. Aumentar la presión de las botellas a la presión de trabajo.d. Mantener la presión de las botellas para mantenerla constante.

4. Boquillas de cortina

Desarrollando esta nueva boquilla, se obtuvieron considerables incre-mentos en la velocidad de corte, pero algunas desventajas:

• Tendencia a sobrecalentarse las boquillas en el calentamiento y laperforación.

• Dificultades para el corte con bisel.

• Sangría mucho más ancha.

• Gran sensibilidad a la variación de la distancia de la boquilla a lachapa.

• Gran consumo de oxígeno.

Hoy, la mayoría de estas desventajas han sido eliminadas o reducidasconsiderablemente. Pero quizás la condición más importante para elfuncionamiento de una boquilla de cortina es que esté fijada a unsoplete adecuado.

La cortina de oxígeno en una boquilla de cortina tiene dos misiones:

• Proteger el dardo de oxígeno de corte de la contaminación de lacombustión de la llama de calentamiento, ya mencionada.

• Mejorar la calidad de corte. La cortina de oxígeno también tieneuna cierta capacidad de corte lo que da en los bordes del corteuna superficie más fina y más pulida, aún a unas velocidades muyelevadas de corte.



El oxicorte permite realizar cortes rectos, o siguiendo cualquier tra-yectoria; con bordes rectos o en bisel; en espesores muy variados;con una buena calidad superficial; a velocidades relativamente eleva-das y con un costo relativamente bajo. Es, por consiguiente, un pro-cedimiento con gran arraigo industrial.

No obstante, como vimos en el apartado primero, solo es aplicable ametales que reunan ciertos requisitos, y quí estriba la principal limita-ción del proceso: Aunque existen variantes, como el oxicorte conpolvo, que permiten ampliar el campo de aplicación, solo es aplica-ble, en buenas condiciones, a los aceros ordinarios y a los aceros debaja aleación.

Aunque esta limitación parece importante, hay que tener en cuentaque estos aceros constituyen la base de la fabricación metálica sol-dada.

Entre las limitaciones más importantes de este proceso podemosdestacar las siguientes:

• No es aplicable a los aceros inoxidables

• No permite cortar productos no férricos, como el aluminio y susaleaciones, cobre y aleaciones, etc.

• En los espesores muy finos, incluso de aceros ordinarios, noresuelve con facilidad.


5. Posibilidades y limitacionesdel oxicorte

Corte con plasma

El plasma es un conductor eléctrico en estado gaseoso, o tam-bién una mezcla ionizada eléctricamente neutra. A este estadopuede llegarse calentando un gas hasta temperaturas muy altas.

En el corte y soldeo por arco, se trata de convertir la energía eléctricaen energía térmica; para ello, se hace saltar un arco eléctrico en elseno de un gas, entre un electrodo y la pieza a cortar o soldar. Si elplasma obtenido se estrangula haciéndolo pasar por una tobera depequeño diámetro, se obtienen temperaturas del orden de 20 000 ºCen el centro del chorro del plasma.

En estado normal, un gas está formado por átomos y moléculas neu-tras, es decir, el gas es aislante eléctricamente.

A temperatura ambiente, los átomos están animados de movimien-tos rápidos y desordenados, entrando en colisión algunas veces. Si seaumenta la temperatura, estos movimientos se harán más rápidos,creciendo el número de choques y haciéndolos cada vez más violen-tamente.

En estas condiciones, es posible ionizar el gas, es decir, separar loselectrones portadores de cargas negativas. Así, el átomo se con-vierte en un ión cargado positivamente.

A medida que va aumentando la temperatura, el número de iones yelectrones libres aumenta rápidamente y las cargas positivas y nega-tivas se equilibran.

Cuando la temperatura alcanza varios millares de grados, no hayprácticamente moléculas, ni átomos neutros. Estamos en presenciade un cuerpo gaseoso ionizado y por lo tanto, conductor de laelectricidad.

La aplicación de un potencial eléctrico al gas, permite hacer pasaruna corriente entre ánodo y cátodo y así, establecer un arco eléc-trico. El medio en el que se produce este arco es el plasma. Sinembargo, en la industria el nombre de plasma se aplica al estado dealta energía que se produce cuando el arco es mecánicamenteestrangulado, mediante un diafragma, tobera o boquilla.



En el arco de plasma podemos destacar:

• La gran concentración de energía en una zona muy localizada, locual permite alcanzar muy altas temperaturas.

• La corriente de plasma sale de la boquilla a gran velocidad.

Como consecuencia nos encontramos ante una "herramienta" queposee una gran capacidad para fundir materiales de forma localizaday profunda.

Esta cualidad, ya utilizada en la soldadura con plasma, tambienpuede aprovecharse para cortar.

El corte con plasma, por tanto, es un proceso de seccionamiento demetales, por fusión localizada y continua, mediante la aplicación deun arco estrangulado (arco de plasma).

A diferencia del oxicorte, se trata de un proceso de corte por fusión.Por consiguiente, su campo de aplicación se extiende a todos losmetales y aleaciones industriales. (Aceros de todo tipo, incluso inoxi-dables; aleaciones ligeras; aleaciones de cobre, etc.)


¿Actividad 6¿Cuál es la principal diferencia entre el oxicorte y el corte con plasma?

Los elementos necesarios para formar un equipo de corte conplasma, son los siguientes:

• Fuente de energía: Normalmente es un transformador-rectificadortrifásico. Debe tener una tensión en vacío elevada, alrededor delos 100 a 400 V.

• Distribuidor de gas: Está alimentado por botellas de gas compri-mido, permitiendo mezclas de gases de distinta naturaleza y pro-porción.

• Generador de alta frecuencia: Se utiliza para ionizar parcialmenteel gas y facilitar así el cebado del arco.

• Portaelectrodo: La misión del portaelectrodo es producir un plasmade forma continua y expulsarlo hacia la pieza a cortar. En esenciael portaelectrodo está formado por:

1. Una cámara provista en su extremidad de una pieza con untaladro central que tiene como misión contraer el chorro delplasma, aumentando así su temperatura y velocidad.

2. Un electrodo de tungsteno, hafnio o zirconio, en funcióndel gas a utilizar:

La figura 4 muestra el esquema básico del circuito de corte.

Fig. 4: Corte por plasma



1. Equipos de corte con plasma

GENERADORDE ALTA

FRECUENCIA

+

-

FUENTE DE ALIMENTACION

RESISTENCIA

ARCO

BOQUILLA

PIEZA

ELECTRODO

El proceso opera con corriente continua, polaridad directa (electrodoal negativo) con arco transferido. (Arco entre electrodo y pieza)

Normalmente, para el establecimiento del arco se aplica el siguienteproceso:

• Inicialmente se hace circular un pequeño caudal de gas, preferible-mente Argón, a través de la boquilla.

A continuación se hace saltar un arco eléctrico entre el electrodo y laparte interior de la boquilla (arco no transferido) mediante alta fre-cuencia; este arco piloto consigue una ionización parcial del gas y lohace conductor.

Por último se alimenta positivamente la pieza a cortar con lo que setransfiere el arco piloto a la pieza y se hace llegar a la boquilla el gaso mezcla de gases de corte. Automáticamente se corta la alimenta-ción positiva de la boquilla, con lo cual cesa el arco piloto entre laboquilla y el electrodo.

En el arco así establecido, se forma el chorro de plasma, en cuyaparte central se alcanzan temperaturas de diez mil a veinte mil gra-dos centígrados. El gas plasmágeno en la boquilla, adquiere unavelocidad muy elevada (500 a 1 500 m/s) debido a su rápida dilata-ción por las altas temperaturas.


A diferencia de la soldadura con plasma, en la que el gas plasmá-geno suele ser Argón, o mezclas Argón Hidrógeno, en el corte conplasma pueden utilizarse una gran variedad de gases o mezclas:Argón, Hidrógeno, Nitrógeno, Aire.

La elección de uno u otro está muy condicionada por la variante delproceso que se aplique y por la naturaleza del material a cortar.



¿Actividad 7Los principales gases que se utilizan como gases plasmágenos son:

a. Argón.b. Propano.c. Hidrógeno.d. Nitrógeno.e. Acetileno.f. Aire.

A continuación estableceremos un cuadro resumen de los distintostipos de corte con plasma, atendiendo a las siguientes características:

• Gas de corte utilizado.

• Tipo de portaelectrodos.

• Corte en mesas de agua.

En la siguiente tabla podemos ver algunos ejemplos de los distintostipos de corte con plasma que existen en función de las característi-cas anteriormente mencionadas.

Uno de los tipos de corte con plasma más conocidos de los vistos enla tabla anterior es el corte con gas secundario o dual flow.

Esta técnica se introdujo hacia el año 1 964. Tiene las mismas carac-terísticas que el corte convencional, con la excepción que se añadeun gas secundario rodeando el arco de plasma.

Entre otras, este gas secundario tiene la finalidad de provocar unestrangulamiento neumático del arco, impidiendo que éste se abraexcesivamente a una cierta distancia de la boquilla. (ver figura 5)


2. Tipos de corte con plasma

CORTE

POR PLASMA

Gas de corte

Tipo de portaelectrodos

En mesas de agua

- Corte por fusión- Corte por oxidación parcial

- Corte convencional- Corte con gas secundario- Corte con inyección de agua- Corte con inyección de oxígeno

- Corte con cortina de agua- Corte sobre el nivel del agua- Corte dentro del agua

El gas para plasma es normalmente nitrógeno el gas secundario seelige en función del metal a cortar. Gases de protección secunda-rios típicos son:

• Para el acero suave: Aire u oxígeno

• Para el acero inoxidable: CO2.

• Para el aluminio: Mezcla de argón e hidrógeno.

Como ventajas de este sistema se pueden indicar las siguientes:

• El ajuste de parámetros críticos es más sencillo.

• Refrigera las piezas frontales de la boquilla, prolongando suvida útil.

• Reduce las salpicaduras en la boquilla.

• Permite un taladrado más fácil.

Fig.5: Boquilla tipo Dual Flow



GAS PLASMAGENO

GAS SECUNDARIO

El fuerte calor generado en el arco de plasma, produce una zonaafectada por el calor a lo largo de la superficie de corte similar a laproducida por soldeo.

• Acero al carbono

La zona de fusión se extiende hasta 0,01 mm desde la superficiede corte. Existe una zona afectada por el calor de una profundidadaproximada de 0,3 mm en la que se producen cambios estructura-les con aumento de la dureza.

• Acero inoxidable

Por la elevada velocidad de corte, la superficie de corte pasa muyrápidamente a través de la temperatura crítica de sensibilizaciónde los aceros inoxidables, por lo que prácticamente no se produ-cen modificaciones sensibles en las propiedades mecánicas delmetal base.

• Aluminio

La zona de fusión se extiende hasta 0,04 mm desde la superficiede corte. La zona afectada por el calor tiene una profundidad dehasta 1 mm, pudiendo aparecer en esta zona porosidad, debidasal gas de corte y fusiones incipientes en los límites de grano.

Aunque en algunas aplicaciones pueden entrar en competencia, setrata más bien de dos procesos complementarios.

El oxicorte solo es aplicable a los aceros al Carbono y a los aceros debaja aleación. El corte con plasma además de estos materiales, per-mite cortar con la misma facilidad otros metales y aleaciones comoaceros inoxidables, aceros plaqueados, aleaciones ligeras, cobre yaleaciones, etc.

En el campo de los aceros ordinarios, donde son aplicables ambosprocesos, el plasma resuelve mejor, con velocidades de corte espec-taculares, en los espesores finos, mientras que el oxicorte es menossensible a los aumentos de espesor, por lo que obtiene mejoresresultados en los espesores fuertes.


3. Efectos metalúrgicos

4. Comparación Oxicorte/Cortecon plasma



Se trata de realizar distintas operaciones de corte. Indica a la derecha decada una el proceso que consideres más adecuado. (oxicorte o plasma)

¿Actividad 8

PROCESOa) Corte de una chapa de acero

inoxidable de 12 mm de grueso_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _b) Corte de chapas de 16 mm de

una aleación Aluminio/Magnésio_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _c) Chapa de acero de alta resistencia,

débilmente aleado, de 60mm de espesor_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _d) Chapa de acero al Carbono en

40 mm de grueso_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _e) Chapa de acero al Carbono de

0,8 mm de grueso_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

El proceso arco-aire

Se trata de un proceso de mecanizado que utiliza simultánea-mente el aire comprimido y la energía producida por un arco eléc-trico que salta entre un electrodo de carbón y la pieza metálicaque se quiere mecanizar.

El aire comprimido, dirigido paralelamente al electrodo, expulsa elmetal en estado de fusión originado por el arco eléctrico, dejando lasuperficie trabajada limpia y brillante. (Ver figura 6)

Fig. 6

El procedimiento arco-aire puede ser utilizado con todos los metalesy aleaciones, tales como:

• Los aceros ordinarios.

• Los aceros inoxidables.

• Las fundiciones.

• El cobre, etc.


CHORRO DE AIRECOMPRIMIDO

ELECTRODO DE CARBON

METAL FUNDIDO

SURCO ABIERTOEN LA PIEZA

MATERIALELIMINADODE LA PIEZA

ARCO

Este proceso está especialmente indicado para:

• Ranurado y corte de chapas.

• Levantamiento de soldadura defectuosa.

• Limpieza de piezas fundidas.

• Achaflanado antes del soldeo.

• Saneado de poros, sopladuras, etc.

En la operación de arco-aire se introduce carbón del electrodo enel material que se está trabajando, pero esta cantidad es muypequeña. La cantidad de carbono que se introduce es del orden de 0,04% sobre un espesor de 0,1 mm, es decir, una fina capasuperficial, el resto de carbono del electrodo es barrido por el airea presión.



Completa las palabras que faltan en el siguiente párrafo:¿Actividad 9

El proceso arco-aire es un proceso de _________________que utiliza simultáneamente el _______________________ yla _____________ producida por un ___________________que salta entre un electrodo de __________________ y lapieza metálica que se quiere mecanizar.

En el procedimiento arco-aire se emplean los siguientes elementos(ver figura 7):

• Aire comprimido.

• Corriente eléctrica.

• Portaelectrodos.

• Electrodos.

Fig. 7: Equipo del proceso arco-aire


FUENTEDE

ALIMENTACION

AIRE COMPRIMRDO

CABLE DE PINZAY MANGUERA DEAIRE COMPRIMRDO

ELECTRODODE CARBON

PIEZA

PINZACABLE DE MASA

1. Equipo a emplear

• Aire comprimido

El aire comprimido a emplear puede ser de cualquier fuente perose ha de evitar que tenga mucha agua o aceite (defecto del aireprocedente de algunos compresores).

Para los portaelectrodos normalmente empleados, se recomiendauna presión de trabajo del aire comprimido de 6 Kg/cm2. Si éstapresión baja, a menos de 5 Kg/cm2, el funcionamiento no escorrecto.

El caudal de aire varía, en función del tipo de portaelectrodosempleado, entre 700 a 100 l/minuto.

• Corriente eléctrica

En principio, el procedimiento arco-aire siempre utiliza corrientecontinua en polaridad inversa. Normalmente siempre se pondrá elpolo positivo al electrodo. Sabemos que el polo positivo tienemayor temperatura que el negativo y nos interesa que haya máscalor en el electrodo que en el metal de base por lo cual, normal-mente, se conexiona el polo positivo al electrodo.

Es importante recordar que los electrodos de carbono necesitanuna tensión de arco elevada, del orden de 40 V, y una tensión envacío del orden de 80 V.

Podemos hacer una recapitulación práctica indicando que:

• Los amperios influyen en el volumen del baño o cantidad dematerial líquido evacuado.

• Los voltios influyen en la longitud del arco.

La corriente alterna es interesante únicamente en algunos casos,debiendo utilizarse con reservas (se tiene que emplear electrodosespeciales, que cuestan más caros).



• Portaelectrodos

El útil principal del procedimiento arco-aire lo constituye el porta-electrodos especial del proceso arco-aire.

Este elemento es de aspecto exterior muy parecido al portaelectro-dos normal del soldeo eléctrico manual.

Está constituido principalmente por una cabeza, que sujeta elelectrodo de carbón y que contiene igualmente los agujeros desalida del aire, un mango, que contiene el pulsador de mando dela válvula de aire, y un cable hueco, que conduce la corriente eléc-trica y el aire.

La cabeza es giratoria, de forma que se conserva siempre lamisma posición relativa entre el electrodo de carbón y los chorrosde aire, cualquiera que sea la postura de trabajo.

Unas fugas de aire, situadas convenientemente en el interior delportaelectrodos, lo refrigeran, manteniendo su temperatura a unvalor conveniente.

Existen diferentes tipos de portaelectrodos que se seleccionaran enfunción de:

• El tipo de trabajo a realizar.

• El diámetro del electrodo que se use.

Así, existen portaelectrodos adecuados para trabajar con electro-dos de 4 a 10 mm de diámetro, de 8 a 16, de 10 a 19, etc., pararealizar distintos trabajos, continuos o intermitentes, para usosmúltiples en talleres, caldererías, astilleros, etc., estando más omenos preparados para trabajos pesados, por refrigeración, diá-metro de cable, aislamiento. etc.

Como características generales de los portaelectrodos podemosresaltar:

• Si se va a trabajar normalmente con electrodos del máximo diá-metro que aguanta el portaelectrodos, pasar a un modelosuperior.

• Los portaelectrodos no se calientan, ya que existen fugas deaire expresamente concebidas para este fin.



• La parte aislante de los portaelectrodos soporta hasta 850 ºC.

• Para que no se queme el portaelectrodos, el electrodo tieneque tener como mínimo 10 cm. de longitud, unos 6 saliendodel portaelectrodos y unos 4 cm. mordidos por la pinza.

Hay electrodos superiores a los 19 mm, pero el trabajar con elloses penoso desde el punto de vista de calor. Si se ha de trabajarcon ellos, se ha de pasar a portaelectrodos especiales.

• Electrodos

Los electrodos son de carbono y grafito, recubiertos de una finacapa de cobre (ver figura 8). La capa de cobre facilita el paso dela corriente eléctrica pero principalmente es para evitar la ero-sión del electrodo que se originaría por el chorro de aire, y queéste se infle, variando su diámetro.

Fig. 8: Electrodo para arco-aire


MAX: UNOS 18 cm

.

MIN: "

6 cm.

PELICULADECOBRE

PINZA

ELECTRODOCABEZA DELA BOQUILLA

AIRE (SIEMPRE DEBAJODEL ELECTRODO)

DE 35º A 70º

MOVIMIENTO

ZONA DESCUBIERTAAL FUNDIR EL COBRE

La composición típica de un electrodo es:

• 90% de grafito.

• 10% de carbono.

Esto hace que un electrodo cumpla las condiciones de:

• Conductibilidad térmica.

• Resistencia a los choques térmicos.

• Desgaste mínimo.

A la superficie de estos electrodos, se ha comprobado el interés derecubrirlos con un capa de cobre, ya que en esta condiciones segúnse ha visto anteriormente:

• El electrodo se desgasta más lentamente.

• Conserva su diámetro inicial.

• Se calienta menos (y por lo tanto hace más fácil la labor del opera-rio y mejorándose la vida del portaelectrodos).

• Permite un trabajo más regular, es decir, con una anchura deranura constante.

• Admite intensidades más elevadas con lo cual se mejora la produc-tividad del procedimiento.


Los electrodos se van consumiendo durante el trabajo. Como orien-tación, en la tabla siguiente se indica la cantidad de material quepuede levantarse con un electrodo de 305 mm de longitud, para dis-tintos diámetros del electrodo.

Cuando se trate de levantar grandes cantidades de material puederestar interesante el empleo de electrodos empalmables. Estos electrodos van provistos de unos rebajes que permiten su acopla-miento en la parte posterior del electrodo anterior, cuando éste notenga suficiente longitud para seguir trabajando. Con esto se consigue aprovechar los electrodos en toda su longitud.



¿Actividad 10La composición típica de un electrodo para un proceso arco-aire es:

a. 80% de grafito y 20% de carbono.b. 10% de grafito y 90% de carbono.c. 50% de grafito y 50% de carbono.d. 90% de grafito y 10% de carbono.

DIÁMETRO DEL ELECTRODO(mm)

4

5

6

8

10

13

16

19

METAL ELIMINADO (kg)

0,11

0,23

0,45

0,68

0,91

2,30

4,00

5,00


¿Actividad 11Completa los nombres que faltan en la figura siguiente, sabiendo que repre-senta un esquema del equipo necesario para un proceso arco-aire.

Fig. 9

Toma de raíz y levantamiento de cordones de soldadura

En ambos casos se trata de practicar un surco o ranura, bien parasanear la raiz de un cordón depositado desde la otra cara, o para eli-minar alguna zona defectuosa, en el cordón o en el metal base. (Verfigura10)

Fig. 10

El procedimiento arco-aire es más rápido que la muela y martilloneumático.

El trabajo es técnicamente mejor con arco-aire ya que la ranura ogarganta que deja es en forma de tulipa que es la mejor preparaciónposible para el soldeo posterior. Por otro lado, el procedimientoarco-aire da una seguridad que la muela o martillo no tiene, y es eldejar al descubierto los defectos, lo que es un elemento de controlimportante.

Sobre la fatiga en el trabajo, es de destacar la ventaja del arco-airesobre el martillo neumático, en cuanto a ruido. El arco-aire produceunos 90 decibelios (el decibelio es una unidad de medida que mideel nivel de ruido), muy inferior al ruido del martillo.

A causa de la gran velocidad de avance con el procedimiento arco-aire, al principio es difícil para el operario seguir la línea del cordónde soldadura. Para este caso será interesante inclinar el electrodounos 20º con relación al cordón, a fin de evitar que la escoria tape lalínea a seguir.



FISURAS

ELIMINACION DEMATERIAL DEFECTUOSO

TOMA DE RAIZ

2. Aplicaciones

En la siguiente figura se puede ver el método de aplicación del pro-ceso arco-aire.

Fig. 11: Aplicación del proceso arco-aire

Limpieza y saneado de las piezas de fundición

a) Fundiciones de acero

Los defectos de colada deberán ser limpiados con el procedi-miento arco-aire para ser soldados después. A fin de limitar elvolumen a soldar o recargar, es aconsejable utilizar electrodos depequeño diámetro, como 8 ó 10 mm Si los defectos son grandes oprofundos se utilizará electrodos mayores, 13 y 16.

b) Fundición gris

Es más difícil trabajar sobre la fundición gris que sobre el acero, yen algunos casos el procedimiento arco-aire no da resultado. Seaconseja utilizar fuentes de corriente importantes (de 1 000 A omás). Tambien se aconseja trabajar con arco corto.


Para la fundición gris, el arco-aire no suele ir bien. La primerapasada a lo mejor puede darse pero la segunda es muy difícil por-que la escoria refractaria apaga el arco.

En general se empleará:

• Corriente continua.

• Intensidad máxima.

• Arco muy corto.

Si por cualquier motivo se utiliza corriente alterna, aunque seapoco recomendable:

• Se tendrán que utilizar electrodos de corriente alterna (letrasgrabadas en rojo).

• El trabajo será más difícil.

• El rendimiento será inferior. Se ha de tener en cuenta que elelectrodo trabajará sólo en la alternancia positiva.

• El precio del electrodo de corriente alterna es más caro que elde corriente continua ya que se le han de agregar elementospara estabilizar el arco.

Aceros inoxidables

Los aceros inoxidables se pueden trabajar con el arco-aire. La prepa-ración de bordes es más interesante con arco-aire que con muela.

La cantidad de carbono que puede aportar no suele ser preocu-pante, pues toma valores muy bajos (< 0.04%) y solo se produce enuna capa superficial muy fina (del orden de 0.1 mm.) que desapa-rece con la operación de soldeo.



Como consejos prácticos para trabajar el acero inoxidable, pode-mos indicar:

• Se trabaja como en el acero normal.

• Gran velocidad de avance para evitar introducir calor a la pieza.

• Agregar un suplemento de refrigeración, aire sobre la pieza,para evitar las ondulaciones de la chapa por efecto del calor.

• Dar, lógicamente antes de trabajar, una capa con pasta de sili-cona, para evitar que las escorias se peguen.

Acero dulce

Se trabaja muy bien con arco-aire.

Aleaciones a base de níquel

El trabajo es más difícil que para el acero:

• Se ha de emplear la máxima intensidad.

• Se balanceará el electrodo para así barrer mejor la escoria yaque ésta es refractaria.

• Para este tipo de material va mejor el electrodo de corrientealterna.

• Precalentar la pieza entre 200 y 300 ºC.


Aleaciones a base de bronce

Este material tiene una gran conductibilidad térmica motivada princi-palmente por el contenido de cobre, por lo cual se ha de calentar lapieza para evitar la dispersión de calor:

• Bronce con el 70% de cobre: El arco-aire va bien, no hay dificulta-des de trabajo.

• Bronce con el 80% de cobre: Se forman escorias refractarias. Colo-car el polo negativo en el portaelectrodos, ya que interesa que lapieza se caliente más.

• Bronce con el 90% o más de cobre: Precalentar la pieza a unos300 ºC. Colocar el polo negativo en el electrodo.

Como consejos prácticos, se ha de hacer:

• Emplear electrodos de corriente continua.

• Máxima intensidad.

• Balanceo del electrodo.

• Precalentamiento.

• Tomar medidas para evitar dispersión térmica.

Magnesio

Este metal se trabaja muy bien con el arco-aire.



Aluminio

Casi existen tantas clases de aleaciones de aluminio como fabrican-tes por lo cual es difícil dar una composición determinada. En gene-ral el arco-aire da buenos resultados pero existen ciertos tipos de ale-aciones de alto contenido en silicio o fósforo que pueden dar lugar aescorias refractarias que impiden el avance del electrodo. No obs-tante, la gran mayoría de los aluminios pueden trabajarse con arco-aire. Hay que tener en cuenta los siguientes consejos prácticos:

• El aluminio tiene una gran dispersión térmica y se ha de contrarrestar.

• Emplear el máximo de intensidad y si es posible utilizar electrodosde pequeño diámetro.

• Poner la máxima presión de aire disponible, 7 a 8 Kg/cm2, lógica-mente con gran caudal.

• Para que el aire tenga la máxima efectividad el electrodo se tendrácorto, 6 u 8 cm.

• La velocidad de avance será la máxima posible.

• La polaridad será negativa en el portaelectrodos.


¿Actividad 12Enumera las distintas aplicaciones o materiales a los que se les aplica elproceso arco-aire.

Podemos indicar que en la elección de un portaelectrodos se ha detener en cuenta:

• Que los chorros de aire no originen turbulencias.

• Los elementos aislantes sean más resistentes, por ejemplo com-parándolos en caída.

• Que el cable de alimentación esté bien dimensionado para que nose caliente ni tenga pérdidas de tensión.

• El electrodo de carbono y grafito al ser mejor conductor, permiteque el arco sea más largo evitando así la formación de cortocircui-tos y alargando la vida de la fuente de corriente.



3. Elección de electrodos y portaelectrodos

Cuestiones de autoevaluación

Módulo Procesos de Soldeo y su Equipo 43

El contenido de impurezas en el O2 para el proceso de oxicorte tiene gran incidencia en:

a. En la temperatura de la llama que puede alcanzarse.

b. La velocidad de los electrones del arco.

c. La velocidad de corte que puede alcanzarse.

d. Ninguna de las anteriores.

Aut. 2

Para los portaelectrodos normalmente empleados en el proceso arco-aire, se recomienda unapresión de trabajo del aire comprimido de: (puede haber más de una respuesta correcta).

a. 7,5 Kg/cm2.

b. 6,5 Kg/cm2.

c. 5,5 Kg/cm2.

d. 4,5 Kg/cm2.

Aut. 1

44 Unidad Didáctica Procesos oxi-gas especiales


Las válvulas antirretorno en el equipo de oxicorte tienen como misión:

a. Evitar el retroceso del argón a la pieza.

b. Evitar la salida de los gases.

c. Evitar la salida del oxígeno.

d. Evitar el retroceso de la llama.

Aut. 3

El gas para plasma típico en el proceso dual flow suele ser:

a. Nitrógeno.

b. Helio.

c. Argón.

d. Acetileno.

Aut. 4


El gas secundario en el proceso dual flow puede ser, en función del metal a cortar:

a. Aire u oxígeno.

b. CO2.

c. Una mezcla de argón e hidrógeno.

d. Ninguno de los anteriores.

Aut. 5

El proceso de oxicorte:

a) Es aplicable a todo tipo de aceros.

b) Es aplicable a todos los metales y aleaciones industriales.

c) Solo es aplicable a los aceros al carbono y aceros débilmente aleados.

d) Da muy buenos resultados en las aleaciones de Aluminio.

Aut. 6



El corte con plasma:

a) Provoca el seccionamiento de los metales, por combustión localizada y continua.

b) No es aplicable a los aceros al Carbono.

c) Es más rápido que el oxicorte en aceros ordinarios de pequeño espesor.

d) Es más lento que el oxicorte en el seccionamiento de chapas de Aluminio.

Aut. 7

El proceso arco-aire:

a) Solo es aplicable a los aceros.

b) Aunque puede utilizarse para cortar, suele aplicarse para saneado de la raiz y levantamientode soldaduras.

c) Se utiliza habitualmente para cortar.

d) Normalmente se aplica con corriente alterna.

Aut. 8

Respuestas a las actividades


Uno de los requisitos básicos que debe cumplirse para que se pueda reali-zar el proceso de oxicorte es que los productos de la combustión (óxi-dos del metal) tengan un punto de fusión inferior al del metal propiamentedicho.El óxido de aluminio (alumina) tiene un punto de fusión que es de unos1 000 ºC superior al del aluminio puro, luego no se puede cortar por oxicorte.

Actividad 1R

1. Temperatura de ignición inferior a la de fusión.2. Temperatura fusión de óxidos menor que la del metal.3. Que se desarrolle suficiente cantidad de calor.4. Que no se formen muchos productos gaseosos.

Actividad 2R

• Carbono: En aceros con contenido de carbono de 0,3% no presenta difi-cultades dificultades. En aceros con contenido de carbono de 0,3 y hasta2%, precisan precalentamiento.

• Cromo: Hasta un 5% de cromo, no afecta excesivamente al acero y sepuede realizar el oxicorte sin dificultades, pero ya unos contenidos mayo-res lo dificultan grandemente.

• Cobre: Hasta un 2% de contenido en cobre no tiene influencia en el corte. • Vanadio: En pequeñas cantidades, facilita el oxicorte.

Actividad 3R



El cuadro lo tenías que haber rellenado de la siguiente forma:

Actividad 4R

a. La de reducir la presión de las botellas a la presión de trabajo.

Actividad 5R

El oxicorte es un proceso que corta por combustión y solo es aplicable alos productos ricos en hierro; mientras que el corte con plasma trabaja porfusión y es aplicable a cualquier metal.

Actividad 6R

INSTALACIÓN

Propano

Acetileno

COLOR DE LAS MANGUERAS

Azul y naranja

Azul y rojo


a. Argón.c. Hidrógeno.d. Nitrógeno.f. Aire.

Actividad 7R

a) Inoxidable de 12 mm_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ PLASMAb) Aluminio/Magnésio_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ PLASMAc) Acero baja aleación 60mm_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ OXICORTEd) Acero al carbono 40 mm_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ OXICORTEe) Acero al carbono 0.8 mm_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ PLASMA

Actividad 8R

El párrafo es el siguiente (las palabras que faltaban están resaltadas ennegrilla):El proceso arco-aire un proceso de mecanizado que utiliza simultánea-mente el aire comprimido y la energía producida por un arco eléctricoque salta entre un electrodo de carbón y la pieza metálica que se quieremecanizar.

Actividad 9R



Los nombres se han de corresponder con los de la figura 7.

Actividad 11R

d. 90% de grafito y 10% de carbono.

Actividad 10R

• Toma de raíz y levantamiento de cordones de soldadura.• Fundiciones de acero.• Fundición gris.• Aceros inoxidables.• Acero dulce.• Aleaciones a base de níquel.• Magnesio.• Aluminio.

Actividad 12R

Respuesta a las cuestiones de autoevaluación

a. 7,5 Kg/cm2.

b. 6,5 Kg/cm2.

c. 5,5 Kg/cm2.

c. La velocidad de corte que puede alcanzarse.

d. Evitar el retroceso de la llama.

a. Nitrógeno.

a. Aire u oxígeno.

b. CO2.

c. Una mezcla de argón e hidrógeno.

c. Solo es aplicable a los aceros al Carbono y aceros débilmente alea-dos.

c. Es más rápido que el oxicorte en aceros ordinarios de pequeñoespesor.

b. Aunque puede servir, como recurso, para cortar, suele utilizarseen el saneado de raiz y para levantar soldaduras.


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6

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Notas


Notas



El término oxicorte indica la operación de seccionamiento o cortedel acero por la acción del dardo de un soplete alimentado por ungas combustible y el oxígeno. El corte se produce por combustiónlocalizada del material a eliminar y solo es aplicable a aceros de bajaaleación. Los elementos de que consta el equipo de oxicorte son:

1. Fuente de oxígeno.

2. Fuente de gas combustible.

3. Reguladores.

4. El soplete.

El corte con plasma utiliza un arco estrangulado a través de unaboquilla (arco de plasma) para el seccionamiento de metales porfusión localizada del material a eliminar.

Su campo de aplicación es más amplio que el del oxicorte, exten-diéndose, prácticamente, a todos los metales y aleaciones de aplica-ción industrial. En los aceros ordinarios, aventaja al oxicorte en elcampo de los espesores finos.

El arco-aire es un proceso de mecanizado que utiliza simultánea-mente el aire comprimido y la energía producida por un arco eléc-trico que salta entre un electrodo de carbón y la pieza metálica quese quiere mecanizar. En el procedimiento arco-aire se emplean lossiguientes elementos:

1. Aire comprimido.

2. Corriente eléctrica.

3. Portaelectrodos.

4. Electrodos.

Sus principales aplicaciones en el campo de la fabricación soldada son:

• Saneado de raiz de cordones de soldadura.

• Levantamiento de material en zonas defectuosas.

Resumen de Unidad

Notas

Documents

Oxicorte Corte Porplasma Corte Por Aire Fundamentos