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  • Processo de Soldaduracom Chama Oxi-gs

  • PROCESSO DE SOLDADURA COM CHAMA OX-GS

    1. Fundamentos do Processo

    A Soldagem Oxigs (OFW ) inclui qualquer operao que usa a combusto de um gscombustvel com oxignio como meio de calor. O processo envolve a fuso do metal base enormalmente de um metal de enchimento, usando uma chama produzida na ponta de ummaarico. O gs combustvel e o oxignio so combinados em propores adequadas dentrode uma cmara de mistura. O metal fundido e o metal de enchimento, se usado, se misturamnuma poa comum e se solidificam ao se resfriar.

    Uma vantagem deste processo o controle que o soldador exerce sobre o calor e atemperatura, independente da adio de metal. O tamanho do cordo, a forma e aviscosidade da poa so tambm controlados no processo. OFW adequado para operaesde conserto, para soldagem de tiras finas, tubos e tubos de pequeno dimetro. Soldar seesespessas, excepto para trabalho de conserto, no economicamente vivel quandocomparada com outros processos disponveis.

    O equipamento usado em OFW tem um custo baixo, normalmente porttil e verstil obastante para ser usado para uma variedade de operaes, tais como dobramento,rectificao, pr-aquecimento, ps-aquecimento, deposio superficial, brasagem esoldobrasagem (estes dois ltimos sero discutidos em detalhes posteriormente).

    Acessrios de corte, bicos para multichama e uma variedade de acessrios paraaplicaes especiais aumentam a versatilidade do equipamento. Com mudanasrelativamente simples, operaes de corte manuais e mecnicas podem ser realizadas. Aoscarbono e de baixa liga e muitos metais no ferrosos (no refractrios ou reactivos) sonormalmente soldados.

    Gases comerciais tm uma propriedade em comum, ou seja, requerem sempreoxignio para sustentar a combusto. Um gs, para ser conveniente s operaes desoldagem, deve apresentar as seguintes propriedades quando queimado:

    1. Alta temperatura de chama.2. Alta taxa de propagao de chama.3. Contedo de calor suficiente.4. Mnimo de reaco qumica da chama com os metais base e de enchimento.

    Dentre os gases comercialmente disponveis, o acetileno o que mais se aproximadestes requisitos. Outros gases como propano, gs natural, propileno e gases baseadosnestes, oferecem temperaturas de chama suficientemente altas, mas exibem baixas taxas depropagao de chama. Neste caso as chamas finais so excessivamente oxidantes pelaspropores de oxignio/gs combustvel que so altas o suficiente para gerar taxas detransferncia de calor utilizveis.

  • 2. Caractersticas dos gases de combusto

    A Tabela 1 lista algumas das principais caractersticas de gases comerciais. A fim dereconhecer o significado das informaes nesta tabela, necessrio entender alguns termos econceitos.

    Tabela 1 Caractersticas de gases combustveis comuns.

    Gs FrmulaG.E.

    (Ar=1 15.6oC)

    V.E.3(m /kg) R. E. Tchama(oC)

    Calor de Combusto1 2 total

    MJ/m3 MJ/m3 MJ/m3

    Acetileno C2H2 0.906 0.91 2.5 3087 19 36 55Propano C2H3 1.52 0.54 5.0 2526 10 94 104Metil AcetilenoPropadieno(MPS)

    C3H4 1.48 0.55 4.0 2927 21 70 91

    Propileno C3H6 1.48 0.55 4.5 2900 16 73 89Metano CH4 0.62 1.44 2.0 2538 0.4 37 37Hidrognio H2 0.07 11.77 0.5 2660 - - 12

    Obs.: G.E. = Gravidade especfica; V. E. = Volume especfico; R. E. = Razo estequiomtrica.

    2.1. Gravidade Especfica

    A gravidade especfica de um gs, com referncia ao ar, indica como o gs podeacumular em caso de vazamento. Por exemplo, gases com uma gravidade especfica menorque o ar tendem a subir e podem juntar-se nos cantos superiores e no tecto. Aqueles gasescom gravidade especfica maior que o ar tendem a se acumular em reas baixas e quietas.

    2.2. Volume Especfico

    Uma quantidade especfica de gs a uma temperatura e presso padro pode serdescrita pelo seu volume ou peso. Os valores mostrados na Tabela 1 fornecem o volumeespecfico a 15.6 C e sob presso atmosfrica. Se conhecermos o peso e o multiplicarmospelo valor da tabela, teremos o volume e vice-versa.

    2.3. Razo de Combusto ou Estequiomtrica

    A Tabela 1 indica o volume de Oxignio teoricamente requerido para a combustocompleta de cada gs. Estas razes Oxignio/gs combustvel (chamadas deestequiomtricas) so obtidas do balano qumico das equaes dadas na Tabela 2. Osvalores mostrados para combusto completa so teis para clculos. Porm, eles norepresentam a razo Oxignio/gs combustvel normalmente liberada na operao domaarico, porque, a combusto completa parcialmente sustentada pelo Oxignio do ar dasvizinhanas.

    2.4. Calor deCombusto

    O calor total de combusto de um hidrocarboneto a soma dos calores gerados nasreaces primria e secundria que acontecem na chama global. Isto est mostrado na Tabela1. Normalmente, o contedo de calor da reaco primria gerado na chama interna ouprimria, onde a combusto sustentada pelo Oxignio fornecido pelo maarico. A reacosecundria acontece na chama externa ou secundria, que envolve a primria, e onde osprodutos de combusto da reaco primria so sustentados pelo Oxignio do ar.

  • Gs Combustvel Reaco com Oxignio

    Acetileno

    Metilacetileno-propadieno (MPS)

    Propileno

    Propano

    Gs Natural ( Metano )

    Hidrognio

    C2H2 + 2.5 O2 2 CO2 + H2O

    C3H4 + 4 O2 3 CO2 + 2 H2O

    C3H6 + 4.5 O2 3 CO2 + 3 H2O

    C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O

    CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

    H2 + 0.5 O2 H2O

    Embora o calor da chama secundria seja importante em vrias aplicaes, o calormais concentrado da chama primria a principal contribuio para a capacidade desoldagem de um sistema a oxigs. A chama primria dita neutra quando a equao dareaco primria est balanceada, fornecendo apenas Monxido de Carbono e Hidrognio.Sob estas condies, a atmosfera da chama primria no nem carburante nem oxidante.

    Desde que a reaco secundria depende necessariamente dos produtos finais dareaco primria, o termo neutro serve como um ponto de referncia conveniente para (1)descrever as razes de combusto e (2) comparar os vrios calores caractersticos dediferentes gases combustveis.

    2.5. Temperatura da Chama

    A temperatura da chama de um gs combustvel variar de acordo com a razo deOxignio a ser queimado. Embora a temperatura da chama d uma indicao da capacidadede aquecimento do gs combustvel, ela apenas uma das muitas propriedades fsicas aconsiderar se fizermos uma avaliao global.

    As temperaturas de chama listadas na Tabela 1 so para as chamadas chamasneutras, i.e., a chama primria que no nem oxidante nem carburante. Temperaturasmaiores que as listadas na tabela podem ser encontradas, mas, em todo o caso, aquelachama ser oxidante, uma condio indesejvel na soldagem de muitos metais.

    2.6. Velocidade de Combusto

    Uma propriedade caracterstica de um gs combustvel, sua velocidade de combusto(taxa de propagao da chama) um factor importante no calor produzido pela chama oxigs.Esta a velocidade na qual a chama viaja atravs do gs adjacente no queimado. Elainfluencia o tamanho e a temperatura da chama primria. Tambm afecta a velocidade na qualos gases podem escoar do bico do maarico sem causar o afastamento da chama ou seuencolhimento. O afastamento da chama ocorre quando a combusto acontece em algumadistncia longe da extremidade do maarico ao invs de acontecer na extremidade. Oencolhimento o recuo momentneo da chama para dentro do maarico, seguido pelareapario ou completa extino da chama.

    Como mostra a Figura 1, a velocidade de combusto de um gs combustvel varia demaneira caracterstica de acordo com as propores de Oxignio e combustvel na mistura.

  • Figura 1 Velocidade normal de combusto da mistura de vrios gases com oxignio.

    2.7. Intensidade de Combusto

    Temperaturas de chama e os valores de aquecimento de combustveis tm sidousados quase exclusivamente como critrio para avaliao dos gases. Estes dois factoressozinhos, entretanto, no fornecem informao suficiente para uma completa avaliao dosgases para fins de aquecimento. Um conceito conhecido como intensidade de combusto usado para avaliar diferentes combinaes Oxignio/gs combustvel. A intensidade decombusto considera a velocidade de queima da chama, o valor de aquecimento da misturade Oxignio e gs combustvel e a rea do cone da chama fluindo pelo bico.

    A intensidade de combusto pode ser expressa como segue:

    Ci = Cv . Ch (1)

  • 3Ci = intensidade de combusto em Btu/ps2.s ( J/ m2.s)Cv = velocidade normal de combusto da chama em ps/s (m/s)Ch = valor de aquecimento do gs de mistura em considerao em Btu/ps (J/m3)

    A intensidade de combusto (Ci), portanto, mxima quando o produto da velocidadenormal de combusto da chama (Cv) e o valor de aquecimento do gs de mistura (Ch) mximo. Como o calor de combusto, a intensidade de combusto de um gs pode serexpressa como a soma das intensidades de combusto das reaces primria e secundria.Entretanto, a intensidade de combusto da chama primria, localizada prxima do bico domaarico, da maior importncia na soldagem. A intensidade de combusto secundriainfluencia o gradiente trmico nas proximidades da solda.

    A Figura 2 mostra a intensidade de combusto total para os mesmos gases. Esta curvamostra que, para os gases em questo, o Acetileno produz a maior intensidade decombusto.

    Figura 2 - Intensidade Total de Combusto.

    3. O gs combustvel acetileno

    Acetileno o combustvel escolhido para a soldagem por causa da sua altaintensidade de combusto, enquanto os outros gases so raramente usados para soldagem.Acetileno um hidrocarboneto composto, C2H2, que contm maior percentagem de Carbonopor p

  • um cheiro parecido com alho. Acetileno contido em cilindros dissolvido em acetona eportanto tem um cheiro levemente diferente daquele Acetileno puro.

    Para temperaturas acima de 780 C ou presses acima de 30 psi, Acetileno gasoso instvel e pode se decompor at mesmo na ausncia de Oxignio. Esta caracterstica temsido levada em considerao na preparao de um cdigo de prticas de segurana paragerao, distribuio e uso de gs de acetileno. A prtica de segurana aceitvel nuncausar Acetileno em presses que excedam 15 psi (103 kPa) em geradores, tubulaes oumangueiras.

    3.1. A ChamaOxiacetilnica

    Teoricamente, a combusto completa do Acetileno representada pela equaoqumica:

    C2H2 + 2.5 O2 2 CO2 + H2O (2)

    Esta equao indica que um volume de Acetileno e 2.5 volumes de Oxignio reagempara produzir 2 volumes de gs carbnico e 1 volume de vapor dgua. A razo volumtricade Oxignio para Acetileno 2.5/ 1. Como observado mais cedo, a reaco da equao (2)no se processa directamente para os produtos finais mostrados. A combusto acontece emdois estgios. A reaco primria acontece na zona interna da chama (chamada de coneinterno) e representada pela equao qumica:

    C2H2 + O2 2 CO + H2 (3)

    Aqui, 1 volume de Acetileno e 1 volume de Oxignio reagem para formar 2 volumes deMonxido de Carbono e 1 volume de Hidrognio. O contedo de calor e a alta temperatura(ver tabela 1) desta reaco resultam na decomposio do Acetileno e na oxidao parcial doCarbono resultante daquela decomposio. Quando os gases que escoam do bico esto naproporo 1 para 1 indicada na equao (3), a reaco produz o tpico cone interno azulbrilhante. Esta chama relativamente pequena gera a intensidade de combusto necessriapara a soldagem. A chama dita neutra porque no h excesso de Carbono ou Oxignio paracarburar ou oxidar o metal.

    Na parte externa que envolve a chama, o Monxido de Carbono e o Hidrognioproduzidos pela reaco primria queimam com o Oxignio do ar da vizinhana. Isto formaDixido de Carbono e vapor dgua respectivamente, como mostra a reaco secundriaseguinte:

    2 CO + H2 + 1.5 O2 2 CO2 + H2O (4)

    Embora o calor de combusto desta chama externa seja maior que o da interna, suaintensidade de combusto e temperatura so mais baixas por causa que a rea da seo maior. Os produtos finais so produzidos na chama externa porque no podem existir nasaltas temperaturas do cone interno.

    A chama oxiacetilnica facilmente controlada por vlvulas sobre o maarico. Por umaleve mudana nas propores de Oxignio e Acetileno escoando atravs do maarico, ascaractersticas da zona interna da chama e a aco resultante do cone interno sobre o metalfundido pode ser variada em uma larga faixa. Assim, ajustando as vlvulas do maarico, possvel produzir uma chama neutra, oxidante ou carburante.

  • 3.2. Produo de acetileno

    O Acetileno produto de uma reaco qumica entre o Carbureto de Clcio (CaC2) egua. Nesta reaco, o Carbono do Carbureto combina com o Hidrognio da gua, formandoAcetileno gasoso. Ao mesmo tempo o Clcio combina com o Oxignio e Hidrognio paraformar um resduo de Hidrxido de Clcio. A equao qumica :

    CaC2 + 2 H2O C2H2 + Ca(OH)2 (5)

    O Carbureto usado neste processo produzido por cal fundida e coque num fornoelctrico. Quando removido do forno e resfriado, o Carbureto triturado, peneirado eembalado.

    3.3. Cilindros de Acetileno

    Uma vez que o Acetileno livre, sob certas condies de presso e temperatura, podedissociar explosivamente em seus componentes Hidrognio e Carbono, os cilindros deAcetileno so inicialmente envoltos com uma camada porosa. Acetona, um solvente capaz deabsorver 25 vezes seu volume prprio de Acetileno por atmosfera de presso, adicionado camada. Dissolvendo-se o Acetileno e dividindo o interior do cilindro em clulas pequenas,parcialmente separadas, dentro de uma camada porosa, possvel produzir um recipienteseguro cheio de Acetileno.

    Cilindros de Acetileno so disponveis em tamanhos contendo de 0.28 a 12 m3 de gs.Os cilindros so equipados com plugs de segurana feitos de um metal que funde por volta de100 C. Isto permite que o gs escape se o cilindro estiver sujeito ao calor excessivo,resultando em uma queima relativamente controlada ao invs de romper o cilindro.

    4. Equipamento para soldagem Oxi-acetilnica

    O equipamento mnimo necessrio para executar a soldagem est mostrado na Figura3. Este equipamento completamente auto-suficiente e relativamente barato. Ele consiste decilindros de Oxignio e gs combustvel, cada um com regulador de presso, mangueiras paraconduzir os gases para o maarico e uma combinao de maarico e bico para ajuste damistura gasosa e produo da chama desejada.

    Cada uma destas unidades desempenha papel essencial no controle e aplicao docalor necessrio para a soldagem. O mesmo equipamento bsico usado para brasagem epara muitas operaes de aquecimento. Por uma simples substituio da combinaomaarico-bico, o equipamento facilmente convertido para oxi-corte manual. Desde que oequipamento controlado pelo operador, ele ou ela devem estar completamentefamiliarizados com as capacidades e limitaes do equipamento e com as normas desegurana.

    4.1. Maaricos

    Um maarico tpico consiste de um punho, um misturador e um bico montado. Elefornece um meio de controle independente do fluxo de cada gs, um mtodo de conectar umavariedade de bicos ou outros aparatos a punhos convenientes e possibilita o controle dosmovimentos da chama. A Figura 4 ilustra esquematicamente os elementos bsicos de ummaarico. Os gases passam pelas vlvulas de controle, atravs de passagens separadas nopunho, vo para o dispositivo misturador onde o Oxignio e o gs so misturados, efinalmente saem por um orifcio pela extremidade do bico. O bico apresentado como sendoum tubo simples, estreito na extremidade para produzir um cone de soldagem adequado.

  • Figura 3 - Equipamento Bsico para OFW.

    Figura 4 - Elementos Bsicos de um Maarico.

    4.2. Tipos de Punhos

    Punhos so fabricados numa variedade de estilos e tamanhos, de tamanho pequenopara trabalhos extremamente leves, at punhos para trabalhos extra pesados usados emoperaes de aquecimento localizado. Os punhos podem ser usados com uma variedade demisturadores e bicos, assim como bicos para fins especiais, acessrios de corte e bicos deaquecimento (ver Figura 5).

  • Figura 5 Acessrios utilizados para operaes OFW.

    4.3. Tipos de Misturadores

    H basicamente dois tipos gerais de misturadores. Os mais comumente utilizados soos de presso positiva (tambm chamados de mdia presso) e os injectores ( chamados debaixa presso ). Os misturadores de presso positiva requerem que os gases sejam liberadospara o maarico em presses acima de 2 psi (14 kPa). No caso de Acetileno, a presso deveestar entre 2 e 15 psi (14 e 103 kPa). O Oxignio fornecido aproximadamente na mesmapresso. No h, entretanto, limite restrito sobre a presso de Oxignio. Ela pode, e algumasvezes varia, at 25 psi (172 kPa) com os bicos maiores.

    O objetivo do misturador do tipo injector aumentar a utilizao efectiva dos gasesfornecidos a presses de 2 psi (14 kPa) ou menos. Neste maarico, o Oxignio fornecidopara presses variando de 10 a 40 psi (70 a 275 kPa), o aumento da presso combina com otamanho do bico. A velocidade relativamente alta do fluxo de Oxignio usada para aspirar oupuxar mais gs que fluiria normalmente em baixas presses.

    Misturadores de gs vm em vrios estilos e tamanhos, de acordo com o projecto dofabricante. A funo principal destas unidades misturar o gs e o Oxignio completamentepara assegurar uma combusto suave.

    O encolhimento da chama ( flashback ) o recuo da chama para dentro ou de voltapara a cmara de mistura do maarico. Em alguns casos, o encolhimento viaja pela mangueira

    d

  • Um misturador tpico para um maarico de presso positiva mostrado na Figura 6A.O Oxignio entra por um canal central e o gs por diversos canais angulares para efectuar amistura. A turbulncia da mistura se reduz para um escoamento laminar quando o gs passapelo bico.

    Misturadores projectados para maaricos injectores empregam o princpio do tubo deVenturi para aumentar o escoamento do gs. Neste caso (ver figura 6B), Oxignio a altapresso passa atravs de um pequeno canal central criando um jacto de alta velocidade. O jactode Oxignio cruza as aberturas dos canais angulares no ponto onde o tubo de venturi restrito. Esta aco produz uma queda de presso nas aberturas do gs combustvel, fazendocom que a baixa presso do fluxo de gs aumente com a passagem dos gases pela poromais larga do venturi.

    Figura 6 - Tipos de maaricos e seus detalhes.

    4.4. Bicos de Soldagem

    O bico de soldagem aquela poro do maarico atravs da qual os gases passamantes da ignio e queima. O bico habilita o soldador a guiar a chama e dirigi-la para a peacom a mxima facilidade e eficincia. Bicos so feitos de metais no-ferrosos, tais como ligasde cobre, com alta condutividade trmica para reduzir o perigo de superaquecimento. O furoem ambos os tipos deve ser suave a fim de produzir o cone de chama requerido. Aextremidade frontal do bico deve ser tambm modelada para permitir um uso fcil eproporcionar uma viso clara da operao.

    Bicos so disponveis em uma grande variedade de tamanhos, formas e construes.Dois mtodos de combinao bico-misturador so empregados. Um bico especial pode serusado para cada tamanho de misturador, ou um ou mais misturadores podem cobrir uma faixainteira de tamanhos de bicos No ltimo mtodo o bico desatarraxa do seu misturador e cada

  • tamanho de misturador tem uma medida de rosca particular para prevenir acoplamentoimprprio.

    Um misturador individual usado para algumas classes de soldagem. Ele tem umpescoo de ganso no qual vrios tipos de bicos podem ser enroscados. Desde que os bicosso feitos de ligas leves de Cobre, deve-se tomar cuidado para no danific-los. As seguintesprecaues devem ser observadas:

    1. Os bicos devem ser limpos usando um limpador projectado para este fim.2. Eles nunca devem ser usados para mover ou segurar a pea.3. Os bicos, os misturadores e todas as superfcies vedantes devem ser mantidas

    limpas e em boas condies. Uma vedao pobre pode resultar em vazamentos,podendo ocorrer encolhimento.

    Quando uma srie de bicos for seleccionada para uma variedade de espessuras demetais, esta faixa coberta por um bico deve sobrepor levemente aquela coberta pelo prximobico.

    4.4.1. Taxa de Fluxo Volumtrico

    O factor mais importante na determinao da utilidade de um bico a aco dachama no metal. Se ela muito violenta, ela pode soprar o metal para fora da poa defuso. Sob tais condies, as taxas de fluxo volumtrico de Acetileno e Oxignio devem serreduzidas para uma velocidade na qual o metal possa ser soldado.

    Bicos tendo uma extremidade encapada ou em forma de taa so disponveis paragases com baixas velocidades de combusto, tais como propano. Estes tipos so usadosnormalmente para aquecimento, brasagem e solda branda.

    4.4.2. Cones de Chama

    O objetivo da chama elevar a temperatura do metal ao ponto de fuso. Isto pode sermelhor executado quando a chama (ou cone) permite que o calor seja direccionado maisfacilmente. Consequentemente, as caractersticas do cone tornam-se importantes. O fluxolaminar por linhas de corrente do gs atravs do comprimento do bico torna-se de extremaimportncia, especialmente durante a passagem pela poro frontal.

    A alta velocidade que a chama do cone apresenta uma prova real do gradiente develocidades estendendo-se atravs do orifcio circular quando o fluxo existente laminar(Figura 7). Uma vez que a maior velocidade existe no centro da corrente, a chama no centro mais longa. Similarmente, desde que a velocidade da corrente de gs mais baixa prximo parede onde o atrito maior, aquela poro da chama mais curta. Da anlise dos princpiosque fundamentam a formao do cone de chama, possvel entender as condies do fluxoque existem ao longo da ltima poro de gs no corredor do bico.

  • Figura 7 - Gradiente de Velocidades no Bico de Solda.

    Genericamente falando, o cone produzido por um bico pequeno variar de uma formapontiaguda ou sem pontiaguda. Cones de bicos de tamanho mdio variaro de uma forma sempontiaguda a uma mdia e cones de um bico grande variaro de uma forma semicega a cega(sem ponta). Uma ilustrao das chamas descritas acima pode ser vista na Figura 8.

  • Figura 8 - Tipos de Cones de Chama.

    4.5. Mangueiras

    Mangueiras usadas em OFW e operaes afins so fabricadas especialmente parasatisfazer os requisitos de utilidade e segurana para este servio. Para mobilidade efacilidade de manipulao, as mangueiras devem ser flexveis. Elas tambm devem sercapazes de resistir a altas presses na linha e moderadas temperaturas.

    Cada mangueira deve ter uma vlvula de verificao para o regulador e outra para omaarico. O objetivo das vlvulas de verificao prevenir flashbacks pela mangueira eregulador. Para identificao rpida, todas as mangueiras de gases combustveis sovermelhas. Como precauo adicional, as porcas giratrias usadas para fazer a conexo comas mangueiras so identificadas por um chanfro cortado na sada da porca. As porcas tmrosca esquerda para ajustar na sada do regulador e a entrada de gs se encaixar nomaarico.

    Mangueiras de Oxignio so verdes e as conexes tm uma porca plana com roscadireita para se ajustar na sada do regulador e a entrada de Oxignio se encaixar no maarico. Omodo padro de especificar uma mangueira pelo seu dimetro interno. Dimetros internosnominais mais comumente usados so 1/8, 3/16, 1/4, 15/16, 3/8 e 1/2 in., embora dimetrosmaiores sejam disponveis. A presso mxima padro de trabalho para mangueiras eencaixes de 200 psi.

    Onde quer que seja possvel, as mangueiras devem ser sustentadas numa posioelevada para evitar estrago pela queda de objectos ou metal quente. Comprimentos demangueira de pequeno dimetro acima de 8 metros podem restringir o fluxo de gs para omaarico. Em alguns casos, esta restrio pode ser superada usando um regulador depresso maior, mas normalmente recomendado um dimetro maior de mangueira.

  • Um regulador pode ser descrito como um aparelho mecnico para manter o recalquede um gs em uma presso substancialmente constante e reduzida mesmo que a presso nafonte seja mudada. Reguladores usados em OFW e aplicaes afins so redutores depresso ajustveis, projectados para operar automaticamente depois de um ajuste inicial.Excepto por pequenas diferenas, todos os reguladores operam sobre um mesmo princpiobsico. Eles se encaixam em diferentes categorias de aplicao de acordo com suascapacidades de projecto para gases especficos, faixas diferentes de presso e taxas de fluxovolumtrico diferentes.

    Reguladores so classificados geralmente como de nico estgio ou como sendo dedois estgios, dependendo se a presso reduzida em um ou dois passos. A presso desada do regulador de nico estgio exibe uma caracterstica conhecida como elevao ouflutuao. Isto uma leve elevao ou queda na presso de recalque que ocorre quando apresso do cilindro esgotada. Esta caracterstica normalmente prejudicial apenas quandouma grande quantidade de gs removida de um cilindro de alta presso para um nico uso.Peridicos reajustamentos do regulador corrigiro quaisquer efeitos prejudiciais.

    Reguladores de dois estgios so essencialmente dois reguladores de um nico estgiooperando em srie dentro de um alojamento. Eles fornecem presso de recalque constantequando a presso do cilindro esgotada.

    4.6.1. Princpio deOperao

    Os componentes de um regulador de presso so mostrados esquematicamente nafigura 9. Os elementos principais de operao so os seguintes:

    1. Um parafuso regulador que controla o impulso de uma mola.2. Uma mola que transmite este impulso para um diafragma.3. Um diafragma em contato com uma haste sobre uma vlvula de sede mvel.4. Uma vlvula consistindo de um bocal e uma sede mvel.5. Uma pequena mola localizada sob a vlvula de sede mvel.

    Figura 9 - Regulador de 1 Estgio

  • A fora da mola tende a manter a sede aberta enquanto as foras sobre o lado de

  • descarga, a presso sob o diafragma reduzida, abrindo ainda mais a sede e admitindo maisgs at as foras em ambos os lados do diafragma serem iguais.

    Um dado conjunto de condies, tais como presso de admisso, fluxo volumtrico epresso de descarga constantes produziro uma condio balanceada tal que o bocal e seuconjunto de sede mantenham uma relao fixa.

    4.6.2. Aplicaes de Reguladores

    Reguladores so produzidos com diferentes capacidades para presses e fluxosvolumtricos, dependendo da aplicao e da fonte de energia. Eles devem, portanto, serusados apenas para os objectivos pretendidos. Em OFW, as exigncias para reguladores decilindro so consideravelmente diferentes daquelas dos reguladores de estao. No arranjocomumente usado de um maarico mostrado na Figura 4, Oxignio e Acetileno so fornecidoscada um por um nico cilindro; cada um conectado em um regulador, que pode ser de umou dois estgios. Cada regulador equipado com dois manmetros, um indicando a pressode admisso ou presso do cilindro e o outro indicando a presso de descarga ou presso domaarico. Reguladores e manmetros so construdos para resistir a altas presses com umamargem segura de sobrecarga.

    Presses na tubulao raramente excedem 200 psi para o Oxignio; para o Acetilenono devem exceder 15 psi. Reguladores de estao so, portanto, construdos para baixaspresses de operao, embora eles possam ter uma alta capacidade de fluxo volumtrico. Asexigncias destes reguladores so satisfeitas adequadamente pelos tipos de um nicoestgio. Devido a suas limitaes de capacidade, os reguladores de estao nunca devem sersubstitudos por reguladores de cilindro por causa da possibilidade de ocorrer um srioacidente.

    4.6.3. Conexes de Admisso e Descarga dos Reguladores

    As conexes de descarga do cilindro so de tamanhos e formas diferentes paraimpedir a possibilidade de conectar um regulador no cilindro errado. Reguladores devem,portanto, ser feitos com conexes de admisso diferentes para encaixar os vrios cilindros.

    O encaixe da descarga do regulador tambm difere no tamanho e rosca, dependendodo gs e da capacidade do regulador. O encaixe da descarga de Oxignio tem roscas direitas; oencaixe para os outros gases tem roscas esquerdas com porcas chanfradas.

    5. Armazenagem e distribuio

    A facilidade da distribuio de gases para a pea dependente da localizao,tamanho, exigncias de consumo e aplicao dos vrios processos a oxigs. Mtodos dedistribuio podem ser por cilindros simples, cilindros derivados portteis ou estacionrios,sistemas de grande porte e tubulaes.

    Cilindros individuais de Oxignio e Acetileno fornecem uma fonte adequada de gspara soldagem e maaricos de corte que consomem uma quantidade limitada de gs.Carrinhos so usados extensivamente para fornecer um suporte conveniente e seguro paraos cilindros. Os gases so transportados facilmente por este meio.

    Oxignio pode ser trazido ao usurio em cilindros individuais como gs comprimido oucomo lquido; existem tambm diversos mtodos de distribuio de grande porte. Oxigniogasoso em cilindros est normalmente sob uma presso de 15.170 kPa. Cilindros de vriascapacidades so usados contendo aproximadamente 2, 2.3, 3.5, 6.9 e 8.5 m3 de Oxignio.

  • Oxignio gasoso. Neste caso, tambm, os cilindros so equipados com conversores lquido-gs, ou podem usar vaporizadores externos.

    Deve-se tomar cuidado de no se exceder uma certa taxa de fluxo de Acetileno paraum dado tamanho de cilindro. Se a demanda volumtrica for muito alta, a Acetona pode serarrancada junto com o Acetileno. Dois ou mais cilindros podem ser derivados juntos parafornecer altas taxas de fluxo.

    5.1. Cilindros Derivados

    Cilindros individuais no podem fornecer altas taxas de fluxo de gs, particularmentepara operaes contnuas em longos perodos de tempo. A derivao de cilindros umaresposta para este problema. Um volume razoavelmente grande de gs fornecido por estemeio e ele pode ser descarregado a uma taxa moderadamente rpida.

    Derivaes so de dois tipos, portteis ou estacionrias. Derivaes portteis podemser instaladas com um mnimo de esforo e so teis onde volumes moderados de gases sorequeridos para trabalhos de natureza no repetitiva, tambm na oficina ou no campo. Jderivaes estacionrias so instaladas em oficinas onde grandes volumes de gs sorequeridos. Tal derivao alimenta um sistema de tubulao distribuindo o gs para vriasestaes por toda a planta. Este arranjo habilita muitos operadores a trabalhar em um sistemade tubulaes comum sem interrupo.

    5.2. Sistemas de Grande Porte

    Para satisfazer um grande consumo de algumas indstrias, Oxignio gasoso pode sertransportado de uma usina produtora ao usurio em uma srie de mltiplos cilindros portteisou em longos tubos de alta presso montados sobre caminhes de reboque. Os reboquespodem conter de 850 a 1420 m3 em grandes unidades e 285 m3 em pequenas unidades.

    Um grande volume de Oxignio pode tambm ser distribudo como um lquido emgrandes reservatrios separados, montados em caminhes de reboque ou vages de trem. OOxignio lquido transferido para tanques de armazenamento na propriedade doconsumidor. O Oxignio retirado, convertido em gs e passa em tubulaes de distribuio,quando necessrio, por meio de equipamentos reguladores.

    6. Metais soldveis pelo processo

    OFW pode ser usado para uma larga faixa de metais e ligas ferrosas e no ferrosas.Como em qualquer processo de soldagem, entretanto, as dimenses fsicas e a composioqumica podem afectar a soldabilidade de certos materiais e peas. Durante a soldagem, ometal levado a uma faixa de temperatura quase igual quela do procedimento de fundio. Ometal base na rea da solda perde aquelas propriedades que lhe so dadas portratamentos trmicos anteriores ou conformao a frio. A capacidade de soldar materiaiscomo aos de alto carbono e alta liga limitada pelo equipamento disponvel para tratamentotrmico aps a soldagem. Estes metais so soldados com sucesso quando o tamanho ounatureza da pea permite operaes de ps-tratamento trmico.

    6.1. Aos e Ferro Fundido

    Aos de baixo carbono, baixa liga e fundidos so os materiais mais fceis de soldarpor OFW . Normalmente so necessrios fluxos na soldagem destes materiais. Em OFW , aoscontendo mais de 0.35% de Carbono so considerados de alto carbono e exigem cuidadoespecial para manter suas propriedades particulares. Aos liga temperveis ao ar requerem

  • conduo de calor nas vizinhanas do metal base. Resfriamento lento evita a dureza e afragilidade associadas com o resfriamento rpido. O soldador deve usar uma chama neutra oulevemente carburante para soldagem e deve ter cuidado de no superaquecer edescarburizar o metal base. A temperatura de pr-aquecimento exigida depende dacomposio do ao. Temperaturas variando de 150 C a 540 C tm sido usadas.

    Modificaes nos procedimentos so necessrios para aos inoxidveis e similares.Por causa do seu alto contedo de Cromo e Nquel, estes aos tm condutividade trmicarelativamente baixa, e uma chama menor que aquela usada para aos carbono recomendada. Uma chama neutra usada para minimizar a facilidade de oxidao do Cromo. usado um fluxo para dissolver xidos e proteger o metal de solda. Metal de enchimento de aode alto Cromo ou Nquel-Cromo usado. A Tabela 3 resume as informaes bsicas parasoldagem de materiais ferrosos.

    Tabela 3 - Condies Gerais de Vrios Metais Ferrosos para OFW.

    Metal Ajuste da Chama Fluxo VaretaAo Fundido Neutra No AoTira de Ao Neutra No Ao

    Levemente Oxidante Sim BronzeAo Alto Carbono Levemente

    CarburanteNo Ao

    Ferro Malevel Neutra No AoFerro Galvanizado Neutra No Ao

    Levemente Oxidante Sim BronzeFoFo Malevel Levemente Oxidante Sim BronzeAos Cr-Ni Fundidos Neutra Sim Mesma do metal base ou

    25-12 Ao Cr-NiAo Cr-Ni ( 18-8 e 25-12 )

    Neutra Sim Ao Inox Colmbio oumesma do metal base

    Ao Cromo Neutra Sim Ao Inox Colmbio oumesma do metal base

    Ferro Cromo Sim Ao Inox Colmbio oumesma do metal base

    Ferro fundido , ferro malevel e ferro galvanizado apresentam problemas de soldagempor qualquer mtodo. A estrutura do ferro fundido cinzento pode ser mantida atravs da reada solda pelo uso de pr-aquecimento, fluxo e uma vareta de ferro fundido apropriada.

    6.2. Metais No Ferrosos

    As propriedades particulares de cada liga no ferrosa devem ser consideradas quandoverifica-se a tcnica mais adequada de soldagem. Alumnio, por exemplo, no d aviso demudana de cor quando est fundindo, mas parece romper repentinamente no ponto defuso. Consequentemente, exigida prtica na soldagem para se aprender a controlar a taxade aporte trmico. O Alumnio e suas ligas sofrem de fragilidade a quente e as soldas devemser apoiadas adequadamente em todas as reas durante a soldagem. Finalmente, qualquersuperfcie de Alumnio exposta sempre coberta com uma camada de xido que, quandocombinada com o fluxo, forma uma escria fusvel que flutua no topo do metal fundido.

    Quando Cobre soldado, so necessrias tolerncias para o resfriamento das soldaspor causa da condutividade trmica do metal ser muito alta. O pr-aquecimento semprerequerido. Distoro considervel pode ser esperada no Cobre por causa da sua expansotrmica ser maior que dos outros metais Estas caractersticas obviamente apresentam

  • dificuldades que devem ser superadas por uma soldagem satisfatria. Partes a seremsoldadas devem estar presas ou soldadas por pontos.

    7. Material de adio

    As propriedades do metal de solda devem corresponder completamente quelas dometal base. Por causa desta exigncia, varetas de vrias composies qumicas sodisponveis para soldagem de muitos materiais ferrosos e no ferrosos. O metal deenchimento deve ser livre de porosidade, incluses e qualquer outro material estranho.

    Em manuteno e reparo de peas no sempre necessrio que a composio davareta corresponda quela do metal base. Uma vareta de ao pode ser usada para repararpartes feitas de aos liga quebrados por sobrecarga ou acidente. Todo esforo deve ser feito,entretanto, para que o metal de enchimento corresponda ao do metal base.

    8. Fluxos

    Uma das maneiras mais importantes de controlar a qualidade da solda removerxidos e outras impurezas da superfcie do metal a ser soldado. A menos que os xidos sejamremovidos, a fuso pode ser dificultada, a junta pode perder resistncia e incluses podemestar presentes. Os xidos no fluiro da zona de solda mas permanecero, ficando presosno metal que est solidificando, interferindo com a adio do metal de enchimento. Estascondies podem ocorrer quando os xidos tm um ponto de fuso mais alto que o metalbase e um meio deve ser encontrado para remover aqueles xidos. Fluxos so aplicados paraesta finalidade.

    Aos e seus xidos e escrias que se formam durante a soldagem no se encaixam nacategoria acima e no precisam de fluxo. Alumnio, entretanto, forma um xido com um pontode fuso muito alto que deve ser removido da zona de soldagem antes que os resultadossatisfatrios possam ser obtidos. Certas substncias reagiro quimicamente com os xidos decertos metais, formando escrias fusveis na temperatura de soldagem. Estas substncias,usadas simples ou combinadas tornam-se fluxos eficientes.

    Um bom fluxo deve ajudar a remover os xidos durante a soldagem formandoescrias fusveis que fluiro para o topo da poa (flutuaro) e no interferiro na deposio ena fuso do metal de enchimento. Um fluxo deve proteger a poa de fuso da atmosfera eevitar que ela absorva ou reaja com os gases da chama.

    Durante o pr-aquecimento e perodos de soldagem, o fluxo deve limpar e proteger assuperfcies do metal base e, em alguns casos, a vareta. O fluxo no deve ser usado comosubstituto da limpeza do metal base durante a preparao da junta.

    9. Princpios operacionais

    O maarico de OFW serve como implemento na mistura do combustvel e no suporteda combusto, fornecendo os meios para aplicao da chama na localizao desejada. Umafaixa de tamanhos de bico fornecida para obteno de um volume ou tamanho da chamarequeridos. Bicos podem variar de pequenas chamas at chamas de 3/16 in.(4.8 mm) ou maisem dimetro e 2 in. de comprimento.

    O cone interno da queima da mistura dos gases chamado cone de trabalho. Quantomais prxima a extremidade do cone interno estiver da superfcie do metal, mais calor transmitido da chama para o metal. A chama depende da variao do fluxo de gs. Um fluxo

  • encolhimento ( backfiring ). Um fluxo muito alto resultar numa alta velocidade da chama que difcil de manusear e soprar o metal fundido da poa.

    10. Ajuste da chama

    Existem 3 tipos de ajuste da chama oxi-acetilnica, mostrados na Figura 10. A chamaneutra obtida mais facilmente pelo ajuste da chama com excesso de Acetileno que reconhecida pela extenso do cone interno (aleta). A aleta ir diminuir quando o fluxo deAcetileno decrescer ou o fluxo de Oxignio aumentar.

    Um mtodo prtico para se determinar o excesso de Acetileno numa chama comparar o comprimento da aleta com o comprimento do cone interno, medindo ambos nobico. Uma chama com excesso de 2 vezes a mais de Acetileno ter uma aleta com 2 vezes ocomprimento do cone interno. O ajuste da chama oxidante dado algumas vezes como aquantidade pela qual o comprimento do cone interno neutro pode ser reduzido - por exemplo,um dcimo.

    11. Qualidade da solda

    A aparncia de uma solda no necessariamente indica sua qualidade. Se existemdescontinuidades na solda, elas podem ser agrupadas em duas classificaes gerais: aquelasque so aparentes inspeco visual e aquelas que no so. O exame visual da parte debaixo da solda determinar se h penetrao completa e se existem glbulos excessivos demetal. Penetrao inadequada pode ser causada pelo chanframento insuficiente das bordasdo metal, raiz muito espessa, alta velocidade de soldagem, maarico inadequado emanipulao incorrecta da vareta. Mordedura e sobreposio das laterais das soldas podemser detectadas pelo exame visual.

    Embora outras descontinuidades como fuso incompleta, porosidade e ruptura possamou no aparecer externamente, excessivo crescimento de gro e caroos no podem serdeterminados visualmente. Fuso incompleta pode ser causada por aquecimento insuficientedo metal base, alta velocidade, incluses de gs e sujeira. Porosidade resultado dapenetrao de gases, normalmente Monxido de Carbono. Caroos e ruptura so resultadosdas caractersticas metalrgicas da soldagem.

    12. PRTICAS DE SEGURANA

    Ningum deve tentar operar qualquer aparato de OFW antes de ser treinado outrabalhar sem uma superviso competente. importante que as recomendaes do fabricantesejam seguidas.

    Algumas prticas de segurana podem ser citadas como:

    1. Oxignio sob alta presso pode reagir violentamente com leo, graxas ou outrosmateriais combustveis. Portanto, eles devem ser mantidos afastados dos cilindros ede todo o equipamento a ser usado com Oxignio.

    2. Acetileno um gs que queima facilmente. Logo ele deve ser mantido afastado defontes de calor. Em altas presses, torna-se explosivo. Os cilindros devem,portanto, ser manuseados com cuidado e a instalao deve possuir vlvulas desegurana e reguladores de presso. Devem tambm ser armazenados em locaisbem ventilados, limpos, secos e livres de outros combustveis.

    3. Manter o Acetileno livre de Cobre, Mercrio ou Prata, pois a combinao destescom o gs gera compostos altamente explosivos.

  • Figura 10 - Ajuste da Chama Oxi-acetilnica.