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Corte a soplete de acero y hierro fundido

Los aceros comunes al carbono con un contenido de carbono que no exceda el 0,25 porciento pueden ser cortados sin precauciones especiales. Ciertas aleaciones de acero desarrollan alta resistencia a la acción del oxígeno de corte. Esto hace el proceso difícil, y algunas veces imposible, para propagar el corte sin el uso de técnicas especiales.

El corte con oxígeno (Oxygen cutting – OC) es un grupo de procesos de corte térmicos usados para seccionar o remover metales por medio de reacciones químicas del oxígeno con el metal base a temperaturas elevadas. En el caso de metales resistentes a la oxidación, la reacción es facilitada por el uso de fundente decapante o polvo de metal. Cinco procesos básicos están involucrados: corte por gas oxicombustible u oxifuel, corte por polvo de metal, corte por fundente químico, corte por lanza de oxígeno y corte por arco de oxígeno. Cada uno de estos procesos es diferente y los veremos a continuación.

Corte por gas oxicombustible ( Oxyfuel gas cutting – OFC)

El corte por gas oxicombustible u oxicortado secciona el metal mediante una reacción química de oxígeno con el metal base a elevadas temperaturas. La temperatura necesaria es mantenida por llamas de gas de la combustión de un gas combustible y oxígeno.

Cuando se habla de una operación de corte con gas oxifuel, el gas combustible debe ser especificado. Existe un número de gases combustibles usados. El mas popular es el acetileno. El gas natural es ampliamente usado, como el propano, metilacetileno y propadieno estabilizado (gas MAPP) , y varios nombres de marcas de gases combustibles. El hidrógeno es raramente usado. Cada gas combustible tiene características particulares y puede requerir aparatos ligeramente diferentes. Estas características están relacionadas con la temperatura de la llama, contenido de calor y relaciones de oxígeno a gas combustible, etc.

El concepto general del corte con gas oxicombustible es similar sin interesar de que gas se trata. Es el chorro de oxígeno el que hace el corte en el acero, y la velocidad de corte depende de cuán efectivo es el oxígeno para reaccionar con el acero.

El calor es usado para llevar el acero del metal base a la temperatura de inflamación, donde el mismo se encenderá y se quemará en una atmósfera de oxígeno puro. Las fórmulas químicas de tres de las reacciones de oxidación son las siguientes:

Fe   +  0,5 O2 = Fe + calor

3Fe + 2 O2     =  Fe3O4 + calor

2Fe + 1,5 O2  =  Fe2O3 + calor

A temperaturas elevadas, todos los óxidos de hierro son producidos en la zona de corte

La antorcha de corte de oxiacetileno ( o soplete de corte ) es usada para calentar el oxígeno incrementando la temperatura a su punto de ignición y luego introduciendo una corriente de oxígeno puro para crear el quemado o la rápida oxidación del acero. La corriente de oxígeno asiste además en la remoción del material de la zona de corte. Esto es mostrado en la figura siguiente:

Figura: Diagrama del proceso de corte por oxígeno.

El acero y un número de otros materiales son cortados a soplete con el proceso de corte de gas oxicombustible. La siguientes condiciones se deben cumplir:

  • El punto de fusión del material debe estar encima de su temperatura de ignición en el oxígeno.
  • Los óxidos del metal deberán fundirse a una temperatura menor que el metal mismo y debajo de la temperatura que es desarrollada por el corte.
  • El calor producido por la combustión del metal con el oxígeno debe ser suficiente para mantener la operación de corte con el oxígeno.
  • La conductividad térmica debe ser lo suficientemente baja de manera que el material pueda ser llevado a su temperatura de ignición.
  • Los óxidos formados en el corte deben ser fluidos al ser fundidos de manera que la operación de corte no sea interrumpida.

El hierro y el acero con bajo carbono cumplen con todos estos requerimientos y son fácilmente cortados a soplete de oxígeno. El hierro fundido no es fácilmente cortable con soplete, debido a que su temperatura de ignición está por encima del punto de fusión. El mismo además tiene un óxido de silicato refractario que produce una cobertura de escoria. Los aceros inoxidables de níquel cromo no pueden ser cortados a soplete con la técnica normal debido al óxido de cromo refractario formado sobre la superficie. Metales no ferrosos tales como el cobre y el aluminio tiene capas de óxido refractario que prohíben el corte de soplete normal. Estos tienen elevada conductividad térmica.

Al cortar con soplete, la llama de precalentamiento deberá ser neutral u oxidante. Una llama reducida o carbonizante no deberá ser usada.

Las antorchas están disponibles tanto para soldadura o corte. Al colocar el accesorio de la antorcha de corte en el cuerpo de la antorcha este es usado para corte a soplete normal. La figura siguiente muestra una antorcha de corte a soplete de oxiacetileno. Varios tamaños de puntas pueden ser usados para corte a llama normal. El sistema de numeración para las puntas no está estandarizado. La mayoría de los fabricantes usa su propio sistema de números de punta. Cada sistema está, sin embargo, basado en el tamaño del orificio de corte de la punta. Estos están relacionados con los tamaños de perforación. Diferentes tipos de puntas son requeridos para cortar diferentes espesores de acero al carbono.

Figura: Antorcha de corte con oxígeno manual.

Para el corte automático con recorrido mecanizado, los mimos números de puntas pueden ser usados. Las puntas de alta velocidad son provistas con un orificio para oxígeno especialmente diseñado para corte de alta velocidad y son normalmente usadas. Existen tablas disponibles para cada fabricante que deberán ser consultadas para elegir la punta específica para cada aplicación, las velocidades pueden ser incrementadas en un 25 a 50% cuando se usan puntas para alta velocidad.Máquinas de corte automático de partes son usadas ampliamente por la industria metalmecánica. Estas máquinas pueden portar varias antorchas y cortar un número de piezas simultáneamente. Las máquinas de corte multi-antorchas son dirigidas por equipamiento numéricamente controlado. Sin interesar el sistema de control que sea usado, la operación de corte es esencialmente la misma.

Uno de los nuevos avances en el corte a soplete automático es la generación de corte en ángulo u oblicuo  sobre partes con forma contorneada. Esta innovación ha hecho el uso de equipamiento de corte de oxígeno numéricamente controlado aún mas productivo.

Muchas máquinas automáticas especializadas de corte de oxígeno están disponibles para propósitos específicos. Las máquinas especiales están disponibles para corte de engranajes y otras partes de precisión. Las máquinas de corte de oxígeno están disponibles para el corte de cañerías para poder ser adaptadas a otras cañerías en diferentes ángulos y de diferentes diámetros. Estas son muy complejas y disponen internamente de plantillas de contornos  para acomodar diferentes cortes y biselados sobre la cañería. Otros tipos de máquinas están diseñados para cortar agujeros en las tapas de tambores, probar muestras, etc. Dos o mas antorchas pueden ser usadas para preparar ranuras biseladas para cortes rectos como se muestra en la figura siguiente.

Figura: Métodos de preparar las juntas

Superficies extremadamente lisas cortadas con oxígeno pueden ser producidas cuando los procedimientos son seguidos y todo el equipamiento está en condiciones operativas correctas.

Corte de metal con polvo ( Metal Powder Cutting – POC)

El corte de metal con polvo secciona los metales mediante el uso de polvo para facilitar el corte. Este proceso es usado para cortar hierro fundido, aceros inoxidables al niquel-cromo, y algunas altas aleaciones de acero.

El proceso usa material finamente dividido, usualmente polvo de hierro, agregado al chorro de corte de oxígeno. El polvo es calentado a medida que pada a través de las llamas de precalentamiento de oxiacetileno y casi inmediatamente se oxida en un chorro de oxígeno de corte. Un aparato especial para llevar el polvo a la punta de corte debe ser agregado a la antorcha. Se requiere además un suministro de polvo. El aire comprimido es usado para llevar el polvo a la antorcha.

La oxidación, o quema del polvo de hierro, proporciona una temperatura mucho mas alta en el chorro de oxígeno. La reacción química en la llama permite que el chorro de oxígeno de corte oxide el metal que está siendo cortado continuamente de la misma manera que cuando se cortan aceros al carbono.

Con el uso de polvo de hierro en el chorro de oxígeno, es posible iniciar los cortes sin precalentar el material base.

El corte de polvo ha encontrado su uso mayor en el corte de hierro fundido y en acero inoxidable. El mismo es usado para remover compuertas y elevadores de fundiciones de hierro aceros inoxidables.

Las velocidades de corte y las presiones de oxígeno de corte son similares a aquellas usadas cuando se corta aceros al carbono. Para materiales pesados de mas de 25mm de espesor, una boquilla de un tamaño mayor deberá ser usada. Los requerimientos del flujo de polvo varían desde 0,11 a 0,23 kg de polvo de hierro por minuto de corte. El polvo tiende a dejar una marca sobre la superficie de corte que puede ser fácilmente quitada a medida que la superficie se enfría. Esto es útil en procesos de aplicación y es usado sólo cuando se requiere.

El corte con apilado es el corte con oxígeno de hojas de metal apiladas o placas dispuestas de manera que todas las mismas sean seccionadas por un único corte. De esta manera, el espesor total de la pila es considerada igual que el espesor equivalente de una pieza sólida de metal. Cuando se hace corte apilado, particularmente de materiales mas gruesos, el corte es con frecuencia perdido debido a que placas adyacentes pueden no estar en contacto íntimo entre sí. El precalentamiento puede no ser suficiente sobre la placa inferior para llevarla a la temperatura de ignición y por lo tanto la corriente de oxígeno no cortará a través de la porción remanente de la pila. Una manera de superar este problema es usar el proceso de corte con polvo de metal. Por medio del polvo de metal y su reacción en el oxígeno, el corte es completado a lo largo de las separaciones entre placas adyacentes.

Tema relacionado : Corte con soplete de oxiacetileno

 

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