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405 16. Solda à Gás

16.1. Introdução

Solda feita por aquecimento das peças com chama obtida de gases oxi combustíveis é chamada de “Solda a gás”. Este processo foi introduzido industrialmente em 1903 e foi usado extensivamente, aproximadamente, por meio século. No entanto, com o desenvolvimento de métodos mais sofisticados é agora largamente usado para unir componentes e reparo de metais ferrosos e não- ferrosos. Como processo não requer eletricidade algumas vezes seu uso é indispensável, principalmente onde não existe eletricidade.

A intensidade do calor gerado na chama depende da mistura gás oxi combustível a uma determinada pressão dos gases. O oxigênio é utilizado para proporcionar combustão do gás mas pode ser usado ar comprimido no lugar do oxigênio, mas isto proporciona uma baixa eficiência térmica e consequentemente redução na velocidade de soldagem; a qualidade da solda também é afetada. A escolha do gás, é importante, pois permite obter uma velocidade de soldagem e uma qualidade desejada no cordão de solda.

16.2. Gases

O gás geralmente empregado é o acetileno, outros gases além do acetileno podem ser empregados embora os mesmos fornecem menos intensidade de calor e consequentemente uma menor temperatura. Estes gases podem utilizar tanto o oxigênio e o ar para manter a combustão ( 16.1).

Algumas vezes o gás de carvão, vapor de querosene e de petróleo são também usados como gás combustível.

Tabela 16.1 - Temperatura máxima de combustão com diferentes gases

Gás combustível Temperatura de combustão Com oxigênio Com ar

Acetileno - ( C2H2 ) 3480 2650 Hidrogênio - ( H2 ) 2980 20 Propano - ( C3H8 ) 2925 2090 Butano - ( C4H10 ) 2980 2150 MAPP(Methyl acetylene propadiene)-(C3H4) 2925 1470 Gás natural - ( CH4 e H2) 2775 2090

16.2.1. Propriedades, produção e armazenagem de gases.

Os gases mais usados em solda de gás oxi-combustível são o oxigênio e o acetileno.

16.2.1.1. Oxigênio

É um gás incolor, inodoro, insípido e ligeiramente mais pesado que o ar. Um metro cúbico de oxigênio a 20º C e a uma pressão atmosférica pesa 1,3 Kg. Sobre pressão normal se liqüefaz a uma temperatura de -182,9 0 C formando um líquido claro e azulado . Um litro de oxigênio líquido pesa 1,14 Kg e produz 860 litros de oxigênio gasoso na evaporação.

Oxigênio comercial é produzido também por eletrólise da água ou mais usualmente pela liquefação do ar atmosférico. O princípio básico do processo de liquefação e que todos os gases vaporizam a diferentes temperaturas. Então, neste processo o ar será primeiramente forçado a passar através da soda cáustica e com a temperatura baixa de até -1940 C na qual se liqüefaz todos os componentes do ar. Quando este ar é liqüefeito e colocado para evaporar lentamente, o nitrogênio e o argônio vaporizam mais rapidamente deixando para trás oxigênio quase puro que é então evaporado e comprimido dentro de um cilindro de aço a uma pressão de aproximadamente 15 MPa em um recipiente a temperatura de 200 C. O oxigênio está pronto para ser transportado para uso em soldagem ou corte por oxi-acetileno.

Oxigênio comprimido estando em contato com gordura ou óleo oxida-se em uma taxa extremamente rápida, então ocorre auto-ignição e pode explodir. Portanto os cilindros contento oxigênio devem ser protegidos do contato com lubrificantes.

16.2.1.2. Acetileno.

O acetileno industrial é um gás incolor que tem um picante e nauseante odor ( cheiro característico de alho ) devido a presença de impurezas. Ele é mais leve que o ar por um fator de 1:1 pode ser facilmente dissolve em líquidos.

O gás acetileno a baixas pressões torna-se muito instável, apresenta perigo de explosão; quando comprimido a pressões entre 15 e 20 bar1 pode detonar por uma simples centelha elétrica, ou uma abertura da chama ou quando aquecido a temperatura de 200 0C em uma alta velocidade. O acetileno decompõe de maneira explosiva a uma temperatura abaixo de 5300C.

Com apenas pequenas quantidades de mistura de acetileno com oxigênio ou ar, esta mistura pode explodir a pressão atmosférica; isto demonstra o cuidado que se deve ter no manuseio do equipamento de soldagem ou corte por oxi-acetileno.

Se uma mistura oxi-acetileno sai do bocal de uma tocha de gás pode entrar em autoignição a uma temperatura de 428 0C.

Gás acetileno é produzido por uma reação de água e carboneto de cálcio. Carboneto de cálcio é formado pela fusão de carvão ou antracite com pedra calcária em alta temperatura em um forno elétrico pela seguinte reação:

carbono de Monóxidocalcio de

Carboneto 2aCalaCoque

COCCOCC3+→+(16.1)

O carboneto de cálcio produzido será resfriado e comprimido em diferentes tipos de blocos e é reativado com água para produzir acetileno que então purificado pela lavagem com água para limpar dos restos de sulfeto e fósforo.

(16.2) Acetileno

hidratada

Cal 2aÁgua

Na reação acima, dependo do tamanho do bloco e das impurezas, mas 1 Kg de CaC2 gerará 250 a 280 litros de gás acetileno.

Amostras de Carbonato de cálcio menores 2 m de espessura são classificadas como pó ou talco. Eles podem ser usados apenas em geradores de acetileno especialmente determinados. Se o pó carbonato de cálcio é usado em um simples gerador pode explodir.

Acetileno utilizado em solda pode ser acondicionado em cilindro ou gerado diretamente por carbonato de cálcio e água prontos para ser utilizados em soldagem em determinados equipamentos. O acetileno é auto explosivo a pressões abaixo de 2 bar portanto não podem ser comprimidos diretamente dentro de simples cilindros. Cilindros utilizados para estocar acetileno são além de tudo especialmente preparados para armazenar uma emulsão de carvão ou acetona, pedra pomes e terra infusória ou alternativamente silicato de cálcio. Ambos materiais formam aglomerado altamente poroso sendo o último com 92% de porosidade. Esta porosidade é feita para complementar o espaço restante do cilindro mas divide este espaço em pequenas células. O ar é eliminado destas células e os espaços nos poros do material são preenchidos com acetona que é capaz de dissolver 23 vezes seu próprio volume de acetileno para ser comprimido seguramente acima de 17 bar. Acetileno armazenado desta maneira é conhecido como AD ( acetileno dissolvido). A pressão do acetileno dissolvido em um cilindro totalmente cheio não deve exceder 1.9 MPa a 20o C.

Quando o acetileno é retirado do cilindro alguma acetona é também levada com ele. Para minimizar a perda de acetona, acetileno não deve ser escoado a uma velocidade maior do que 1700 l/min. Deve deixar no cilindro vazio de acetileno uma pressão positiva de 0,05 a 0,1 MPa a uma temperatura de 20oC, enquanto que em uma temperatura de 35oC a pressão deve ser de 0,3 MPa.

Quando em uso, o cilindro de acetileno deve sempre ficar na posição vertical pois a quantidade excessiva de acetona que pode escapar com acetileno torna a chama com uma cor purpúrea e resulta em uma pobre qualidade de solda.

Embora pode-se usar o acetileno dissolvido, alguns dos usuários preferem produzir o seu próprio suprimento de carbonato de cálcio e água em um equipamento chamado de Gerador de Acetileno. Dois principais métodos podem ser empregados para gerar o acetileno: (i) carbonato com água, e (i) água com carbonato. O método carbonato com água é mais comum. Ele necessita de pequenas amostras de carbonato para ser adicionado em um reservatório de água como mostrado na figura 16.1. Estes geradores podem ser classificados como unidades de baixa pressão, onde a mesma não deva exceder 10 KPa, unidades de média pressão tem uma pressão de gás 10 -70 KPa e unidades de alta pressão que tem gás de 70 a 150 KPa. Contudo, pressões baixa ou média são mais usadas na prática.

A taxa de produção a baixa pressão de um gerador portátil ultrapassa 850 l/hora. O acetileno produzido em geradores são conhecidos com acetileno gerado.

Figura 16.1 – Gerador de acetileno ( AWS Handbook)

16.3. Montagem e Equipamento.

O tipo de montagem com o mínimo equipamento básico necessário para a solda a gás oxi-acetileno como é mostrado no esquema da figura 16.2 a seguir. Consiste de cilindros de oxigênio e de acetileno, cada um destes cilindros está conectado a uma válvula para regular a saída do gás a uma pressão de trabalho, mangueiras para condução do gás até a tocha de solda com varios tipos de bocals para obtenção de misturas de gases na quantidade e qualidade desejada da chama para solda. Cada unidade destas constituem de partes essenciais no controle e utilização de calor necessário para a solda.

figura 16.2 Montagem padrão para soldagem Oxiacetilélica

16.3.1. Cilindros de Gás comprimido.

Existe uma variação muito grande dos cilindros de gás comprimido em capacidade, modelo e na cor. Na maioria dos países, no entanto, o tamanho destes cilindros varia entre 6 e 7 m3 e têm cor preta ou verde para oxigênio e marrom para acetileno.

O oxigênio tem que estar armazenado de forma definitiva em cilindros de aço que possa ser usado na soldagem a qualquer instante.

A parte superior do cilindro não é pintada para deixar em evidencia os dados que o fabricante marcou tal como o número de série, peso líquido, data de fabricação, data para próxima inspeção, operação e teste de pressão, capacidade, e inspetor. Por causa da alta pressão nos cilindros de aço e a possibilidade de deterioração das paredes do cilindro de gás comprimido é necessário que sejam testados em intervalos regulares de cinco anos. Cilindros de oxigênio necessitam ser testados periodicamente com pressão de água acima de 2375 N/m2.

Logo após o uso, uma pressão positiva de oxigênio deveria ser sempre deixada nos cilindros de forma que possam ser identificados para carga e recarga.

Quando a temperatura ambiente passa de 200C, a pressão dos cilindros aumenta correspondentemente. Então, a pressão pode aumentar demais podendo romper o cilindro, um nipe de segurança é então colocada na válvula como mostrado na figura 16..3.

Figura 16.3 – Dispositivo de segurança colocado no cilindro de oxigênio.

O sistema de segurança para o cilindro de oxigênio é conectado uma válvula especial de dupla posição que pode ser operada completamente aberta ou fechada. A posição mais baixa da válvula fecha ou lacra o cilindro durante a carga e a posição mais alta impede a saída de oxigênio do mecanismo de válvula quando a mesma é totalmente aberta. Operando com a válvula parcialmente aberta resulta no vazamento de oxigênio para a atmosfera. Portanto, é importante lembrar-se que o cilindro de oxigênio deve estar com a válvula totalmente aberta ou totalmente fechada.

Cilindros de aço usados para armazenar acetileno dissolvido são providos com plugs de segurança em seu topo e em nipe para permitir o escape de acetileno ou acetona em caso de fogo e estes plugs derretem em temperaturas baixas como 105o C.

16.3.2. Válvulas

Todas as válvulas são constituídas e operadas no mesmo princípio. A função delas e fechar o ar comprimido ou liqüefeito no cilindro. Cada válvula consiste de uma haste que pode ser movida para cima ou para baixo pela rotação de um disco que girado pode levantar ou abaixar a placa da válvula abrindo ou fechando o cilindro.

Válvulas para cilindros de oxigênio são feitas de latão que não e corroída quando exposta ao oxigênio. Reguladores de pressão do oxigênio são conectados as válvulas do cilindros. Válvulas ajustadoras no cilindro de oxigênio devem ser mantidas limpas e livres de óleo ou graxa. Estas válvulas podem ser usadas em cilindros contendo nitrogênio, argônio, ar comprimido e dióxido de carbono.

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