Combustíveis no processo de soldagem oxiacetileno

Transcrição

1 capítulo 1 Combustíveis no processo de soldagem oxiacetileno Objetivos deste capítulo Identificar os cilindros de oxigênio pela sua cor Entender como o acetileno é produzido Entender o processo utilizado para a purificação do oxigênio Saber como armazenar apropriadamente os cilindros de oxigênio e acetileno Saber como operar com segurança os cilindros de oxigênio e acetileno Saber como a acetona é utilizada com o acetileno Saber como manter os cilindros de gases apropriadamente posicionados Saber a que temperatura funde a válvula de segurança do cilindro de acetileno

2 Soldagem Soldagem é um processo utilizado para unir duas ou mais peças de metal, de tal modo que resulte em uma peça final tão resistente quanto o metal original. O processo de SOLDAGEM OXIACETILENO foi desenvolvido há cerca de 100 anos. Desde então, houve uma série de novos processos e constantes desenvolvimentos da união dos metais por soldagem. Os processos de união dos metais por soldagem podem ser classificados em três categorias: processos de soldagem que utilizam gás, processos de soldagem que utilizam corrente elétrica e processos de soldagem que utilizam gás e corrente elétrica. A produção em série exige o uso de processos que requerem tanto a mão de obra treinada quanto equipamentos adequados à tecnologia empregada, por isso, os soldadores amadores não estão interessados em trabalhos de produção seriada. História do processo de soldagem a gás O processo de soldagem a gás está entre os mais antigos processos de soldagem. O caldeamento, processo de soldagem no estado sólido por martelamento, é o mais antigo dos processos de soldagem. No processo de soldagem que utiliza os gases oxigênio e acetileno, é produzida uma chama que possui temperatura mais elevada do que a temperatura de fusão da maioria dos metais. Dependendo da regulagem adotada, a temperatura no interior de uma chama oxiacetilênica varia, sendo adotada uma temperatura média para a chama de o C. O processo de soldagem utilizando oxigênio e acetileno é amplamente usado, e é inimaginável que esta combinação de gases somente tenha aparecido no início do século XX. A soldagem oxiacetilênica foi primeiramente utilizada devido aos experimentos e descobertas do químico francês Henri Le Chatelier, em Ele foi o primeiro a perceber que a reação de queima do oxigênio com o acetileno produzia uma chama com temperatura muito mais elevada do que qualquer outra chama existente. Depois que os benefícios da chama oxiacetilênica ficaram conhecidos do mundo industrial, o seu conhecimento se difundiu e ela foi rapidamente utilizada. Após o desenvolvimento do modo de transporte e de armazenamento do oxigênio e do acetileno, ocorreu a rápida disseminação do uso deste novo processo para a união dos metais. Durante a Primeira Guerra Mundial, o uso do processo de soldagem por oxiacetileno foi acelerado. A exigência para o suprimento das forças armadas e o reparo de equipamentos pesados existentes chamou a atenção de todos para a soldagem oxiacetilênica. Após a guerra, surgiu a necessidade de um maior controle sobre o processo de soldagem, sendo desenvolvidas máquinas que pudessem soldar controladamente. O processo de soldagem e corte utilizando oxiacetileno é o mais versátil meio de trabalhar com metais. Nenhum outro equipamento ou processo em uso na indústria metalúrgica é capaz de realizar uma variedade de trabalhos tão grande em tantos tipos e espessuras de materiais metálicos. A soldagem oxiacetilênica também é um processo fácil de aprender e é o mais versátil para o soldador aprendiz. Este livro é dedicado principalmente para este tipo de processo de soldagem. O processo oxiacetilênico pode ser usado para UNIR, AQUECER e CORTAR metais. A união por soldagem é uma importante aplicação do processo oxiacetilênico. Nesse caso, duas bordas de um metal são aquecidas até fundirem-se. O material fundido se mistura, apresentando-se como uma liga que se une ao material-base após a solidificação (Fig. 1-1). O aquecimento com o processo oxiacetilênico é normalmente utilizado em processos de conformação para a obtenção de várias formas e contornos e em operações de tratamento térmico, como o recozimento, a têmpera por chama, a têmpera em água ou óleo, a cementação e o alívio de tensões (Fig. 1-2). Um último e importante uso do oxiacetileno é o corte de metais. Nessa aplicação, um fluxo de oxi- 8

3 Figura 1-1 Soldagem é um processo de trabalho utilizado para unir materiais metálicos. A junta do metal é aquecida até o ponto de fusão dos materiais, os quais se misturam formando um conjunto que, quando solidificado, une as peças. gênio puro é direcionado contra a área aquecida do metal. Essa ação ocasiona a oxidação do metal ou sua queima. Uma vez oxidado, o metal não se une mais às partes adjacentes e o material encontra-se separado ou cortado (Fig. 1-3). Considerando o próprio nome oxiacetileno, é óbvio que este processo de soldagem usa a combinação dos gases oxigênio e acetileno. Para entender esses componentes básicos, é necessário discutir ambas as substâncias e explicar sua importância para o processo de soldagem. Oxigênio O oxigênio está presente em pequenas quantidades no ar que respiramos. Aproximadamente um quinto do ar da atmosfera é oxigênio. O oxigênio utilizado no processo de soldagem é tão puro quanto possível acima de 99% de pureza. O método usado para produzir oxigênio puro para a soldagem e para fins médicos é chamado de PROCESSO DE AR LÍQUIDO. Processo de ar líquido Segue uma descrição simplificada do processo de obtenção de oxigênio denominado ar líquido. A composição em volume do ar atmosférico consiste de aproximadamente 20% de oxigênio, 78% de nitrogênio e 2% de outros gases. O oxigênio e o nitrogênio têm diferentes temperaturas de ebulição. No processo de ar líquido, o ar é aquecido por compressão até certa temperatura. Mantendo-se o ar comprimido a uma temperatura para a qual o nitrogênio entra em ebulição, 146 ºC, consegue-se separar o nitrogênio do restante dos gases. capítulo 1 Combustíveis no processo de soldagem oxiacetileno 9

4 Figura 1-2 A soldagem é normalmente utilizada para aquecer e conformar os metais, como está sendo aplicada a esta reforma do paralama no automóvel. Soldagem Após a remoção do nitrogênio do ar atmosférico, permanecem o oxigênio e uma pequena quantidade remasnescente de outros gases. Estes incluem o dióxido de carbono, o argônio, o hidrogênio, o neon e o hélio. O oxigênio possui o ponto de ebulição mais elevado desses gases; assim, para separá-lo completamente, a mistura remanescente é aquecida até que somente o oxigênio permaneça sem ebulir. O oxigênio puro é então armazenado como um gás ou um líquido, dependendo do seu uso. O processo que utiliza o ar líquido é provavelmente o mais utilizado dos processos de produção do oxigênio. Cilindros O oxigênio é vendido normalmente em cilindros de três tamanhos, os quais possuem capacidade hidráulica para 7, 3,6 e 2,8 litros (Fig. 1-4). Os requisitos legais para a segurança de cilindros de oxigênio são muito exigentes. Os cilindros devem suportar 500 bar (fator de segurança 2,5 vezes à pressão de serviço). Os cilindros são regulamentadeos e as recomendações são impostas por diversas normas e órgaos internacionais, como: ISO, DOT, TC, CEN, ABNT, IRAM, BS, COVENIN, NTC, NZ, IS. Nenhuma espessura do cilindro deve ser menor do que 6,35 mm. Todo o cilindro deve ser fabricado a partir de uma peça maciça de aço, como o forjamento a partir de um tarugo maciço. O aço deve ser do tipo usado em vasos de pressão, contendo elevado teor de carbono (Fig. 1-5). Como as instituições controladoras e fiscalizadoras exigem inspeção periódica dos cilindros de oxigênio, poucos usuários individuais compram ou são donos de cilindros. As empresas distribuidoras de oxigênio são donas dos cilindros e os alugam, sendo, portanto, responsáveis pelos cilindros estarem 10

5 Figura 1-3 O corte de metais pode ser obtido pelo uso do equipamento de soldagem. Figura 1-4 Os três cilindros portáteis de oxigênio mais populares possuem capacidade hidráulica para 7, 3,6 e 2,8 litros. de acordo e atenderem às exigências das normas regulamentadoras. A cor aceita pela maioria dos fornecedores para os cilindros de oxigênio, as mangueiras e os manípulos dos registros de controle é o verde. No Tampa metálica removível (capacete) Válvula de bronze Dispositivo ou válvula de segurança Anel de reforço Capacidade de oxigênio no cilindro de 6,9 m 3, a 150 atm e 20 ºC I.D. (215,9 mm) O.D (228,6 mm) (1,3 m) Figura 1-5 Cilindro vertical típico para o armazenamento de 6,9 m 3 de oxigênio. capítulo 1 Combustíveis no processo de soldagem oxiacetileno 11

6 entanto, como não existe regulamento para que a cor seja verde, muitas empresas fornecedoras utilizam uma cor especial que os identifica. O usuário deve se familiarizar com a cor da empresa que fornece o cilindro de oxigênio. Normalmente, duas empresas fornecedoras na mesma cidade terão duas cores diferentes para os cilindros de oxigênio. Soldagem Práticas de segurança Os cilindros de oxigênio não são perigosos quando usados e armazenados de acordo com as precauções de segurança sugeridas pela legislação regulamentadora. O ideal é somente utilizar cilindros com marcas que identifiquem o órgão controlador e as normas utilizadas para os testes de aprovação. Dessa forma, pode-se ter certeza de que as exigências da legislação de segurança são cumpridas. Armazene os cilindros apenas em locais seguros, fixando-os no local, pois isso garante que os cilindros não tombem ao receber choques de veículos em movimento. Mantenha os cilindros longe de tubulações, aquecedores, radiadores de calor, fornos ou outros equipamentos aquecidos. Se os cilindros são armazenados ao relento, sem proteção de telhados, eles devem ser protegidos da água, do calor, do frio e da radiação direta do sol. Nunca use os cilindros de oxigênio para outros fins que não o de armazenar oxigênio. Por exemplo, não se deve utilizar o cilindro de oxigênio como rolete para mover objetos largos ou pesados, ou utilizá-los como apoio ou suporte. Os cilindros de oxigênio sempre devem ser armazenados e utilizados na posição vertical, em pé. Em muitos casos, um dispositivo manual especificamente projetado para apoiar e mover dois cilindros (o de oxigênio e o de acetileno) é a melhor maneira de armazenar e usar o oxigênio. Para a movimentação segura dos cilindros, estes devem ser fixos ao dispositivo manual de transporte, utilizando-se para isso uma corrente ou presilhas metálicas. Assim, previne-se o seu tombamento ou queda durante o transporte (Fig. 1-6). Figura 1-6 Tanto o cilindro de oxigênio quanto o de acetileno devem ser acorrentados para prevenir tombamento ou queda acidental. Nunca utilize a válvula no topo do cilindro para levantá-lo. A melhor maneira de levantar um cilindro é verificar se a capa de proteção da válvula (capacete) está rosqueada e firme. Após isso, levante o cilindro cuidadosamente, pegando a capa da válvula firmemente (Fig.1-7). Antes do levantamento Figura 1-7 Toda a vez que o cilindro de oxigênio ou acetileno deve ser levantado segure firme a capa protetora (capacete) que protege a parte superior do cilindor e levante-o cuidadosamente. 12

7 Dica rápida Os cilindros de oxigênio (bem como os de acetileno) podem ser alugados para um período fixo de tempo. Para tanto, realiza-se um contrato de aluguel e/ou empréstimo dos cilindros, a ser negociado com o fornecedor. Apenas o oxigênio gasto deve ser pago, uma vez que é este que se utiliza. Quando for necessário mais oxigênio, devolve-se o cilindro vazio ao fornecedor, que o troca por um cilindro cheio. Pode-se comprar oxigênio e acetileno para preencher os tanques de acordo com a sua necessidade. Contate o fornecedor sobre esta modalidade. O preço do aluguel de cilindros varia de uma região para outra e entre fornecedores. do cilindro, tome o cuidado de adotar a posição mais ergonômica possível. Nunca permita que os cilindros de oxigênio fiquem em contato com fios elétricos energizados ou outro equipamento elétrico qualquer. Mantenha os cilindros longe do trabalho de soldagem e de corte. Tenha certeza de que as mangueiras contendo oxigênio e acetileno não estão embaixo das peças que estão sendo trabalhadas. Abra as válvulas do cilindro completamente quando estiver trabalhando, e sempre feche-as quando o trabalho terminar. Nunca deixe as válvulas dos cilindros abertas quando não estiver no entorno do posto de trabalho. Quando os cilindros não estão em uso, as válvulas devem sempre estar completamente fechadas, estejam os cilindros cheios ou vazios. Se houver uma parada para lanche, por exemplo, feche as válvulas e purgue das mangueiras o resto de oxigênio ou acetileno. Este procedimento será explicado detalhadamente na sequência do texto (veja a Fig.1-8). Nunca use oxigênio em locais com óleo ou graxas, uma vez que estas substâncias queimam violentamente em presença de oxigênio puro sob pressão. Figura 1-8 Sempre feche as válvulas de fluxo dos cilindros de oxigênio e de acetileno quando o serviço for terminado ou a interrupção for por mais de 10 minutos. Não use nenhuma graxa ou óleo nos engates, roscas e nos reguladores de vazão e pressão. Nunca use oxigênio para outro fim a não ser para o processo de soldagem ou corte. O oxigênio puro não é inflamável por si só, mas é um acelerador que pode causar calor intenso quando adicionado a uma chama, mesmo que esta seja de tamanho pequeno. Existe um grande perigo se o oxigênio é usado para tirar o pó do local de serviço ou da própria roupa do soldador. Do mesmo modo, o oxigênio não deve ser utilizado para ventilação, teste ou ensaio de pressão em qualquer tipo de equipamento, ou em qualquer outro tipo de situação que implique em uma situação de risco. Acetileno O acetileno é produzido combinando a água e o carbeto de cálcio, comumente chamado de carbureto. Quando o carbeto de cálcio é colocado na água, ocorre uma reação que ocasiona o aparecimento de bolhas de gás. O gás emergente é o acetileno. Ele possui um odor característico e, quando entra em combustão, queima produzindo carbono livre, uma fumaça preta que se eleva no ar (picumã). Depois que a reação do carbeto de cálcio capítulo 1 Combustíveis no processo de soldagem oxiacetileno 13

8 Soldagem com a água cessa, permanece um resíduo branco na água. Esse produto final é hidratado, o HIDRÓXI- DO DE CÁLCIO, o qual é muito usado na indústria de fertilizantes. É interessante ressaltar que as antigas lâmpadas utilizadas na cabeça pelos mineiros são chamadas de LÂMPADAS DE CARBETO ou de carbureto. Elas funcionam adicionando água às pedras de carbureto, as quais se encontram em um reservatório. O gás formado nesse reservatório é forçado para fora por um orifício e sai em forma de jato. Este gás é aceso na frente de uma placa refletora que ilumina com um feixe de luz clara (Fig. 1-9). Gerador de acetileno ou carbureteira O acetileno é produzido comercialmente com um processo muito parecido com o usado na lâmpada de mineiro, diferindo apenas na escala de produção. Indústrias que consomem grandes quantidades de acetileno possuem seus próprios geradores que suprem a necessidade de todo o acetileno consumido. Esses geradores são denominados de GERADOR DE ACETILENO ou CARBURETEIRA e são quase totalmente automatizados. Nesses tipos de geradores, pequenas quantidades de carbeto de cálcio são inseridas em um recipiente grande com água e sem vazamento (vedado). A energia térmica decorrente da reação química é absorvida pela própria água. O gás acetileno é capturado quando ele sobe Figura 1-9 Uma lâmpada de mineiro funciona com o mesmo princípio de um gerador de acetileno. para o topo do reservatório. Este gás é então utilizado diretamente ou armazenado para uso futuro (Fig. 1-10). Reservatórios ou cilindros de acetileno Para o soldador iniciante, a única maneira de obtenção do acetileno é em um cilindro especial, o qual é semelhante, mas menor, a um cilindro de oxigênio convencional. Os três tamanhos comuns de cilindros de acetileno são 8,5 m 3, 2,8 m 3 e 1,7 m 3 (Fig. 1-11). Um tanque cheio de acetileno registra em um manômetro a pressão de aproximadamente 15,3 atm (225 psig). Como para o oxigênio, os órgãos regulamentadores estabeleceram normas e regulamentos para os reservatórios e cilindros de acetileno. Uma das regras a ser observada é que o acetileno livre não deve ser armazenado a pressões acima de uma atmosfera (15 psig). Não é um problema ter esta pressão, uma vez que tanto a solda quanto o corte podem ser efetuados com pressões menores do que a atmosférica. Para armazenar acetileno à pressão abaixo da atmosférica (15 psig), foram desenvolvidos reservatórios especiais. Um tanque cilíndrico é construído com aço utilizado para a construção de vasos de pressão, sendo preenchido com uma substância sólida monolítica porosa, como o silicato de cálcio. Após isso, o tanque cilíndrico é preenchido com acetona, um produto químico líquido que absorve acetileno até 25 vezes o seu próprio volume. Quando o cilindro é preenchido com acetileno até 15,3 atm (225 psig), a acetona dissolve o acetileno e o torna seguro porque o acetileno não está livre (Fig. 1-12). Os cilindros de acetileno possuem uma válvula no top o em que o regulador é fixado. Esta válvula é similar à válvula dos cilindros de oxigênio, exceto pelo fato de ela possuir rosca esquerda. Para abrir a válvula, deve-se girá-la no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio; para fechá-la, gira-se no sentido dos ponteiros do relógio. Este procedimento é 14

9 Válvula de alívio Carbonato de cálcio Gás acetileno Válvula de controle Carbetos de cálcio (grânulos) Entrada de água Entrada de água Gás acetileno através da água Água Bolhas de gás de acetileno Válvula Braço agitador oposto ao das válvulas de controle convencionais, como a do oxigênio. Todos os reservatórios cilíndricos de acetileno possuem uma válvula de segurança no topo ou na base do cilindro. Essas válvulas de segurança são projetadas para fundir à temperatura de 100 ºC em caso de incêndio. É desnecessário ressaltar que os cilindros devem ser armazenados e utilizados longe de qualquer fonte de calor. Se a válvula de segurança funde, todo o acetileno e a acetona fluem do interior do cilindro (Fig. 1-14). Precauções Dreno Figura 1-10 Vista em corte de um gerador de acetileno. Como para os cilindros de oxigênio, existe uma série de precauções que devem sempre ser observadas. Cloreto de cálcio Figura 1-11 Os três tamanhos comuns de cilindros portáteis de acetileno são 8,5 m 3, 2,8 m 3 e 1,7 m 3. Também existem cilindros de outras formas. Dica rápida Observe que todas as conexões no cilindro de acetileno, nas mangueiras e no manípulo são esquerdas. Cada união de latão tem uma identificação gravada no seu corpo para a identificação rápida. capítulo 1 Combustíveis no processo de soldagem oxiacetileno 15

10 Válvula de segurança Recheio poroso Figura 1-12 Vista em corte de um cilindro típico de acetileno, mostrando o recheio poroso utilizado. Figura 1-14 A válvula de segurança no cilindro de acetileno é especialmente projetada para fundir a temperatura de 100 C, a mesma temperatura em que a água entra em ebulição. Soldagem Porca Figura 1-13 Conexão de um regulador de acetileno. Observe que todas as porcas têm uma identificação em forma de entalhe no seu entorno. Todas as conexões com rosca esquerda têm esses entalhes. Estas incluem as seguintes recomendações para a operação e o armazenamento seguro do acetileno. Sempre denomine o acetileno pelo seu próprio nome acetileno. Ele não deve nunca ser denominado de gás, uma vez que ele é muito diferente dos outros tipos de gás usados em uma cozinha, forno ou automóvel. O acetileno deve ser armazenado longe de fontes de calor e de combustíveis. O armazenamento ideal é em local frio, seco e longe de materiais inflamáveis. Manuseie os cilindros de acetileno com cuidado. As válvulas de segurança fundem à mesma temperatura de ebulição da água. Eles podem fundir e abrir se manuseados incorretamente. Como com o oxigênio, os cilindros de acetileno devem ser fixados quando estão armazenados ou sendo utilizados, eliminando a possibilidade de tombamento. A melhor maneira de movimentar e armazenar os cilindros de acetileno e oxigênio é utilizar um dispositivo manual móvel para acomodar os cilindros. Não abra a válvula de um cilindro de acetileno mais do que uma volta e meia, uma vez que isso pode ocasionar o arraste de acetona juntamente com o acetileno. A acetona ocasiona a degradação das partes de borracha e de plástico do sistema, incluindo as 16

11 mangueiras e o regulador. Desse modo, não é possível que a acetona escape do cilindro. Sempre use o cilindro de acetileno na posição vertical, em pé. Nunca use o cilindro em qualquer outra posição que não seja a vertical. Questões de revisão 1. Há quanto tempo existe o processo de soldagem que utiliza oxigênio e acetileno como fonte de calor? 2. Qual é a tempertura média de uma chama oxiacetilênica? 3. Quem foi o químico francês que utilizou pela primeira vez o acetileno para soldar? 4. Que processo de soldagem foi utilizado na Primeira Guerra Mundial? 5. Além de soldar, o oxiacetileno também é utilizado para quê? 6. Qual é a pureza do oxigênio utilizado para soldagem? 7. Qual é o nome dado ao processo utilizado para purificar o oxigênio? 8. Além de na forma de gás, de que outra forma o oxigênio puro pode ser armazenado? 9. Quais são os três tamanhos de cilindros de oxigênio mais utilizados? 10. Quem é responsável pelo atendimento às normas e recomendações da legislação de segurança dos cilindros alugados? 11. Os cilindros de oxigênio devem ser sempre mantidos longe de quê? 12. O que se deve fazer sempre com os cilindros de acetileno e oxigênio para evitar acidentes? 13. Além de água, o que é utilizado na produção do acetileno? 14. Quais são os três tamanhos usuais dos cilindros de acetileno? 15. Que tipo de cilindro para gás possui o regulador com a rosca esquerda? 16. A que temperatura funde a válvula de segurança existente no topo dos cilindros de acetileno? capítulo 1 Combustíveis no processo de soldagem oxiacetileno 17