Corte de gás: Um guia completo

Eis a versão optimizada do parágrafo fornecido:

1. Introdução ao corte de gás

O corte oxi-combustível, também conhecido como corte por chama ou corte oxiacetilénico, é um processo de corte térmico altamente eficiente, amplamente utilizado no fabrico de equipamento. Este método aproveita a reação exotérmica entre o oxigénio puro e o metal aquecido para criar cortes precisos em materiais ferrosos.

A simplicidade e a facilidade de operação dos equipamentos de corte oxicombustível tornam-nos particularmente adequados para o processamento de aço carbono e aço de baixa liga. É excelente na produção de cortes precisos em linhas rectas, círculos e formas complexas, com a capacidade de lidar com uma vasta gama de espessuras de material, tipicamente de 5 mm a 300 mm.

Recentes avanços na tecnologia CNC, sistemas de rastreamento fotoelétrico e bicos de corte de alta performance aumentaram significativamente o potencial de automação do corte oxi-combustível. Estas inovações levaram à melhoria da precisão de corte, ao aumento da produtividade e à redução da dependência do operador.

O processo de corte oxi-combustível utiliza um maçarico que mistura um gás combustível (normalmente acetileno) com oxigénio para gerar uma chama de alta temperatura. Esta chama pré-aquece o metal no ponto de corte até à sua temperatura de ignição (aproximadamente 870°C para o aço macio). Subsequentemente, um jato de oxigénio puro é dirigido para a área pré-aquecida, iniciando uma rápida reação de oxidação. O óxido fundido resultante é expulso da fenda de corte pela força do jato de oxigénio, criando um corte limpo.

Para um desempenho de corte ótimo, a pureza do oxigénio deve ser superior a 99,5%. Embora o acetileno seja o gás combustível preferido devido à sua elevada temperatura de chama (3160°C) e eficiência de corte, podem ser utilizados gases combustíveis alternativos, como o propano, o gás natural ou o gás MAPP, em aplicações específicas ou quando o acetileno não está disponível.

A tocha de corte é o componente crítico do equipamento de corte oxi-combustível. Seu projeto influencia a velocidade de corte, a qualidade e a eficiência geral. Os maçaricos modernos incorporam frequentemente características como o pré-aquecimento multi-chama, bicos de alta velocidade e designs ergonómicos para melhorar o desempenho e o conforto do operador.

Os sistemas de corte oxicombustível variam desde configurações manuais portáteis que utilizam botijas de gás até máquinas automatizadas sofisticadas. Os sistemas avançados podem incluir várias cabeças de corte, controlo numérico computorizado (CNC) e software CAD/CAM integrado para operações de corte complexas. Estes sistemas automatizados são particularmente benéficos em cenários de produção em massa, oferecendo maior rendimento e consistência.

As principais vantagens do corte oxi-combustível incluem:

1. Capacidade de cortar materiais espessos (até 300 mm ou mais)
2. Baixo custo do equipamento em comparação com outros métodos de corte térmico
3. Capacidade de cortar diretamente os chanfros
4. Zona afetada pelo calor (HAZ) mínima quando corretamente executada
5. Adequação para operações no terreno devido à portabilidade

No entanto, é importante notar que o corte oxicombustível está limitado a materiais ferrosos e pode não ser adequado para aplicações de alta precisão ou corte de materiais finos (abaixo de 5 mm), onde o corte por plasma ou laser pode ser mais apropriado.

2. Mecanismo e condições de corte a gás

O corte a gás, também conhecido como corte oxi-combustível, é um processo de corte térmico que utiliza uma combinação de gás combustível e oxigénio para cortar metais. O mecanismo envolve o pré-aquecimento do metal à sua temperatura de ignição e, em seguida, a sua rápida oxidação com um fluxo de oxigénio de alta pureza. Este processo cria um corte contínuo e preciso na peça de trabalho.

O mecanismo de corte ocorre nas seguintes fases:

1. Pré-aquecimento: Uma chama de oxigénio-acetileno aquece o metal no ponto de corte até à sua temperatura de ignição.
2. Oxidação: Uma corrente de alta velocidade de oxigénio puro é dirigida para o metal pré-aquecido, iniciando uma oxidação rápida.
3. Fusão: O calor gerado pela reação de oxidação exotérmica funde o metal e os seus óxidos.
4. Remoção: O jato de oxigénio a alta pressão expulsa o metal fundido e os óxidos do corte, criando um corte limpo.
5. Progressão: À medida que a tocha de corte avança, este processo repete-se continuamente, produzindo um corte contínuo na peça de trabalho.

Para que o corte de gás seja bem sucedido, devem ser satisfeitas as seguintes condições

1. Temperatura de ignição: A temperatura de ignição do metal deve ser inferior ao seu ponto de fusão para garantir que a oxidação começa antes de o metal se liquefazer.
2. Ponto de fusão do óxido: O ponto de fusão do óxido metálico deve ser inferior ao do metal de base para facilitar a sua remoção.
3. Reação exotérmica: O metal deve libertar calor suficiente durante a combustão. No corte de aço de baixo carbono, aproximadamente 70% do calor total necessário provém da reação exotérmica, enquanto o pré-aquecimento da chama contribui apenas com 15-30%.
4. Condutividade térmica: O metal deve ter uma condutividade térmica moderada. Uma condutividade excessiva leva a uma rápida dissipação de calor, impedindo o início ou a continuação do processo de corte. É por esta razão que os metais de elevada condutividade, como o cobre, são difíceis de cortar com este método.
5. Fluidez dos óxidos: Os óxidos gerados devem ter uma boa fluidez para garantir uma remoção eficaz pela corrente de oxigénio, mantendo um processo de corte sem obstruções.
6. Compatibilidade de materiais: Metais como o aço de baixo carbono, o aço de médio carbono e alguns aços de baixa liga são adequados para o corte a gás. No entanto, o aço com elevado teor de carbono, o ferro fundido, o aço inoxidável e os metais não ferrosos, como o cobre e o alumínio, não são geralmente adequados devido ao facto de não cumprirem uma ou mais das condições acima referidas.

3. Equipamento de corte a gás

As máquinas de corte a gás são sistemas automatizados que substituem as tochas de corte manual, oferecendo maior produtividade, qualidade de corte superior, redução da fadiga do operador e melhor relação custo-eficácia nos processos de fabrico de metais.

1) Máquina de corte a gás semi-automática:

Este sistema é composto por um carro compacto e autopropulsado que guia o bico de corte ao longo de uma trajetória pré-determinada. Embora o movimento do carro seja automatizado, a trajetória requer um ajuste manual, permitindo um equilíbrio entre a automatização e o controlo do operador.

2) Máquina de corte de perfis a gás:

a) Tipo pórtico: Utiliza uma estrutura de pórtico robusta em que o bocal de corte se desloca ao longo do perfil da peça de trabalho através de mecanismos de rodas concebidos com precisão, garantindo estabilidade e precisão em operações de corte complexas.

b) Tipo braço articulado: Utiliza um sistema de braço articulado que gira para guiar o bocal de corte, oferecendo uma maior flexibilidade para o corte de perfis complexos, particularmente adequado para formas curvas ou irregulares.

3) Máquina de corte a gás de rastreio fotoelétrico:

Este sistema avançado incorpora sensores fotoeléctricos para detetar e seguir padrões ou modelos pré-desenhados. A tocha de corte é guiada automaticamente ao longo do perfil, permitindo o corte automatizado de alta precisão de formas complexas com o mínimo de intervenção do operador.

4) Máquina de corte a gás CNC:

O Controlo Numérico Computadorizado (CNC) representa uma metodologia de controlo sofisticada em que as instruções digitais governam as operações da máquina. Nos sistemas de corte a gás CNC, um computador interpreta e executa percursos de corte programados, controlando parâmetros como o movimento da tocha, a velocidade de corte e o fluxo de gás. Esta tecnologia permite:

• Reprodução precisa de padrões de corte complexos
• Otimização dos parâmetros de corte para vários tipos e espessuras de materiais
• Integração com sistemas CAD/CAM para fluxos de trabalho simplificados do projeto à produção
• Repetibilidade e consistência melhoradas em cenários de produção de grande volume

As modernas máquinas de corte a gás CNC incorporam frequentemente controlo multieixos, permitindo cortes biselados e perfis 3D, expandindo ainda mais as suas capacidades em processos avançados de fabrico de metal.

4. Processo de corte a gás

O processo de corte a gás inclui principalmente a pressão do oxigénio de corte, a velocidade de corte, a eficiência da chama de pré-aquecimento, o ângulo de inclinação do bocal de corte e da peça de trabalho e a distância entre o bocal de corte e a peça de trabalho.

1) Pressão do oxigénio de corte:

É influenciado pela espessura da peça de trabalho, pelo tipo de bico de corte e pela pureza do oxigénio.

Ao cortar materiais finos, uma tamanho do bico de corte e deve ser selecionada uma pressão de oxigénio mais baixa.

A pureza do oxigénio tem um impacto significativo na velocidade de corte, no consumo de gás e na qualidade do corte.

2) Velocidade de corte:

Depende da espessura da peça de trabalho e da forma do bocal de corte. À medida que a espessura aumenta, a velocidade de corte diminui.

A velocidade de corte não deve ser demasiado rápida ou demasiado lenta, pois pode provocar um arrastamento excessivo e cortes incompletos.

A correção da velocidade de corte é avaliada principalmente com base na quantidade de arrasto no corte.

3) Eficiência da chama de pré-aquecimento:

 Uma chama neutra ou uma chama ligeiramente oxidante é utilizada para o pré-aquecimento no corte a gás, e não deve ser utilizada uma chama carburizante.

 A eficiência da chama de pré-aquecimento é expressa em termos da taxa de consumo do gás combustível por hora.

 A eficiência da chama de pré-aquecimento está relacionada com a espessura da peça de trabalho.

4) Ângulo de inclinação do bico de corte e da peça de trabalho:

O ângulo de inclinação do bocal de corte e da peça de trabalho é determinado principalmente pela espessura da peça de trabalho.

O ângulo de inclinação do bocal de corte e da peça de trabalho afecta diretamente a velocidade de corte e o arrastamento.

Uma inclinação para trás pode reduzir o arrastamento e aumentar a velocidade de corte.

5) Distância entre o bico de corte e a superfície da peça de trabalho:

A distância entre o bocal de corte e a superfície da peça de trabalho deve ser determinada com base no comprimento da chama de pré-aquecimento e na espessura da peça de trabalho, geralmente cerca de 3 a 5 mm.

Quando δ<20mm, a chama pode ser mais longa e a distância pode ser aumentada em conformidade.

Quando δ>=20mm, a chama deve ser mais curta e a distância pode ser reduzida.

6) Requisitos de qualidade dos cortes a gás:

A superfície do corte a gás deve ser lisa e limpa, com linhas grossas e finas consistentes. A escória de óxido de ferro produzida durante o corte a gás é fácil de destacar. O intervalo do corte de corte a gás deve ser estreito e consistente, e não deve haver derretimento do chapa de aço arestas.

Critérios de avaliação e classificação da qualidade dos cortes:

a) Rugosidade da superfície: A rugosidade da superfície refere-se à distância entre os picos e os vales da superfície de corte (média de cinco pontos arbitrários), indicada por G.

b) Planicidade: A planicidade refere-se ao nível de irregularidade ao longo da direção de corte perpendicular à superfície de corte. É calculada como uma percentagem da espessura δ da chapa de aço cortada, indicada por B.

c) Grau de fusão do bordo superior: Refere-se à extensão da fusão ou colapso durante o processo de corte a gás, manifestada pela presença de cantos colapsados e pela formação de gotículas intermitentes ou contínuas ou de tiras fundidas, indicadas por S.

d) Escória suspensa: A escória suspensa refere-se ao óxido de ferro que adere ao bordo inferior da superfície de corte. É classificada em diferentes graus com base na quantidade de aderência e na dificuldade de remoção, indicada por Z.

e) Espaçamento máximo entre defeitos: O espaçamento máximo entre defeitos refere-se ao aparecimento de ranhuras na superfície de corte ao longo da direção da linha de corte devido a vibrações ou interrupções, causando uma diminuição súbita da rugosidade da superfície. A profundidade da ranhura está compreendida entre 0,32 mm e 1,2 mm, e a largura da ranhura não excede 5 mm. Tais ranhuras são consideradas defeitos. O espaçamento máximo entre defeitos é indicado por Q.

f) Retilinearidade: A retidão refere-se à distância entre a linha reta que liga os pontos inicial e final ao longo da direção de corte e a superfície de corte em forma de coroa. É indicada por P.

g) Perpendicularidade: A perpendicularidade refere-se ao desvio máximo entre a superfície de corte real e a linha perpendicular à superfície do metal que está a ser cortado.

7) Causas e métodos de prevenção de defeitos comuns:

(1) Largura excessiva e superfície rugosa do corte:

Isto é causado por uma pressão de oxigénio de corte excessiva. Quando a pressão do oxigénio de corte é demasiado baixa, a escória não pode ser soprada, o que faz com que a escória se junte e seja difícil de remover.

Prevenção: Ajustar a pressão do oxigénio de corte a um nível adequado para a largura de corte e rugosidade da superfície pretendidas.

(2) Superfície irregular ou fusão dos bordos:

Isto é causado por uma intensidade de chama de pré-aquecimento excessiva ou corte lento velocidade. Uma intensidade de chama de pré-aquecimento insuficiente pode levar a interrupções no processo de corte e a uma superfície irregular.

Prevenção: Assegurar uma intensidade de chama de pré-aquecimento adequada para obter um corte regular e uniforme.

(3) Arrastamento excessivo após o corte:

Isto ocorre quando a velocidade de corte é demasiado rápida, resultando em arrastamento excessivo e cortes incompletos. Em casos graves, a escória pode voar para cima e causar reaquecimento.

Prevenção: Ajustar a velocidade de corte a um nível adequado para obter um corte correto sem arrastamento excessivo.

8) Formas de melhorar a qualidade da superfície de corte:

(1) Pressão adequada do oxigénio de corte:

Uma pressão de oxigénio de corte excessiva pode resultar num corte mais largo e numa superfície rugosa, desperdiçando oxigénio. Uma pressão de oxigénio de corte insuficiente pode fazer com que a escória se junte e seja difícil de remover.

Solução: Ajustar a pressão do oxigénio de corte para um nível adequado à qualidade de corte pretendida.

(2) Intensidade correcta da chama de pré-aquecimento:

Uma intensidade excessiva da chama de pré-aquecimento pode levar à fusão das arestas na superfície de corte, enquanto uma intensidade insuficiente pode causar interrupções no processo de corte e uma superfície irregular.

Solução: Assegurar uma intensidade de chama de pré-aquecimento adequada para um corte suave e homogéneo.

(3) Velocidade de corte correcta:

Quando a velocidade de corte é demasiado rápida, pode resultar em arrastamento excessivo, cortes incompletos e escória a voar para cima, levando ao reaquecimento. Quando a velocidade de corte é demasiado lenta, as arestas da chapa de aço podem derreter, desperdiçar gás e as chapas mais finas podem sofrer deformação e adesão excessivas, dificultando a limpeza pós-corte.

Solução: Ajustar a velocidade de corte para um nível adequado à qualidade de corte pretendida.

5. Vantagens e desvantagens do corte a gás

Vantagens do corte a gás

1. O corte a gás oferece uma velocidade superior em comparação com os métodos de corte mecânico, aumentando significativamente a produtividade nos processos de fabrico de metais.
2. Fornece soluções económicas para o corte de formas complexas e secções espessas que se revelam um desafio para os métodos mecânicos convencionais, particularmente quando se utilizam combinações de oxigénio-acetileno.
3. O investimento inicial do equipamento de corte a gás é inferior ao das alternativas mecânicas. A sua natureza leve e portátil torna-o ideal para operações no local e no terreno, oferecendo flexibilidade em vários contextos industriais.
4. O processo permite mudanças rápidas de direção quando se cortam pequenos arcos e permite o corte eficiente de peças grandes sem necessidade de manipulação da peça, uma vez que apenas a chama de oxigénio-acetileno requer movimento.
5. A versatilidade do corte a gás permite operações manuais e automatizadas, adaptando-se a diferentes requisitos de produção e níveis de competência.
6. A portabilidade do equipamento facilita o corte no local, reduzindo os custos de transporte e as complexidades logísticas associadas a grandes componentes metálicos.
7. Grandes chapas metálicas podem ser processadas de forma rápida e eficiente através da manobra da tocha de corte, eliminando a necessidade de sistemas complexos de manuseamento de materiais.

Desvantagens do corte a gás

• Para operações de corte extensivas em grandes áreas, o corte a gás pode não ser o método mais eficiente ou preciso, exigindo potencialmente tecnologias alternativas para obter resultados óptimos.
• A tolerância dimensional alcançada através do corte a gás é significativamente inferior à das ferramentas de corte mecânico de precisão, potencialmente necessitando de operações de acabamento secundário para aplicações de tolerância apertada.
• Embora seja capaz de cortar metais propensos à oxidação, como o titânio, o corte a gás em aplicações industriais limita-se principalmente a materiais ferrosos, como o aço e o ferro fundido, restringindo a sua versatilidade em todos os tipos de metal.
• A chama de pré-aquecimento a alta temperatura e a escória fundida ejectada apresentam riscos significativos de incêndio e queimaduras para os operadores, exigindo protocolos de segurança e equipamento de proteção rigorosos.
• Os sistemas adequados de extração de fumos e de ventilação são essenciais para gerir os subprodutos da combustão de combustíveis e da oxidação de metais, garantindo a segurança no local de trabalho e a conformidade ambiental.
• O corte de aços de alta liga e de certos tipos de ferro fundido pode exigir modificações no processo ou técnicas especializadas para obter resultados satisfatórios.
• Ao cortar aços de elevada dureza, o pré-aquecimento antes do corte e o arrefecimento controlado após o corte são muitas vezes necessários para gerir a estrutura metalúrgica e manter as propriedades mecânicas desejadas perto da aresta de corte, o que aumenta a complexidade do processo.

6. Aplicações do corte a gás

Extensivamente utilizada no fabrico de aço para corte de precisão de chapas e preparação de chanfros de soldadura, permitindo processos de união eficientes em trabalhos de aço estrutural e fabrico de equipamento pesado.

Altamente eficaz para a remoção de sistemas de gating em peças fundidas de grande escala, capaz de lidar com espessuras substanciais superiores a 300 mm. Isto torna-o inestimável em operações de fundição e na produção de componentes industriais pesados.

Utilizado principalmente para cortar vários tipos de aço-carbono e aço de baixa liga, oferecendo uma solução económica para materiais de secção espessa em que outros métodos de corte podem ser menos eficientes ou económicos.

Ao processar aço com elevado teor de carbono ou aço de baixa liga com tendência para a têmpera, são necessárias precauções especiais para evitar o endurecimento dos bordos ou a fissuração:

• Aumentar a intensidade da chama de pré-aquecimento para abrandar a velocidade de arrefecimento
• Reduzir a velocidade de corte para permitir uma distribuição mais uniforme do calor
• Em casos extremos, implementar o pré-aquecimento controlado de toda a peça de trabalho antes do corte. Estas medidas asseguram a manutenção das propriedades do material e da integridade estrutural, particularmente crucial em aplicações de alta tensão ou quando é necessário um processamento adicional.

O corte a gás é amplamente utilizado nas indústrias de construção naval, construção e demolição, onde a sua capacidade de cortar chapas grossas e formas irregulares é vantajosa.

No fabrico de tubos, o corte a gás é utilizado para criar chanfros precisos e cortes em sela, facilitando o ajuste adequado na construção de condutas e no fabrico de recipientes sob pressão.