Corte de gás: Um guia abrangente

Aqui está a versão otimizada do parágrafo fornecido:

1. Introdução ao corte de gás

O corte oxi-combustível, também conhecido como corte por chama ou corte oxiacetilênico, é um processo de corte térmico altamente eficiente amplamente utilizado na fabricação de equipamentos. Esse método aproveita a reação exotérmica entre o oxigênio puro e o metal aquecido para criar cortes precisos em materiais ferrosos.

A simplicidade e a facilidade de operação dos equipamentos de corte oxicombustível os tornam particularmente adequados para o processamento de aço carbono e aço de baixa liga. Ele se destaca na produção de cortes precisos em linhas retas, círculos e formas complexas, com a capacidade de lidar com uma ampla gama de espessuras de material, normalmente de 5 mm a 300 mm.

Os recentes avanços na tecnologia CNC, nos sistemas de rastreamento fotoelétrico e nos bicos de corte de alto desempenho aumentaram significativamente o potencial de automação do corte oxicombustível. Essas 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 uma tocha que mistura um gás combustível (normalmente acetileno) com oxigênio para gerar uma chama de alta temperatura. Essa chama pré-aquece o metal no ponto de corte até sua temperatura de ignição (aproximadamente 870°C para aço doce). Em seguida, um jato de oxigênio puro é direcionado para a área pré-aquecida, iniciando uma rápida reação de oxidação. O óxido fundido resultante é expelido do corte pela força do jato de oxigênio, criando um corte limpo.

Para obter o melhor desempenho de corte, a pureza do oxigênio deve ser superior a 99,5%. Embora o acetileno seja o gás combustível preferido devido à sua alta temperatura de chama (3160°C) e eficiência de corte, gases combustíveis alternativos, como propano, gás natural ou gás MAPP, podem ser usados em aplicações específicas ou quando o acetileno não estiver 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 geralmente incorporam recursos como pré-aquecimento de múltiplas chamas, bicos de alta velocidade e projetos ergonômicos para melhorar o desempenho e o conforto do operador.

Os sistemas de corte com oxicombustível variam de configurações manuais portáteis que usam cilindros de gás a máquinas automatizadas sofisticadas. Os sistemas avançados podem incluir vários cabeçotes de corte, controle numérico computadorizado (CNC) e software CAD/CAM integrado para operações de corte complexas. Esses sistemas automatizados são particularmente vantajosos em cenários de produção em massa, oferecendo maior rendimento e consistência.

As principais vantagens do corte oxicombustível incluem:

1. Capacidade de cortar materiais espessos (até 300 mm ou mais)
2. Baixo custo de equipamento em comparação com outros métodos de corte térmico
3. Capacidade de cortar chanfros diretamente
4. Zona afetada pelo calor (HAZ) mínima quando executada adequadamente
5. Adequação para operações de campo devido à portabilidade

No entanto, é importante observar que o corte oxicombustível é limitado a materiais ferrosos e pode não ser adequado para aplicações de alta precisão ou para o corte de materiais finos (abaixo de 5 mm), onde o corte a plasma ou a 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 oxigênio para cortar metais. O mecanismo envolve o pré-aquecimento do metal até a temperatura de ignição e, em seguida, a oxidação rápida com um fluxo de oxigênio de alta pureza. Esse processo cria um corte contínuo e preciso na peça de trabalho.

O mecanismo de corte ocorre nos seguintes estágios:

1. Pré-aquecimento: Uma chama de oxigênio-acetileno aquece o metal no ponto de corte até a temperatura de ignição.
2. Oxidação: Um fluxo de alta velocidade de oxigênio puro é direcionado para o metal pré-aquecido, iniciando a oxidação rápida.
3. Fusão: O calor gerado pela reação de oxidação exotérmica derrete o metal e seus óxidos.
4. Remoção: O jato de oxigênio de 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, esse processo se repete continuamente, produzindo um corte contínuo na peça de trabalho.

Para que o corte de gás seja bem-sucedido, as seguintes condições devem ser atendidas:

1. Temperatura de ignição: A temperatura de ignição do metal deve ser inferior ao seu ponto de fusão para garantir que a oxidação comece antes que o metal se liquefaça.
2. Ponto de fusão do óxido: O ponto de fusão do óxido metálico deve ser menor do que o do metal de base para facilitar a remoção.
3. Reação exotérmica: O metal deve liberar 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 com apenas 15-30%.
4. Condutividade térmica: O metal deve ter condutividade térmica moderada. A condutividade excessiva leva à rápida dissipação de calor, impedindo o início ou a continuação do processo de corte. É por isso que metais de alta condutividade, como o cobre, são difíceis de cortar com esse método.
5. Fluidez do óxido: Os óxidos gerados devem ter boa fluidez para garantir a remoção eficaz pelo fluxo de oxigênio, mantendo um processo de corte sem obstruções.
6. Compatibilidade de materiais: Metais como aço de baixo carbono, aço de médio carbono e alguns aços de baixa liga são adequados para o corte a gás. No entanto, aço com alto teor de carbono, ferro fundido, aço inoxidável e metais não ferrosos, como cobre e alumínio, geralmente não são adequados devido ao fato de não atenderem a uma ou mais das condições acima.

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 custo-benefício nos processos de fabricação de metais.

1) Máquina de corte a gás semiautomática:

Esse sistema compreende um carro compacto e autopropelido que guia o bocal de corte ao longo de uma trilha predeterminada. Embora o movimento do carro seja automatizado, a trajetória requer ajuste manual, o que permite um equilíbrio entre a automação e o controle do operador.

2) Máquina de corte a gás de perfil:

a) Tipo pórtico: Utiliza uma estrutura de pórtico robusta em que o bocal de corte percorre o perfil da peça por meio de mecanismos de roda projetados com precisão, garantindo estabilidade e precisão em operações de corte complexas.

b) Tipo de braço articulado: Emprega um sistema de braço articulado que gira para guiar o bocal de corte, oferecendo maior flexibilidade para o corte de perfis complexos, especialmente adequados para formas curvas ou irregulares.

3) Máquina de corte a gás com rastreamento fotoelétrico:

Esse sistema avançado incorpora sensores fotoelétricos para detectar 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 Controle Numérico Computadorizado (CNC) representa uma metodologia de controle sofisticada em que as instruções digitais controlam as operações da máquina. Nos sistemas de corte a gás CNC, um computador interpreta e executa caminhos de corte programados, controlando parâmetros como o movimento da tocha, a velocidade de corte e o fluxo de gás. Essa 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 otimizar os fluxos de trabalho do projeto à produção
• Repetibilidade e consistência aprimoradas em cenários de produção de alto volume

As modernas máquinas de corte a gás CNC geralmente incorporam controle de múltiplos eixos, permitindo cortes chanfrados e perfis 3D, expandindo ainda mais seus recursos em processos avançados de fabricação de metais.

4. Processo de corte a gás

O processo de corte a gás inclui principalmente a pressão do oxigênio 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 oxigênio de corte:

Ele é influenciado pela espessura da peça de trabalho, pelo tipo de bico de corte e pela pureza do oxigênio.

Ao cortar materiais finos, um tamanho do bico de corte e menor pressão de oxigênio devem ser selecionados.

A pureza do oxigênio 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 do formato do bocal de corte. À medida que a espessura aumenta, a velocidade de corte diminui.

A velocidade de corte não deve ser muito rápida ou muito lenta, pois isso pode resultar em arrasto 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 levemente oxidante é usada para pré-aquecimento no corte a gás, e uma chama carburizante não deve ser usada.

 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 à espessura da peça de trabalho.

4) Ângulo de inclinação do bocal 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 afeta diretamente a velocidade de corte e o arrasto.

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

5) Distância entre o bocal 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 em torno de 3 a 5 mm.

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

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 ser removida. A folga do corte de corte a gás deve ser estreita e consistente, e não deve haver derretimento do material. chapa de aço bordas.

Critérios de avaliação e classificação da qualidade do corte:

a) Rugosidade da superfície: A rugosidade da superfície refere-se à distância entre os picos e os vales na 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. Ela é calculada como uma porcentagem da espessura δ da chapa de aço cortada, indicada por B.

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

d) Escória suspensa: A escória suspensa refere-se ao óxido de ferro que adere à borda inferior da superfície de corte. Ela é classificada em diferentes graus com base na quantidade de adesão 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 repentina da rugosidade da superfície. A profundidade da ranhura está entre 0,32 mm e 1,2 mm, e a largura da ranhura não excede 5 mm. Essas ranhuras são consideradas defeitos. O espaçamento máximo entre defeitos é indicado por Q.

f) Retidão: A linearidade refere-se à distância entre a linha reta que conecta os pontos inicial e final ao longo da direção de corte e a superfície de corte da nuvem em forma de coroa. Ela 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 sendo cortado.

7) Causas e métodos de prevenção de defeitos comuns:

(1) Largura excessiva e superfície áspera do corte:

Isso é causado pela pressão excessiva do oxigênio de corte. Quando a pressão do oxigênio de corte é muito baixa, a escória não pode ser soprada, fazendo com que ela fique grudada e seja difícil de remover.

Prevenção: Ajuste a pressão do oxigênio de corte em um nível adequado para a largura de corte e a rugosidade da superfície desejadas.

(2) Superfície irregular ou derretimento das bordas:

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

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

(3) Arrasto excessivo após o corte:

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

Prevenção: Ajuste a velocidade de corte em um nível apropriado para obter um corte adequado sem arrasto excessivo.

8) Maneiras de melhorar a qualidade da superfície do corte:

(1) Pressão adequada do oxigênio de corte:

A pressão excessiva de oxigênio no corte pode resultar em um corte mais largo e uma superfície áspera, além de desperdiçar oxigênio. A pressão insuficiente de oxigênio no corte pode fazer com que a escória fique grudada e seja difícil de remover.

Solução: Ajuste a pressão do oxigênio de corte para um nível adequado à qualidade de corte desejada.

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

A intensidade excessiva da chama de pré-aquecimento pode levar ao derretimento das bordas da superfície de corte, enquanto a intensidade insuficiente pode causar interrupções no processo de corte e uma superfície irregular.

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

(3) Velocidade de corte adequada:

Quando a velocidade de corte é muito rápida, pode resultar em arrasto excessivo, cortes incompletos e escória voando para cima, levando ao reaquecimento. Quando a velocidade de corte é muito baixa, as bordas 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: Ajuste a velocidade de corte em um nível apropriado para a qualidade de corte desejada.

5. Vantagens e desvantagens do corte a gás

Vantagens do corte a gás

1. O corte a gás oferece velocidade superior em comparação com os métodos de corte mecânico, aumentando significativamente a produtividade nos processos de fabricação de metais.
2. Ele oferece soluções econômicas para o corte de formas complexas e seções espessas que se mostram desafiadoras para os métodos mecânicos convencionais, especialmente quando se usam combinações de oxigênio-acetileno.
3. O investimento inicial para equipamentos de corte a gás é menor do que as alternativas mecânicas. Sua natureza leve e portátil o torna ideal para operações no local e em campo, oferecendo flexibilidade em várias configurações industriais.
4. O processo permite mudanças direcionais rápidas ao cortar pequenos arcos e possibilita o corte eficiente de peças grandes sem a necessidade de manipulação da peça, pois somente a chama de oxigênio-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 habilidade.
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 de metal podem ser processadas com rapidez e eficiência por meio da manobra da tocha de corte, eliminando a necessidade de sistemas complexos de manuseio 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, o que pode exigir tecnologias alternativas para obter os melhores resultados.
• A tolerância dimensional alcançada por meio do corte a gás é significativamente menor do que a das ferramentas de corte mecânico de precisão, o que pode exigir operações de acabamento secundário para aplicações de tolerância rígida.
• Embora seja capaz de cortar metais propensos à oxidação, como o titânio, o corte a gás em aplicações industriais é limitado principalmente a materiais ferrosos, como aço e ferro fundido, restringindo sua versatilidade em todos os tipos de metal.
• A chama de pré-aquecimento de alta temperatura e a escória fundida ejetada apresentam riscos significativos de incêndio e queimaduras para os operadores, exigindo protocolos de segurança e equipamentos de proteção rigorosos.
• Sistemas adequados de extração e ventilação de fumaça são essenciais para gerenciar os subprodutos da combustão de combustível e da oxidação de metais, garantindo a segurança no local de trabalho e a conformidade ambiental.
• O corte de aços de alta liga e certos tipos de ferro fundido pode exigir modificações no processo ou técnicas especializadas para obter resultados satisfatórios.
• Ao cortar aços de alta dureza, o pré-aquecimento antes do corte e o resfriamento controlado após o corte geralmente são necessários para gerenciar a estrutura metalúrgica e manter as propriedades mecânicas desejadas perto da borda do corte, o que aumenta a complexidade do processo.

6. Aplicações do corte a gás

Extensivamente utilizado na fabricação de aço para corte preciso de chapas e preparação de chanfros de solda, permitindo processos de união eficientes em trabalhos de aço estrutural e fabricação de equipamentos pesados.

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. Isso o torna inestimável em operações de fundição e na produção de componentes industriais pesados.

Empregado principalmente para cortar vários tipos de aço carbono e aço de baixa liga, oferecendo uma solução econômica para materiais de seção espessa em que outros métodos de corte podem ser menos eficientes ou econômicos.

Ao processar aço com alto teor de carbono ou tipos de aço de baixa liga propensos à têmpera, são necessárias precauções especiais para evitar o endurecimento das bordas ou rachaduras:

• Aumente a intensidade da chama de pré-aquecimento para diminuir a taxa de resfriamento
• Reduzir a velocidade de corte para permitir uma distribuição mais uniforme do calor
• Em casos extremos, implemente o pré-aquecimento controlado de toda a peça de trabalho antes do corte. Essas medidas garantem a manutenção das propriedades do material e da integridade estrutural, o que é particularmente importante em aplicações de alta tensão ou quando é necessário um processamento adicional.

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

Na fabricação de tubos, o corte a gás é empregado para criar chanfros precisos e cortes em sela, facilitando o ajuste adequado na construção de tubulações e na fabricação de vasos de pressão.