1. Introdução ao corte a gás
O oxicorte, também conhecido como corte oxiacetileno ou corte por chama, é um processo de corte altamente eficaz na fabricação de equipamentos.
O equipamento de oxicorte é simples e fácil de operar, tornando-o adequado para cortar aço carbono e aço comum de baixa liga. Ele pode cortar com precisão linhas retas, círculos e várias formas complexas, com uma ampla gama de espessuras de corte.
Também é facilmente automatizado, principalmente com a aplicação de tecnologia CNC, tecnologia de rastreamento fotoelétrico e bicos de corte de maior qualidade, tendência que está se tornando mais evidente. O corte a gás produz arestas de corte limpas e tem uma velocidade de corte mais rápida. Além disso, o oxicorte também pode cortar chanfros diretamente.
A tocha de corte a gás é usada para corte térmico de materiais, misturando gás combustível com oxigênio para produzir uma chama. Também é conhecido como corte com oxigênio ou corte com chama.
Durante o corte a gás, a chama pré-aquece o material no ponto de corte até sua temperatura de ignição e, em seguida, oxigênio é injetado para causar uma combustão vigorosa por oxidação do material metálico. A escória de óxido resultante é expelida pelo fluxo de gás, criando um corte.
A pureza do oxigênio utilizado para corte a gás deve ser superior a 99%. O gás combustível utilizado é geralmente gás acetileno, mas também pode ser gás de petróleo, gás natural ou gás de carvão.
O gás acetileno proporciona maior eficiência de corte e melhor qualidade, mas é mais caro. O equipamento de corte a gás consiste principalmente na tocha de corte e na fonte de gás.
A tocha de corte é a ferramenta que gera a chama do gás, transfere e regula a energia térmica de corte, e sua estrutura afeta a velocidade e a qualidade do corte. O uso de bicos de corte rápido pode melhorar a velocidade de corte, resultando em cortes retos e superfícies lisas.
Para operação manual, as tochas de corte a gás usam cilindros ou geradores de oxigênio e gás combustível como fonte de gás. As máquinas de corte a gás semiautomáticas e automáticas são equipadas com mecanismos de acionamento de tocha de corte ou mecanismos de acionamento por coordenadas, mecanismos de corte de contorno, rastreamento fotoelétrico ou sistemas de controle digital.
As máquinas automáticas de corte a gás usadas para produção em massa podem ser equipadas com múltiplas tochas de corte e sistemas de controle computadorizados.
2. Mecanismo e condições de corte de gás
O metal no ponto de corte da peça é pré-aquecido até a temperatura de ignição usando uma chama de oxigênio-acetileno e, em seguida, é soprado vigorosamente com um fluxo de oxigênio puro em alta velocidade.
Neste ponto, o metal sofre intensa oxidação e o calor gerado derrete o óxido metálico em um líquido.
Ao mesmo tempo, o fluxo de oxigênio elimina o óxido fundido, resultando em um corte limpo na peça de trabalho. Ao mover a tocha de corte para frente, a peça pode ser cortada continuamente.
Para conseguir o corte com oxigênio, as seguintes condições devem ser atendidas:
1) A temperatura de ignição do metal deve ser inferior ao seu ponto de fusão.
2) O ponto de fusão do óxido metálico deve ser inferior ao ponto de fusão do metal.
Ferro puro, aço de baixo carbono, aço de médio carbono e aço comum de baixa liga atendem às condições acima e têm bom desempenho de corte a gás. Aço com alto teor de carbono, ferro fundido, aço inoxidável, bem como metais não ferrosos, como cobre e alumínio, são difíceis de serem cortados pelo oxigênio.
3) Liberação de calor suficiente durante a combustão do metal:
Através de testes e análises, foi determinado que durante o corte de aço de baixo carbono, aproximadamente 70% do calor total necessário é liberado durante a combustão, enquanto o pré-aquecimento por chama representa apenas 15%-30%. Portanto, este requisito pode ser atendido.
4) A condutividade térmica do metal não deve ser muito alta:
A condutividade térmica do metal não deve ser muito alta, pois a perda excessiva de calor da chama de pré-aquecimento e a liberação de calor durante o processo de corte no ponto de corte do metal podem impedir o início ou continuação do processo de corte. Por exemplo, o cobre e as ligas de cobre não podem ser cortados devido à sua alta condutividade térmica.
5) Boa fluidez do óxido gerado:
O óxido gerado deve ter boa fluidez. Caso contrário, o óxido não poderá ser efetivamente eliminado durante o corte, dificultando o processo de corte.
3. Equipamento de corte de gás
As máquinas de corte a gás são equipamentos mecanizados que substituem as tochas manuais para corte a gás. Eles apresentam maior produtividade, melhor qualidade de corte, menor intensidade de mão de obra e custos mais baixos em comparação ao corte manual a gás.
1) Máquina de corte de gás semiautomática:
Consiste em um pequeno carro que move automaticamente o bico de corte ao longo de uma pista dedicada, mas a trajetória da pista precisa ser ajustada manualmente.
2) Máquina de corte de gás de perfil:
Tipo pórtico: O bico de corte é acionado ao longo do perfil por rodas.
Tipo de braço oscilante: O bico de corte é acionado por um mecanismo de braço oscilante.
3) Máquina de corte de gás de rastreamento fotoelétrico:
Este equipamento automatizado de corte a gás utiliza os princípios do rastreamento fotoelétrico para seguir padrões automaticamente e acionar a tocha de corte para corte de perfil.
4) Máquina de corte a gás CNC:
CNC significa Controle Numérico Computadorizado, que é um novo método de controle onde instruções (ou programas) para controlar máquinas-ferramentas ou equipamentos são fornecidas em formato digital. Quando estas instruções são fornecidas ao equipamento de controle de uma máquina automática de corte a gás CNC, a máquina pode executar automaticamente o corte de acordo com o programa fornecido.
4. Processo de corte de 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 bico de corte e da peça de trabalho e a distância entre o bico de corte e a peça de trabalho.
1) Pressão do oxigênio de corte:
É influenciado pela espessura da peça de trabalho, pelo tipo de bico de corte e pela pureza do oxigênio.
Ao cortar materiais finos, um bico de corte menor e uma pressão de oxigênio mais baixa 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 e do formato do bico 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 pode resultar em arrasto excessivo e cortes incompletos.
A exatidão 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 de cementação não deve ser usada.
A eficiência da chama de pré-aquecimento é expressa em termos da taxa de consumo de gás combustível por hora.
A eficiência da chama de pré-aquecimento está relacionada à espessura da peça.
4) Ângulo de inclinação do bico de corte e da peça de trabalho:
O ângulo de inclinação do bico de corte e da peça é determinado principalmente pela espessura da peça.
O ângulo de inclinação do bico de corte e da peça 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 bico de corte e a superfície da peça:
A distância entre o bico de corte e a superfície da peça deve ser determinada com base no comprimento da chama de pré-aquecimento e na espessura da peça, geralmente em torno de 3 a 5 mm.
Quando δ<20mm, 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 para cortes de corte 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 separar. A folga do corte a gás deve ser estreita e consistente e não deve haver derretimento das bordas da placa de aço.
Critérios de avaliação e classificação da qualidade do corte:
a) Rugosidade superficial: Rugosidade superficial refere-se à distância entre os picos e vales da superfície de corte (média de cinco pontos arbitrários), indicada por G.
b) Planicidade: Planicidade refere-se ao nível de irregularidade ao longo da direção de corte perpendicular à superfície de corte. É calculado como uma porcentagem da espessura δ da chapa de aço cortada, indicada por B.
c) Grau de fusão da borda superior: Refere-se à extensão da fusão ou colapso durante o processo de corte a gás, manifestado pela presença de cantos colapsados e pela formação de gotículas ou tiras fundidas intermitentes ou contínuas, indicadas por S.
d) Suspensão de escória: Suspensão de escória refere-se ao óxido de ferro aderido à borda inferior da superfície de corte. É classificado 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 na 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. Tais ranhuras são consideradas defeitos. O espaçamento máximo entre defeitos é indicado por Q.
f) Retidão: Retidão refere-se à lacuna entre a linha reta que conecta os pontos inicial e final ao longo da direção de corte e a superfície de corte em forma de coroa. É indicado por P.
g) Perpendicularidade: 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 de oxigênio no corte. Quando a pressão do oxigênio de corte é muito baixa, a escória não pode ser expelida, fazendo com que a escória grude e seja difícil de remover.
Prevenção: Ajuste a pressão do oxigênio de corte para um nível apropriado para a largura de corte e rugosidade superficial desejadas.
(2) Superfície irregular ou fusão de bordas:
Isso é causado pela intensidade excessiva da chama de pré-aquecimento ou pela velocidade de corte lenta. A intensidade insuficiente da chama de pré-aquecimento pode levar a interrupções no processo de corte e a uma superfície irregular.
Prevenção: Garanta uma intensidade de chama de pré-aquecimento adequada para obter um corte regular e uniforme.
(3) Arrasto excessivo após o corte:
Isto 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 para um nível apropriado para obter um corte adequado sem arrasto excessivo.
8) Maneiras de melhorar a qualidade da superfície do corte:
(1) Pressão adequada de oxigênio de corte:
A pressão excessiva de oxigênio de corte pode resultar em um corte mais largo e em uma superfície áspera, desperdiçando oxigênio. A pressão insuficiente do oxigênio de 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 apropriado para a 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: Garanta 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 a escória voando para cima, levando ao reaquecimento. Quando a velocidade de corte é muito lenta, as bordas da placa de aço podem derreter, resíduos de gás e placas mais finas podem sofrer deformação e adesão excessivas, dificultando a limpeza pós-corte.
Solução: Ajuste a velocidade de corte para 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 é mais rápido do que outros métodos de corte mecânico, tornando-o mais eficiente.
2. É mais econômico usar o corte com oxigênio-acetileno para cortar seções com formatos e espessuras difíceis que são desafiadores para métodos de corte mecânico.
3. O investimento em equipamentos de corte a gás é menor em comparação ao corte mecânico, e o equipamento é leve e portátil, tornando-o adequado para operações em campo.
4. Ao cortar pequenos arcos, a direção de corte pode ser alterada rapidamente. Ao cortar peças grandes, não há necessidade de mover a própria peça; apenas a chama de oxigênio-acetileno precisa ser movida para um corte rápido.
5. O corte a gás pode ser feito manualmente ou mecanicamente.
6. O equipamento é portátil e pode ser usado no local.
7. Folhas de metal grandes podem ser cortadas rapidamente no local, movendo a tocha de corte em vez de mover o bloco de metal.
Desvantagens do corte a gás
1. A tolerância dimensional é significativamente menor do que a das ferramentas de corte mecânico.
2. Embora o corte a gás também possa cortar metais propensos à oxidação, como o titânio, este processo é limitado principalmente ao corte de aço e ferro fundido em aplicações industriais.
3. A chama de pré-aquecimento e a escória incandescente emitida representam risco de incêndio e queimaduras para os operadores.
4. Instalações adequadas de controle de fumaça e ventilação são necessárias para a combustão de combustível e oxidação de metais.
5. O corte de aços de alta liga e ferros fundidos pode exigir melhorias no processo.
6. O corte de aços de alta dureza pode exigir pré-aquecimento antes do corte e aquecimento contínuo após o corte para controlar a estrutura metalúrgica e as propriedades mecânicas próximas à aresta de corte.
7. O corte a gás não é recomendado para cortes de longa distância em grandes áreas.
6. Aplicações de Corte a Gás
1. Amplamente utilizado para corte de chapas de aço e preparação de chanfros de solda.
2. Adequado para cortar sistemas de canal de peças fundidas, com espessuras de corte de até 300 mm ou mais.
3. Usado principalmente para cortar vários tipos de aço carbono e aço de baixa liga.
4. Ao cortar aços de alto carbono e aços de baixa liga com tendência a têmpera, para evitar endurecimento ou trincas na aresta de corte, é necessário aumentar a intensidade da chama de pré-aquecimento e diminuir a velocidade de corte, ou mesmo pré-aquecer o aço material antes de cortar.
