Unidad 6 proceso corte termico de la construcción naval
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21/12/2012 1 © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Area Ingeniería Naval [email protected] Universidad Tecnológica del Perú Área Académica - Facultad de Ingeniería Naval Logística de Entrada Tecnología de la Tecnología de la Construcción Naval I Construcción Naval I Unidad Didáctica 6 El Proceso Corte El Proceso Corte Térmico en la Térmico en la Construcción Naval Construcción Naval © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval [email protected] Procesos de Corte • Para producir perfiles adecuados de las partes. • Hacer preparaciones específicas de la junta. Durante o luego de la soldadura. • Empleados para quitar las áreas defectuosas de soldaduras • Para producir una configuración específica si la configuración sin tratamiento posterior a la soldadura no es satisfactoria para el propósito deseado de la pieza.
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© 2012 Ramón Velasco StollProfesor Area Ingeniería [email protected]
© 2012 Ramón Velasco StollProfesor Area Ingeniería Naval
Universidad Tecnológica del PerúÁrea Académica - Facultad de Ingeniería Naval
Logística de Entrada
Tecnología de laTecnología de laConstrucción Naval IConstrucción Naval I
Unidad Didáctica 6
El Proceso CorteEl Proceso CorteTérmico en laTérmico en la
Construcción NavalConstrucción Naval
© 2012 Ramón Velasco StollProfesor Área Ingeniería Naval
Procesos de Corte
• Para producir perfiles adecuados de las partes.• Hacer preparaciones específicas de la junta.
Durante o luego de la soldadura.• Empleados para quitar las áreas defectuosas de
soldaduras• Para producir una configuración específica si la
configuración sin tratamiento posterior a lasoldadura no es satisfactoria para el propósitodeseado de la pieza.
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CORTETERMICO
(TC)
CORTEPOR ARCO
(AC)
corte por arc air .............................................. CAC-Ccorte por arco con electrodo de carbono ........ CACcorte por arco con arco alambrey protección gaseosa ..................................... GMACcorte por arco con electrodo de tungsteno yprotección gaseosa ......................................... GTACcorte por plasma .............................................. PACcorte por arco con electrodo revestido ............ SMAC
corte por haz de electrones ................. EBCcorte por láser ...................................... LBC
-aire ................................ LBC-A-evaporativo ................... LBC-EV-gas inerte ...................... LBC-IG-oxígeno .......................... LBC-O
OTROSPROCESOSDE CORTE
CORTEPOR
OXIGENO(OC)
corte con fundente ............... FOCcorte con polvo metálico ...... POCcorte por oxigas ................... OFC-corte oxiacetilénico ............ OFC-A-corte oxídrico ................... . OFC-H-oxicorte con gas natural .... OFC-N-oxicorte con gas propano .. OFC-P
El Corte Térmico
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Corte Térmico
Es el método que ofrece la mayor flexibilidad para el corterecto o modelado de chapas de metal.
Existen tres procesos :
OXICORTE PLASMA
ARCAIR
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Principio del Oxicorte
La llama de oxigas se usa para calentar el metal a latemperatura a la cuál se oxida rápidamente o quema. Latemperatura necesaria es conocida como la temperaturade 'ignición', y para los aceros, está alrededor de 925º C(1700ºF). Una vez que se alcanzó la temperatura, se dirigeun chorro de oxígeno de corte de alta presión a lasuperficie calentada para producir una reacción deoxidación. Este chorro de oxígeno también tiende aremover la escoria y el residuo de óxido que se producepor esta reacción de oxidación. Por esto, OFC puede serconsiderado como un tipo de proceso de corte químico.
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1. Los productos de combustión deben tener unatemperatura de fusión inferior a la temperatura de fusióndel metal.
2. La temperatura de ignición del metal debe ser inferior asu temperatura de fusión.
3. Los productos de combustión no deben ser gaseosos enuna proporción apreciable.
4. La combustión del metal debe generar suficiente calorpara mantener la combustión.
5. La conductividad térmica del metal ha de serrelativamente baja.
Principio del Oxicorte
Las cinco condiciones necesarias para el oxicorte son:
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Corte Térmico
Gases Combustibles
Son aquellos gases que arden en el aire u oxigeno, a excepción delhidrógeno y monóxido de carbono, todos son hidrocarburos omezclas de hidrocarburos.
Acetileno
Propadieno
Etileno
Propileno
Hidrógeno
Propano
Metano (Gas Natural)
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Propiedades de la Combustión
La llama de precalentamiento
Zona Reductora Llama Secundaria
Oxigeno Del Aire
Pieza de Trabajo
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La Llama de Precalentamiento
Conseguir un calentamiento localizado rápido.
Zona Interna, es caliente y luminosa. El gas combustiblese descompone en Hidrogeno y Carbono, se formamonóxido de carbono (CO).
El acetileno es un gas con un calor de formaciónpositivo.
En la superficie de la pieza de trabajo donde latemperatura es menor, los átomos de gas se recombinan yemiten calor, que se transfieren a la pieza de trabajo.
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La Llama de Precalentamiento
La zona externa, es la zona envolvente o llamasecundaria. Aquí se produce la combustión de monóxidode carbono e hidrógeno (CO y H2), formándose comoproductos finales de la combustión dióxido de carbono yagua (CO2 y H2O).
En el corte la llama primaria es la más importante.
Valor Calorífico, es el total liberado en el proceso.
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Requerimientos de Oxigeno
Los gases poseen diferentes valores calorificos yrequerimientos de oxigeno diferentes para obtener unamisma llama normal.
Para una plancha de 20 mm. de espesor :
Acetileno 500 l/h Oxígeno 550 l/h
Propano 400 l/h Oxígeno 1600 l/h
Gas Natural 1100 l/h Oxígeno 1950 l/h
Requerimientos de Oxigeno
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Temperatura de Llama
1. Descomposición, acarbono e hidrógeno,del gas combustibleen la llama primaria.
2. La combustión en lallama primaria generacalor.
3. La disociación tomacalor de la llama ylimita la temperaturade la misma
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Intensidad de Llama
Es una medida de laconcentración delcalor entregado por lallama primaria y esfunción, de laVelocidad de Llama.Se muestra laintensidad de llamapara diferentes gasescombustibles (sistemainglés)
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Corte Térmico
CORTE OXIACETILENICO
Es un proceso de combustión que usaun chorro de oxigeno puro a altavelocidad para cortar acero alcarbono. El gas combustible y eloxigeno de calentamientosuministrado por medio de sopletes deoxicorte, forman la llama deprecalentamiento. Técnica muycompetitiva debido a que corta tantoplanchas finas como gruesas de formaeconómica.
Corte Térmico
CORTE OXIACETILENICO
Corta el acero con mayor rapidez y conequipo más barato que procesos mecánicos.Puede ser manual o a máquina.
Cortes hasta de 300 mm. o más gruesas. Enacero al carbono de 6 mm. Se puedenalcanzar velocidades de 700 mm./min
El proceso produce una mayor zonaafectada por el calor, en comparación alPlasma, lo cual usualmente causa distorsióny esfuerzos residuales en las planchas finas.
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Corte Térmico
El equipo usado posee undispositivo de corte que incluyeuna leva o válvula para encenderel corte por oxígeno. La Figuramuestra un equipo típicomontado de Oxicorte (Oxigeno-Acetíleno) que se encuentra en lamayoría de los negocios desoldadura y fabricación
Secciones transversales de los picos de cortetípicos.
Corte Térmico
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Corte Térmico
Sopletes usados para corte manual y mecánico
Proceso del Oxicorte
1. La llama de precalentamiento se forma mezclandooxígeno y un gas combustible en un soplete o en unaboquilla.
2. La llama de precalentamiento se dirige hacia un puntodel metal que se calienta a una temperatura superior ala de ignición. Entonces se inyecta un chorro deoxígeno puro a través de la llama.
3. El chorro de oxígeno oxida rápidamente la mayorparte del metal en una zona estrecha para hacer uncorte.
4. El Oxicorte es un proceso de combustión y no defusión. Los óxidos (escoria) son desplazados por laenergía cinética del chorro de oxígeno. Moviendo elsoplete por la pieza de trabajo a una velocidadadecuada se produce un corte continuo.
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Proceso del Oxicorte
El ancho de la abertura de cortees conocido como ranura {kerf},se muestra en la figura. Tambiénse muestra el arrastre, que es lacantidad de desalineación entrelos puntos de entrada y salida delcorte, medido a lo largo del ejedel corte.
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Ventajas del Oxicorte
Equipo relativamente barato y portátil(aplicaciones de campo y de taller).
Cortes en secciones tanto delgadascomo de gran espesor; la facilidad delcorte normalmente se incrementa conel espesor.
Automatizado, produce cortes de una precisión razonable.Económico comparado con métodos de corte mecánicos deaceros. Más eficiente cuando se usan sopletes múltiples ose corta en forma apilada para hacer varias piezas a la vez.
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Corte Oxiacetilenico Automatico
Pureza del Oxigeno de Corte
Para la combustión delhierro, el oxígeno y elhierro deben entrar encontacto directo el unocon el otro. La reacciónse perjudica con lasimpurezas (nitrógeno yargón) gases que nocombustionan con elhierro. La reducción dela velocidad de corteaumenta el desface.
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Factores que afectan la eficiencia
Calidad del corteEscoriaCaudal de gasesTamaño y condición de lasboquillasVelocidad del avancePresión de gas y aire comprimido
Selección del gas combustibleEspesorTiempo precalentamientoEfecto de velocidad de corteCosto de pieza cortadaSopletes y boquillasSeguridad de manipuleo
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• Controlar el flujo y la mezcla del gascombustible y del oxigeno de calentamiento.
• Controlar el flujo del oxígeno de corte
• Descargar los gases a través de la boquilla decorte al caudal correcto paraprecalentamiento y corte.
Funciones del Soplete de Oxicorte
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Retroceso de Llama
Las razones por las que el gas puede fluir condemasiada lentitud son:
• Ajuste incorrecto de presión en el soplete o en elregulador.
• Caídas de presión debidas a la longitud y diámetro delas mangueras
• La presión del gas en el cilindro es demasiada baja.• Una manguera de gas esta estrangulada.• Obstrucción por suciedad en la boquilla o en las
mangueras.• Defectos de diseño en el equipo, tales como orificios
de boquilla demasiados grandes.
Retroceso de Llama
Dispositivos de Seguridad:• Válvulas Unidireccionales, Van montadas en el soplete,
tanto en la conexión de gas combustible como en la deoxígeno. Impiden eficazmente el flujo inverso del gas.Sin embargo no impedirían el retroceso por otras causas.
• Bloqueadores de retroceso de llama (montados en elsoplete o en el regulador). Impiden el retroceso de lallama, mediante un filtro de metal sinterizado, de aceroinoxidable que apaga la llama debido al efectoenfriamiento. También impiden el retroceso de flujoinverso. Además corta el suministro de gas ante una ondade presión. El dispositivo de cierre termosensible nodejará que salga el gas en caso de incendio.
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Capacidad de cortar prácticamentetodos los metales y aleaciones deforma rápida limpia y productiva. Elchorro de plasma de alta temperaturaes eficaz para aquellos metales que noadmiten el oxicorte, tales como elaluminio, el cobre y el aceroinoxidable.
Además de su alta velocidad, el cortecon plasma tiene la ventaja dearranque rápido sin precalentamiento,muy adecuado para aplicaciones querequieren corte interrumpido.
Corte por Plasma
Corte por Plasma
El corte con plasma cubre un grupo deprocesos térmicos que cortan el metalfundiéndolo con el calor de un arcoentre un electrodo y la pieza de trabajo.El corte se realiza por un chorro de altavelocidad de gas ionizado (plasma) aalta temperatura.Puede ser usado con un soplete manualo mecánico. Requiriendo muchacorriente continua de alta tensión. Elmanual usa de 30 a 120 A. El modeloautomático usado en máquinas de 100A. a más de 600 A. De acuerdo alespesor se necesita una potencia de 25 a200 kW.
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Comparado con el oxicorte, elproceso de arco de plasma cortamás rápidamente las planchasfinas, sin riesgo de distorsión, dadoque la zona afectada por el calor esreducida. No obstante, el equipo esmás costoso y el proceso requierealto consumo eléctrico así como lanecesidad de reemplazar piezas dedesgaste tales como boquillas y elelectrodo, lo cual conlleva a másaltos costos de operación.
Corte por Plasma
Corte por Plasma
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Corte por Plasma
Corte por Plasma
Para el corte automatizado, la torcha no sólo se encuentraenfriada por agua internamente, sino que el corte real sedebe realizar dentro de agua para reducir el ruido y losniveles de partículas.Mientras que la aplicación principal es para el corte demetales no ferrosos, es útil también para el corte de acerosal carbono. Las ventajas incluyen la capacidad de cortarmetales que no se pueden cortar con Oxicorte, el corte dealta calidad resultante, y las velocidades de corteincrementadas para aceros al carbono.
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Equipo de Corte por Plasma
Corte por Plasma
Una limitación es que el cortegeneralmente es bastante grandey los bordes cortados pueden noestar a escuadra. Si se desea sepueden utilizar técnicasespeciales, tales como inyecciónde agua, para mejorar estaconfiguración del borde. Otralimitación es el mayor costocomparado con el corte poroxiacetíleno.
Corte de placa de 30 mm(1,18 pulg.) con unaantorcha manual de
plasma
Corte de placa de 30 mm(1,18 pulg.) con unaantorcha manual de
oxicorte.
Tinte de calor de sólo2 mm con plasma.
Tinte de calor de más de10 mm con oxicorte.
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Criterios Para Calculo De Costos
OxicorteEspesor a cortarCiclo de TrabajoCosto y consumo gasesPrecio del equipoMano de ObraEspacio de tallerGastos generalesSistemas de seguridad
Corte con PlasmaIdem, menos gas de precalentamientoCostos adicionales electricidadComponentes del soplete (Tobera y Electrodo)
Cálculo de
Costos
Para
Proceso
de Corte
Térmico
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Criterios Para Bajar Costos
Eficiencia uso MOB, mayor
número de piezas cortadaspor operario.
Automatizar el corte
Mayor velocidad de corte
Menor distorsión térmica(evitar enderezado depiezas)
Entrenamiento
Mantenimiento de equipos
Corte Oxiacetilenico
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Corte por Eléctrodo de Grafito
Este proceso usa unelectrodo de carbónpara crear un arco paracalentar a lo largo, ycon un fuerte chorrode aire comprimidoremuevemecánicamente elmetal fundido. LaFigura muestra elproceso en uso.
El Equipo para “Arcair”
El equipo usado consiste enuna pinza de electrodoespecial que está fijada a unafuente de corriente continua yuna fuente de airecomprimido. Esta pinza,mostrada en la Figura, toma alelectrodo de carbón enmordazas de cobre, una de lascuales tiene una serie deagujeros a través de los cualespasa el aire comprimido.
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Preparación de la Junta Usando Corte por Arco con Electrodo de
Grafito Automatizado (izquierda) y Manual (derecha)
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Para lograr el corte, el electrodo decarbón se coloca cerca de la pieza detrabajo para crear un arco. Una vezque se funde el metal, el chorro de airecomprimido sopla al metal fundidofuera, para producir una ranura o corte.La pinza del electrodo se fija a unafuente de potencia al igual que unafuente de aire comprimido. En laFigura, se muestra la totalidad delsistema para el corte por arco conelectrodo de grafito.
Corte por Eléctrodo de Grafito
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Ventajas y Desventajas del Corte porEléctrodo de Grafito
Aplicación en la mayoría de las industrias, especialmente debido aque se puede usar para cortar cualquier metal. A pesar de quecortará todos los metales, hay otras consideraciones que puedenrequerir otros métodos de corte para aleaciones particulares.
Una de las ventajas básicas es que es un método relativamenteeficiente para remover material. También tiene la capacidad decortar cualquier metal. Debido a que usa las mismas fuentes depotencia que las usadas por algunos tipos de soldadura, los costosde los equipos son mínimos.
Ventajas y Desventajas del Corte porEléctrodo de Grafito
La principal desventaja del proceso está relacionada con laseguridad. Es un proceso inherentemente muy ruidoso ysucio. Por esto, el operador puede elegir usar protecciónauditiva para reducir el nivel de ruidos, y filtros para larespiración para eliminar la inhalación de las partículasmetálicas producidas. Puede requerirse también un vigía paraasegurarse que las gotas del metal ranurado no generen riesgode incendio. Otra limitación es que el corte terminado puederequerir alguna limpieza previa a la soldadura adicional.
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Corte Mecánico
Estos métodos pueden incluircizallado, corte por sierra,amolado, fresado, torneado,perfilado, taladrado, cepillado, ycincelado. Se usan parapreparación de la junta,contorneado de la soldadura,preparación de las partes, limpiezade la superficie, y remoción de lassoldaduras defectuosas.
