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Generalidades sobre la soldadura oxiacetilénica

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PREMISAS GENERALES SOBRE SOLDADURA

Llamase soldadura el procedimiento que consiste en unir sólidamente dos piezas metálicas, o dos partes de una misma pieza, mediante el calor suministrado por diversas fuentes.

En la actualidad, la soldadura constituye una rama casi independiente e indispensable en las construcciones metálicas, en continua superación de métodos y perfeccionamiento de herramientas, que facilitan y aseguran la calidad y solidez de los trabajos.

Especialmente las soldaduras con soplete y por arco permiten sensibles reducciones de peso y de materiales sobre las piezas fundidas, y hacen posible la utilización de muchos rezagos metálicos, que de otro modo serían inservibles.

Otros métodos de soldadura tienen aplicaciones particulares, y lo mismo dígase de la soldadura fuerte en la fragua; métodos que van dejando lugar a los nuevos sistemas: soldadura por aluminotermia, por hidrógeno atómico, por ultrasonido, etcétera.

Información relacionada :



Los diversos métodos de soldadura -entre los más difundidos- están resumidos en el siguiente esquema:

 

Generalidades sobre la soldadura oxiacetilénica

1. Generalidades

Denominase soldadura oxiacetilénica la unión de dos piezas metálicas - o partes de una misma pieza - por fusión de sus bordes con metal de aporte o sin él.

El calor necesario para soldar puede obtenerse con un soplete de gas, o mediante la electricidad; y en ambos casos, la soldadura es autógena, aunque comúnmente se da ese nombre a la soldadura con soplete.

Figura :  Equipo básico de soldadura que está presente en casi todos los talleres.

Como hemos visto en el cuadro anterior  la soldadura autógena puede efectuarse:

1º) Calentando las piezas en la fragua hasta el color blanco y martillándolas debidamente (caldeo);

2º) Con soplete oxhídrico y oxiacetilénico;

3º) Con arco eléctrico;

4º) Eléctricamente, por resistencia;

5º) Con metal líquido.

Omitiendo lo relativo al caldeo -muy poco usado en la actualidad-, veremos someramente lo que mas puede interesar al mecánico acerca de esta fundamental rama del oficio  que ha dejado de ser un procedimiento de sola compostura, y se ha desarrollado de manera asombrosa, hasta constituir un importante elemento de construcción preferido, en muchos casos a los remaches y tornillos.

Para efectuar una correcta soldadura autógena, el operario deberá disponer los siguientes elementos:

1º) El aparato productor de acetileno; y a falta de éste, un tubo o botella de acetileno disuelto;

2º) Un tubo de oxígeno, con el reductor de presión;

3º) Un soplete o antorcha, con sus diversas boquillas o picos, que permiten la soldadura de distintos espesores.

2. Acetileno y carburo de calcio

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El acetileno es un gas que arde en contacto con el aire, produce una llama muy luminosa, y se enciende a 350º. Se ha establecido que el gas acetileno es el combustible usado para producir una llama de oxiacetileno. El gas acetileno es un gas pesado, que tiene un olor muy desagradable.

Contiene 92,3 por ciento de carbono, y el resto es hidrógeno. Por consiguiente, es un hidrocarburo no saturado, cuya fórmula es C2H2 .

A presión y temperatura normales, un kilo de este gas ocupa un volumen de 850 litros.

El acetileno no es explosivo; pero estalla a la presión de 1,5 kg/cm2 y 550º de temperatura, por lo cual está prohibido emplearlo en tales condiciones. El mismo se vuelve inestable a presiones de 1 kg/cm2 o mayores, y a 2 kg/cm2  éste se vuelve tan inestable que las mas ligera fricción del acetileno contra la atmósfera hará que el mismo explote. La presión normal operativa para la mayor parte de los trabajos de soldadura usan acetileno de 0,28 a  0,56  kg/cm2 (4 a 8 psi). Sin embargo, si el acetileno se disuelve en acetona, se puede comprimir hasta 15 kg/cm2

Los tanques de acetileno están llenos de un material terroso, una mezcla porosa con las características de una esponja. La calidad semejante a una esponja proporciona pasos huecos para la acetona líquida que fluye dentro de la botella. La acetona tiene la capacidad de absorber hasta 25 veces su volumen. Debido a que el acetileno es almacenado en acetona, esto lo vuelve suficientemente seguro para transportar botellones de acetileno sin el peligro de explosión.

La cantidad de una carga nueva de acetileno en un botellón o tanque es medida en volumen ( en metros cúbicos ) y peso total, no en kg/cm2 o psi. Sin embargo, cuando una botella de acetileno es conectada a un manómetro, este se puede leer tan alto como 18 kg/cm2 cuando está a plena carga. En este caso, el manómetro no está leyendo acetileno sino presión de acetona. Es aconsejable que el acetileno se liberado lentamente de la acetona al abrir la válvula del tanque en no mas de un cuarto a media vuelta. Si la válvula del tanque de acetileno es abierta muy rápido, la acetona fluirá fuera del tanque dentro de la línea de alimentación o manguera de gas.

El carburo de calcio -combinación de carbón de coque (35 %) y cal (65 %), que se obtiene por fusión en horno eléctrico- es de color gris claro, y de fractura cristalina.

Se distingue comercialmente según el tamaño de los granos, que son:

1º) Grueso, que pasa la malla de 50 por 80 mm;

2º) Mediano, que pasa la malla de 25 por 50 mm;

3º) Granulado, que pasa la malla de 4 por 8 mm.

El primero se conserva mejor, y es de mayor rendimiento.

Un kilo de buen carburo de calcio en cinco litros de agua debe producir 300 litros de acetileno: y el calor que produce la reacción no debe superar los 100º.

El residuo sólido es cal apagada, debido a que:

Carburo + Agua + Acetileno = Oxido de cal + Calor.

Téngase presente que el carburo se debe conservar en envase bien cerrado y en lugar seco.

3. Generadores de acetileno

Son aparatos o equipos en los cuales el carburo se pone en contacto con el agua, para producir y almacenar el acetileno.

En la mayoría de los casos, los generadores de acetileno se componen de cinco secciones, a saber:

1º) El generador propiamente dicho, o recipiente en que se realiza la reducción del carburo;

2º) El recipiente que contiene el agua;

3º) La campana, o recipiente donde se almacena el acetileno;

4º) La junta hidráulica, o válvula de seguridad;

5º) El depurador químico, que sirve para purificar el acetileno y se coloca entre el generador y la válvula de seguridad.

Los generadores de acetileno más empleados son los automáticos, que producen el gas a medida que se consume, y se clasifican en:

1º) Generadores por caída de agua sobre el carburo (Fig. 1);

2º) Generadores por contacto:

3º) Generadores por caída del carburo sobre el agua.

Figura 1. - Generador de acetileno, que muestra la caída del agua sobre el carburo de calcio.

ADVERTENCIAS

1º) El generador debe mantenerse lo más limpio que sea posible, por lo cual conviene descartar los equipos muy complicados;

2º) No aproximarse a los generadores con fuego - cigarrillos, etcétera - o piezas calientes;

3º) Efectuar la carga del generador de día, y secar el  depósito de carburo;

4º) Para controlar pérdidas eventuales, no se utilice la llama, sino agua jabonosa.

4. Acetileno  disuelto

Cuando el empleo de la soldadura  no es continuo, se requiere mayor seguridad en la instalación; y para equipos trasportables, se puede eliminar el generador, y usar botellas de acetileno disuelto.

Entre otras propiedades, el acetileno posee la de ser soluble en la acetona a tal punto, que un litro de este liquido disuelve 240 litros de acetileno, a la presión de 10 kg/cm2, sin peligro de explosión.

Aprovechando esta propiedad, en el comercio se preparan botellas de treinta o más litros de capacidad. Estas se rellenan con materiales porosos, como tierra de infusorios o amianto, en cuyos poros se introduce la acetona que disuelve el acetileno,  el cual, en este estado, se puede comprimir a una presión de 15 kg/cm2  (15 atmósferas).

Estas botellas poseen un reductor de presión distinto de los de oxígeno, que permite utilizar el acetileno a presión constante. Y estos recipientes hay que manejarlos con sumo cuidado, no exponerlos al sol directo, no golpearlos ni dejarlos caer, abrir despacio la válvula, y no untar ésta con grasa.

Para controlar el consumo de gas en una soldadura, hay que pesar la botella antes y después, teniendo presente que un kilogramo de diferencia representa 850 litros de acetileno.

5. Oxígeno

Ya conocemos las propiedades del oxígeno, que es el elemento necesario para la combustión de cualquier materia, y puede ser comprimido a cualquier presión. El oxígeno es un elemento gaseoso incoloro, inodoro e insípido que forma hasta el 21% de la atmósfera terrestre en volumen. Es usado para mantener la vida sobre el planeta como ya sabemos. En soldadura el mismo es usado para mantener la combustión.

Se extrae del aire, después de su licuación  y se almacena a la mayor presión posible, para luego cargar las botellas.

Para ser utilizado,  el oxígeno debe tener una pureza del 98 por ciento.

El oxígeno nunca debe ser usado en la presencia de sustancias que tengan como base el petróleo, debido a que las mismas presentan el peligro de fuego o explosión. El oxígeno a presión incrementa su apoyo al proceso de combustión. Por ejemplo, esto significa que cuando oxígeno a alta presión se pone en contacto con un aceite de máquina basada en petróleo, este baja su punto de ignición. Al bajar el punto de ignición supone una situación peligrosa porque a la menor fricción o chispa se podría producir una explosión. Esta situación debe ser cuidadosamente considerada cuando se propone soldar tanques que anteriormente estuvieron llenos de gasolina, alcohol, fluido hidráulico o cualquier otra sustancia volátil. Antes de intentar soldar estos tanques, los mismos deben ser lavados al vapor cuidadosamente.

Un buen ejemplo visual de soporte a la combustión de parte del oxígeno es mostrado cuando el color de la llama y su forma en el soplete de soldadura cambian a medida que el volumen de oxígeno es incrementado. Mientras estos cambios tienen lugar, el color de la llama cambia desde un color naranja opaco a blanco brillante. La intensidad del calor y el color cambiante de la llama continua hasta que se alcanza una llama neutra.

6. Cómo se envasan los gases utilizados en la soldadura oxiacetilénica.

El oxigeno y el acetileno se comprimen en botellas o tubos sin costura y muy resistentes, y cuya parte inferior calza en un zócalo cuadrado que les permite mantenerse en sentido vertical (Figs. 2 y 3). El

Figura 2: Tubo de acetileno.                  Figura 3: Tubo de oxígeno

Figura 4: Válvula de cabeza

Otro extremo – parecido,  por su forma, al cuello de una botella -  acaba con una parte roscada que lleva la válvula de cabeza (Fig. 4).

La presión a que se comprime generalmente el oxígeno es de 125 kg/cm2; pero los tubos deben ser probados para resistir una presión de 250 kg/cm2.

Como hemos dicho, el acetileno se puede comprimir a un máximo de 20 kg/cm2.

La válvula de cabeza tiene una salida lateral, por donde se enrosca el reductor de presión, con dos manómetros, el primero de los cuales mide la presión del gas que está dentro del tubo, y el segundo, la presión reducida del gas que va al soplete (Fig. 5).

Figura 5. - Reductor de presión para oxígeno

Sobre los tubos de acetileno se coloca un reductor de presión muy distinto, por su forma, a los empleados en los tubos de oxígeno, para que no haya confusión cuando se colocan.

7. Medición del contenido de los tubos

La capacidad volumétrica de los tubos puede ser de 20 a 50 litros;  para calcular el volumen de gas que contiene, se multiplican  la capacidad real por la presión  en kg/cm2 del gas.

EJEMPLO: Un tubo de oxígeno de 36 litros  de capacidad, en cuyo manómetro de alta presión se lee 110 atmosferas,  contiene:

36  x 110 = 3.960 litros de oxigeno.

Por lo tanto, para calcular la cantidad de oxígeno utilizada en un trabajo se halla la diferencia entre la cantidad marcada antes, y la registrada después de la soldadura.

EJEMPLO: Un tubo de 46 litros marcó 88 kg/cm2 antes de soldar, y 65 al acabarse el trabajo. El consumo de oxígeno será, entonces:

(88 X 46) - (65 X 46) = 4.048 - 2.990 = 1.058 litros.

Cuando se desea averiguar si hay oxigeno suficiente para un determinado trabajo, se multiplica el consumo horario del soplete por el tiempo aproximadamente necesario para ejecutar la soldadura, y se controla el contenido del tubo.

Para controlar el consumo de acetileno, se pesa el tuba antes y después de la soldadura, y se multiplica la diferencia por 900, pues un kilogramo de peso representa 900 litros de acetileno.

EJEMPLO; Un tubo de acetileno pesa 72 kilos antes de comenzar a soldar, y 69,400, después de la soldadura. El consumo de acetileno, en este caso, será el siguiente:

Peso: 72 - 69,400 = 2,600 kg.

Volumen: 2,600 X 900 = 2.340 litros.

El equipo de soldadura oxiacetilénica

1. Generalidades

Un equipo corriente de soldadura oxiacetilénica ( llamada también soldadura autógena) está constituido por los elementos  ilustrados en la figura 6, y que a continuación se detallan:

1º) La mesa del soldador, con los accesorios correspondientes;

2º) El tubo de oxígeno, con la válvula de cabeza y el reductor de presión;

3º) El tubo de acetileno disuelto, con la válvula y el reductor citados;

Figura 6 - Instalación completa para soldadura oxiacetilénica con generador.

4º ) El soplete, también llamado antorcha, con sus boquillas y doble manguera;

5º) Los metales de aporte y los desoxidantes;

6º) Los elementos protectores: antiparras, delantal, guantes,  etcétera.


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