Corte Oxi-Combustível Explicado: Processo, Vantagens e Desvantagens

O que é Corte Oxi-Combustível?

Soldagem oxi-combustível e corte oxi-combustível são processos que usam gases combustíveis (ou combustíveis líquidos como gasolina ou petrol) e oxigênio para soldar ou cortar metais. Os engenheiros franceses Edmond Fouche e Charles Picard foram os primeiros a desenvolver soldagem oxi-acetilênica em 1903.

Oxigênio puro, em vez de ar, é usado para aumentar a temperatura da chama e permitir a fusão localizada do material da peça (ex.: aço) em ambiente normal.

Uma chama comum de propano/ar queima a cerca de 1.980 °C (2.250 K; 3.590 °F), uma chama de propano/oxigênio queima a cerca de 2.253 °C (2.526 K; 4.087 °F), uma chama oxihidrogênio queima a 2.800 °C (3.073 K; 5.072 °F) e uma chama acetileno/oxigênio queima a cerca de 3.500 °C (3.773 K; 6.332 °F).

Antes do corte, a tocha de corte deve pré-aquecer o aço até a temperatura de ignição no ponto de partida. A esta temperatura de cerca de 960 °C (dependendo do tipo de liga), o aço perdeu propriedades protetoras contra oxigênio e ainda está sólido.

Oxigênio puro é então direcionado através do bico na área aquecida. Este fluxo de oxigênio fino e de alta pressão transforma o aço pré-aquecido e desprotegido em aço líquido oxidado por uma reação exotérmica.

Esta escória tem ponto de fusão mais baixo que o aço, então o fluxo de oxigênio pode soprar a escória líquida para fora da cavidade sem afetar o aço sólido não oxidado. Esta reação exotérmica é um processo contínuo e cria um corte à medida que a tocha se move. Para manter a reação exotérmica funcionando, a tocha de corte mantém o aço aquecido durante o corte.

Apenas metais cujos óxidos têm ponto de fusão mais baixo que o próprio metal base podem ser cortados com este processo. Caso contrário, assim que o metal oxida, ele termina a oxidação formando uma crosta protetora. Apenas aço doce e algumas ligas baixas atendem às condições acima e podem ser cortados efetivamente com o processo oxi-combustível.

Como Funciona o Processo de Corte Oxi-Combustível?

O corte oxi-combustível é uma reação química entre oxigênio puro e aço para formar óxido de ferro. Pode ser descrito como ferrugem rápida e controlada. Chamas de pré-aquecimento são usadas para elevar a superfície ou borda do aço a aproximadamente 980 °C (cor vermelho brilhante).

Oxigênio puro é então direcionado para a área aquecida em um fluxo fino e de alta pressão. À medida que o aço é oxidado e soprado para formar uma cavidade, o pré-aquecimento e o fluxo de oxigênio são movidos a uma velocidade constante para formar um corte contínuo.

Apenas metais cujos óxidos têm ponto de fusão mais baixo que o próprio metal base podem ser cortados com este processo. Caso contrário, assim que o metal oxida, ele termina a oxidação formando uma crosta protetora. Apenas aço de baixo carbono e algumas ligas baixas atendem à condição acima e podem ser cortados efetivamente com o processo oxi-combustível.

Aqui estão os fundamentos de como tudo funciona:

Passo 1: Pré-aquecimento

Antes de começar a cortar o aço, ele deve ser aquecido até sua temperatura de ignição, cerca de 980 °C. Nesta temperatura, o aço reage prontamente com oxigênio. O calor é fornecido pelas chamas de pré-aquecimento de uma tocha oxi-combustível. Dentro da tocha, o gás combustível é misturado com oxigênio para criar uma mistura altamente inflamável.

Um bico tem múltiplos orifícios dispostos em padrão circular para focar a mistura de gás inflamável em múltiplos pequenos jatos. A mistura combustível-oxigênio é inflamada fora do bico, e as chamas de pré-aquecimento se formam logo fora da ponta do bico.

Gases combustíveis comumente usados incluem acetileno, propano, gás natural e alguns outros gases misturados. Ao ajustar a proporção combustível-oxigênio, a chama é ajustada para produzir a temperatura mais alta possível na menor chama possível. Isso concentra o calor em uma pequena área na superfície da chapa de aço.

Passo 2: Perfuração

Uma vez que a superfície ou borda da chapa atingiu a temperatura de ignição, um jato de oxigênio puro é ligado para começar a perfurar a chapa. Isso é chamado de "oxigênio de corte", e o jato é formado por um único furo no centro do bico.

À medida que o fluxo de oxigênio de corte atinge o aço pré-aquecido, o processo de oxidação rápida começa. É quando a diversão real começa. O processo de oxidação é referido como uma reação exotérmica – libera mais calor do que o necessário para começar.

O aço oxidado toma a forma de escória fundida, e a escória fundida tem que sair do caminho para que o fluxo de oxigênio possa "perfurar" completamente a chapa. Dependendo da espessura da chapa, isso pode levar de uma fração de segundo até vários segundos.

Durante este tempo, o fluxo de oxigênio de corte está empurrando cada vez mais fundo na chapa, e a escória fundida está sendo soprada para fora do furo de perfuração. Isso pode resultar em um gêiser massivo de aço fundido, ou se feito corretamente, uma pequena poça de escória no topo da chapa.

Passo 3: Corte

Uma vez que o fluxo de oxigênio de corte fez seu caminho completamente através da chapa, a tocha pode começar a se mover a uma velocidade constante, formando um corte contínuo. A escória fundida formada durante esta fase é soprada para fora da parte inferior da chapa.

O calor liberado pela reação química entre o oxigênio e o aço pré-aquece a chapa logo à frente do corte, mas não de forma confiável o suficiente para cortar sem as chamas de pré-aquecimento. Então, as chamas de pré-aquecimento permanecem ligadas durante todo o corte, adicionando calor à chapa enquanto a tocha se move.

Estes são os fundamentos. Mas existem muitos outros fatores que afetam a qualidade da borda do corte, incluindo velocidade, pressão do oxigênio de corte, ajuste da chama de pré-aquecimento, altura de corte, temperatura da chapa, etc.

Características do Oxi-Combustível Comparado ao Plasma

• Material. O corte oxi-combustível é usado para corte de aço doce. Apenas metais cujos óxidos têm ponto de fusão mais baixo que o próprio metal base podem ser cortados com este processo. Caso contrário, assim que o metal oxida, ele termina a oxidação formando uma crosta protetora. Apenas aço doce e algumas ligas baixas atendem às condições acima.
• Espessura de parede. Oxi-combustível permite o corte de material de parede mais espessa que plasma. Plasma não pode cortar paredes mais espessas devido às enormes quantidades de energia necessárias para atingir espessuras similares.
• Ângulo de corte. Oxi-combustível permite corte de ângulos mais íngremes até 70° (comparado a 45° com plasma) devido à concentração do feixe de oxigênio.
• Cortes retos. O feixe de plasma tem tendência a desviar quando o ângulo é muito íngreme. No entanto, esse desvio pode ser compensado por automação.
• Custos. Oxi-combustível é uma solução mais econômica que corte a plasma. Custos de investimento inicial, consumíveis e operacionais são todos menores que corte a plasma. No entanto, velocidades de processamento são tipicamente menores abaixo da faixa de 20 mm de espessura de parede (considerando perfilagem 3D na indústria de aço pesado).

Vantagens e Desvantagens do Corte Oxi-Combustível

Com aplicações de corte oxi-combustível, gás combustível e oxigênio são usados para gerar a chama de corte. A Messer Cutting Systems fornece gases incluindo acetileno, MAPP, propano e gás natural, e informações relativas aos seus requisitos.

Vantagens:

• Qualidade de borda reta e alta precisão.
• Corte de chanfro em tiras.
• Perfuração de aço doce até 101 mm (4 polegadas) a 127 mm (5 polegadas) de espessura.
• Início em borda e corte de aço de 254 mm (10 polegadas) a 304 mm (12 polegadas) de espessura.
• Com múltiplas tochas, produza múltiplas peças, reduzindo tempo e mão de obra.

Desvantagens:

• Não pode cortar aço inoxidável em circunstâncias normais.
• Velocidades de corte mais lentas comparadas ao corte a plasma.
• Corte de material fino pode empenar.
• Difícil produzir furos menores que duas vezes a espessura do aço.