Unidad 6   proceso corte termico de la construcción naval
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Unidad 6   proceso corte termico de la construcción naval Unidad 6 proceso corte termico de la construcción naval Document Transcript

  • 21/12/2012 Universidad Tecnológica del Perú Área Académica - Facultad de Ingeniería Naval Tecnología de laConstrucción Naval I El Proceso Corte Entrada Logística de Térmico en la Construcción Naval Unidad Didáctica 6 © 2012 Ramón Velasco Stoll © Profesor Area Ingeniería Naval 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Area Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com Ramon.Velasco@marsh.com 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. © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com 1
  • 21/12/2012 El Corte Térmico CORTE TERMICO (TC) CORTE CORTE POR POR ARCO OXIGENO (AC) (OC) corte por arc air .............................................. CAC-C corte por arco con electrodo de carbono ........ CAC OTROS corte por arco con arco alambre PROCESOS y protección gaseosa ..................................... GMAC DE CORTE corte por arco con electrodo de tungsteno y protección gaseosa ......................................... GTACcorte con fundente ............... FOC corte por plasma .............................................. PACcorte con polvo metálico ...... POC corte por arco con electrodo revestido ............ SMACcorte por oxigas ................... OFC-corte oxiacetilénico ............ OFC-A-corte oxídrico ................... . OFC-H corte por haz de electrones ................. EBC-oxicorte con gas natural .... OFC-N corte por láser ...................................... LBC-oxicorte con gas propano .. OFC-P -aire ................................ LBC-A -evaporativo ................... LBC-EV -gas inerte ...................... LBC-IG -oxígeno .......................... LBC-O © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com Corte Térmico Es el método que ofrece la mayor flexibilidad para el corte recto o modelado de chapas de metal. Existen tres procesos : OXICORTE PLASMA ARCAIR © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com 2
  • 21/12/2012 Principio del Oxicorte La llama de oxigas se usa para calentar el metal a la temperatura a la cuál se oxida rápidamente o quema. La temperatura necesaria es conocida como la temperatura de ignición, y para los aceros, está alrededor de 925º C (1700ºF). Una vez que se alcanzó la temperatura, se dirige un chorro de oxígeno de corte de alta presión a la superficie calentada para producir una reacción de oxidación. Este chorro de oxígeno también tiende a remover la escoria y el residuo de óxido que se produce por esta reacción de oxidación. Por esto, OFC puede ser considerado como un tipo de proceso de corte químico. Principio del OxicorteLas cinco condiciones necesarias para el oxicorte son:1. Los productos de combustión deben tener una temperatura de fusión inferior a la temperatura de fusión del metal.2. La temperatura de ignición del metal debe ser inferior a su temperatura de fusión.3. Los productos de combustión no deben ser gaseosos en una proporción apreciable.4. La combustión del metal debe generar suficiente calor para mantener la combustión.5. La conductividad térmica del metal ha de ser relativamente baja. © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com 3
  • 21/12/2012 Corte TérmicoGases CombustiblesSon 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) Propiedades de la CombustiónLa llama de precalentamiento Zona Reductora Llama Secundaria Oxigeno Del Aire Pieza de Trabajo © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com 4
  • 21/12/2012 La Llama de PrecalentamientoConseguir 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. © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com La Llama de PrecalentamientoLa 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. © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com 5
  • 21/12/2012 Requerimientos de OxigenoLos 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/hPropano 400 l/h Oxígeno 1600 l/hGas Natural 1100 l/h Oxígeno 1950 l/h © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com Requerimientos de Oxigeno 6
  • 21/12/2012Temperatura de Llama 1. Descomposición, a carbono e hidrógeno, del gas combustible en la llama primaria. 2. La combustión en la llama primaria genera calor. 3. La disociación toma calor de la llama y limita la temperatura de la misma Intensidad de Llama Es una medida de la concentración del calor entregado por la llama primaria y es función, de la Velocidad de Llama. Se muestra la intensidad de llama para diferentes gases combustibles (sistema inglés) © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com 7
  • 21/12/2012 Corte TérmicoCORTE OXIACETILENICO Es un proceso de combustión que usa un chorro de oxigeno puro a alta velocidad para cortar acero al carbono. El gas combustible y el oxigeno de calentamiento suministrado por medio de sopletes de oxicorte, forman la llama de precalentamiento. Técnica muy competitiva debido a que corta tanto planchas finas como gruesas de forma económica. © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com Corte TérmicoCORTE OXIACETILENICOCorta 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./minEl proceso produce una mayor zonaafectada por el calor, en comparación alPlasma, lo cual usualmente causa distorsióny esfuerzos residuales en las planchas finas. 8
  • 21/12/2012 Corte TérmicoEl 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 © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com Corte Térmico Secciones transversales de los picos de corte típicos. 9
  • 21/12/2012 Corte TérmicoSopletes usados para corte manual y mecánico Proceso del Oxicorte1. La llama de precalentamiento se forma mezclando oxígeno y un gas combustible en un soplete o en una boquilla.2. La llama de precalentamiento se dirige hacia un punto del metal que se calienta a una temperatura superior a la de ignición. Entonces se inyecta un chorro de oxígeno puro a través de la llama.3. El chorro de oxígeno oxida rápidamente la mayor parte del metal en una zona estrecha para hacer un corte.4. El Oxicorte es un proceso de combustión y no de fusión. Los óxidos (escoria) son desplazados por la energía cinética del chorro de oxígeno. Moviendo el soplete por la pieza de trabajo a una velocidad adecuada se produce un corte continuo. 10
  • 21/12/2012 Proceso del OxicorteEl 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. Ventajas del OxicorteEquipo 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. © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com 11
  • 21/12/2012Corte Oxiacetilenico Automatico Pureza del Oxigeno de Corte Para la combustión del hierro, el oxígeno y el hierro deben entrar en contacto directo el uno con el otro. La reacción se perjudica con las impurezas (nitrógeno y argón) gases que no combustionan con el hierro. La reducción de la velocidad de corte aumenta el desface. 12
  • 21/12/2012 Factores que afectan la eficiencia Calidad del corte Escoria Caudal de gases Tamaño y condición de las boquillas Velocidad del avance Presión de gas y aire comprimido Selección del gas combustible Espesor Tiempo precalentamiento Efecto de velocidad de corte Costo de pieza cortada Sopletes y boquillas Seguridad de manipuleo Funciones del Soplete de Oxicorte• Controlar el flujo y la mezcla del gas combustible y del oxigeno de calentamiento.• Controlar el flujo del oxígeno de corte• Descargar los gases a través de la boquilla de corte al caudal correcto para precalentamiento y corte. © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com 13
  • 21/12/2012 Retroceso de Llama Las razones por las que el gas puede fluir con demasiada lentitud son: • Ajuste incorrecto de presión en el soplete o en el regulador. • Caídas de presión debidas a la longitud y diámetro de las 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 de oxígeno. Impiden eficazmente el flujo inverso del gas. Sin embargo no impedirían el retroceso por otras causas.• Bloqueadores de retroceso de llama (montados en el soplete o en el regulador). Impiden el retroceso de la llama, mediante un filtro de metal sinterizado, de acero inoxidable que apaga la llama debido al efecto enfriamiento. También impiden el retroceso de flujo inverso. Además corta el suministro de gas ante una onda de presión. El dispositivo de cierre termosensible no dejará que salga el gas en caso de incendio. 14
  • 21/12/2012 Corte por PlasmaCapacidad 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 PlasmaEl 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. 15
  • 21/12/2012 Corte por PlasmaComparado 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 16
  • 21/12/2012 Corte por Plasma Corte por PlasmaPara 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. 17
  • 21/12/2012 Equipo de Corte por Plasma Corte por PlasmaUna limitación es que el cortegeneralmente es bastante grandey los bordes cortados pueden noestar a escuadra. Si se desea se Corte de placa de 30 mm Corte de placa de 30 mmpueden utilizar técnicas (1,18 pulg.) con una (1,18 pulg.) con una antorcha manual de antorcha manual deespeciales, tales como inyección plasma oxicorte.de agua, para mejorar estaconfiguración del borde. Otralimitación es el mayor costocomparado con el corte por Tinte de calor de sólo Tinte de calor de más de 2 mm con plasma. 10 mm con oxicorte.oxiacetíleno. 18
  • 21/12/2012 Criterios Para Calculo De Costos Oxicorte Espesor a cortar Ciclo de Trabajo Costo y consumo gases Precio del equipo Mano de Obra Espacio de taller Gastos generales Sistemas de seguridad Corte con Plasma Idem, menos gas de precalentamiento Costos adicionales electricidad Componentes del soplete (Tobera y Electrodo)Cálculo de Costos Para Procesode Corte Térmico 19
  • 21/12/2012 Criterios Para Bajar Costos Eficiencia uso MOB, mayor número de piezas cortadas por operario. Automatizar el corte Mayor velocidad de corte Menor distorsión térmica (evitar enderezado de piezas) Entrenamiento Mantenimiento de equipos Corte Oxiacetilenico 20
  • 21/12/2012 Corte por Eléctrodo de Grafito Este proceso usa un electrodo de carbón para crear un arco para calentar a lo largo, y con un fuerte chorro de aire comprimido remueve mecánicamente el metal fundido. La Figura muestra el proceso 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. 21
  • 21/12/2012Preparación de la Junta Usando Corte por Arco con Electrodo de Grafito Automatizado (izquierda) y Manual (derecha) © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com Corte por Eléctrodo de GrafitoPara 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. © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com 22
  • 21/12/2012 Ventajas y Desventajas del Corte por Eléctrodo de GrafitoAplicación 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 por Eléctrodo de GrafitoLa 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. 23
  • 21/12/2012 Corte MecánicoEstos 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. © 2012 Ramón Velasco Stoll Profesor Área Ingeniería Naval Ramon.Velasco.Stoll@gmail.com 24