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SOLDAGEM POR OXIACETILENO

Júlio Alberto Barbosa Mendonça

Introdução

As operações de solda e corte pelo processo Oxiacetilênica, são realizadas através da queima

da mistura de oxigênio e acetileno nas proporções corretas em um maçarico. A chama

resultante dessa queima pode chegar a temperaturas ao redor dos 3.200 ºC. É um processo

que data do século XIX, quando o cientista francês Le Châtelier (1895) observou que quando

o acetileno queima com o oxigênio produz uma chama que atinge a temperatura aproximada

de 3000ºC. O processo de soldagem oxiacetilênico foi explorado comercialmente a partir do

século XX, quando foram desenvolvidos processos de produção de acetileno e do oxigênio. A

soldagem oxiacetilênica é empregada para a união de dois ou mais componentes de um

sistema mecânico ou estrutural, conservando a continuidade física do material preservando,

assim, suas propriedades físicas e químicas. É muito utilizada em componentes mecânicos,

estruturas navais e oceânicas, tubulações, vasos de pressão, chassis e carrocerias de

automóveis entre outros.

Processo de Soldagem

O processo de soldagem oxiacetilênica envolve a fusão do metal base e normalmente de um

metal de enchimento, usando uma chama produzida na ponta de um maçarico. O gás

combustível (acetileno) e o oxigênio são combinados em proporções adequadas dentro de

uma câmara de mistura. O metal fundido e o metal de enchimento, se usado, se misturam

numa poça comum e se solidificam ao se resfriar, como se pode observar na figura abaixo:

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Figura 1: Etapas do processo de soldagem

 Nota-se que nesse processo, como mostra a Figura 1, as superfícies a serem soldadas sãoaquecidas pela chama até a fusão das bordas contínuas, formando uma poça de fusão, queestabelece a interação entre as duas peças. Dependendo da espessura ou das condições desoldagem do material base, há a necessidade de adição de mais material na forma de varetas(material de adição).

Operacionalmente, a soldagem oxiacetilênica compreende as seguintes etapas: (a) abertura

dos registros dos gases e regulagem das pressões de serviço, (b) acendimento e regulagem da

chama, (c) formação da poça de fusão, (d) execução do cordão, com ou sem a utilização de

metal de adição, (e) interrupção da solda e (f) extinção da chama.

As pressões de serviço devem ser escolhidas em função do tipo de maçarico e do tamanho de

seu bico. Este, por sua vez, é determinado principalmente pela espessura da junta a ser 

soldada. Outro fator a ser considerado é o diâmetro e comprimento da mangueira usada. Se

esta for muito fina e/ou muito longa, as pressões dos gases no maçarico poderão cair abaixo

dos valores recomendados.

Tipos de Liga e Metal de Adição

 Na soldagem pelo processo oxiacetilênico o metal a ser soldado pode ser ferroso ou nãoferroso. Entre os metais férreos podem incluir o ferro fundido, aço laminado, aço fundido, açocromo, aço manganês, aço de construção, aço inoxidável, etc. Entre os metais não ferrosos

 podem citar o cobre, o bronze, o latão, o duralumínio, etc.

Ao serem submetidos ao calor da chama, alguns metais se dilatam mais que outros e como o

coeficiente de dilatação da peça a ser soldada é diferente do material a ser depositado, podemsurgir os esforços prejudiciais, e em alguns casos, trinca no próprio cordão de solda. Sendo

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assim, é muito importante que haja um cuidado sobre o controle do calor e da temperatura dachama que deve ser corretamente ajustada pelo soldador visando a proteção do metal fundido.

Tabela 1: Algumas ligas soldáveis pelo processo oxiacetilênico e o tipo de chama recomendada.

Gases

A intensidade do calor  gerado na chama depende da mistura gás oxi combustível a uma

determinada pressão dos gases. O oxigênio é utilizado para proporcionar combustão do gás,

 podendo ser substituído por ar comprimido no lugar do oxigênio, o que proporciona uma

 baixa eficiência térmica e consequentemente redução na velocidade de soldagem, afetando,também, a qualidade da solda.

A escolha do gás é importante, pois permite obter uma velocidade de soldagem e uma

qualidade desejada no cordão de solda. Normalmente, os gases mais utilizados para solda são

a mistura de Oxigênio (gás alimentador da chama) com Acetileno (gás combustível). Outros

gases além do acetileno podem ser empregados embora os mesmos forneçam menos

intensidade de calor e consequentemente uma menor temperatura, como se vê na Tabela 2.

Tabela 2- Temperatura máxima de combustão com diferentes gases

Gás combustívelTemperatura de combustão em ºC

Com oxigênio Com Ar 

Acetileno - C2H2 3480º 2650ºHidrogênio - H2 2980º 2200º

Metal Base Metal de Adição Tipo de ChamaAlumínioBronzeCobreFerro Fundido

 NíquelAço Baixo Carbono

Aço Alto CarbonoAço Inoxidável

AlumínioBronzeCobreFerro Fundido

 NíquelAçoBronze

AçoAço Inoxidável

Fracamente RedutoraFracamente Oxidante

 Neutra NeutraFracamente Redutora

 NeutraFracamente Oxidante

Redutora Neutra

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Propano - C3H8 2980º 2150º

Butano - C4H10 2925º 1470º

Gás natural - CH4 e H2 2775º 2090º

Oxigênio 

É um gás incolor, inodoro, insípido e ligeiramente mais pesado que o ar. Um metro cúbico de

oxigênio a 20 ºC e a uma pressão atmosférica pesa 1,33 Kg. Sobre pressão normal se liquefaz a

uma temperatura de -182,9 0C formando um líquido claro e azulado . Um litro de oxigênio líquido

  pesa 1,14 Kg e produz 860 litros de oxigênio gasoso na evaporação. Oxigênio comercial é

 produzido também por eletrólise da água ou mais usualmente pela liquefação do ar atmosférico. O

  princípio básico do processo de liquefação e que todos os gases vaporizam a diferentes

temperaturas. Então, neste processo o ar será primeiramente forçado a passar através da soda

cáustica e com a temperatura baixa de até -1940 C na qual se liquefaz todos os componentes do ar.

Quando este ar é liquefeito e colocado para evaporar lentamente, o nitrogênio e o argônio

vaporizam mais rapidamente deixando para trás oxigênio quase puro que é então evaporado e

comprimido dentro de um cilindro de aço a uma pressão de aproximadamente 15 MPa em umrecipiente a temperatura de 20 0C quando o oxigênio está pronto para ser transportado para uso em

soldagem ou corte por oxiacetileno.

Ao contrário do acetileno, os cilindros de oxigênio não podem ser soldados, sendo fabricados

 por forjamento ou estampados. São submetidos a ensaio hidrostático 1,5 vez maior que a

 pressão máxima de serviço, a 50ºC. Os ensaios hidrostáticos são repetidos a cada cinco anos,

submetidos também a uma inspeção nas roscas e em sinais de corrosão.

Acetileno

Acetileno é um hidrocarboneto composto, C2H2, que contém maior porcentagem de Carbono por peso do que qualquer dos outros hidrocarbonetos. É incolor e mais leve que o ar e tem umcheiro parecido com alho. Acetileno contido em cilindros é dissolvido em acetona tendo,

 portanto, um cheiro levemente diferente daquele Acetileno que é incolor e inodoro quando puro no estado gasoso. Sua massa específica, nas CNTP, é de 1,1747 kg/m3, tornando-semais leve que o ar (1,2928kg/m3). Ele é obtido industrialmente através da reação do carbetode cálcio (CaC2) com água em recipientes especiais. O acetileno é uma substância explosiva

quando no estado sólido ou líquido.Acetileno é o combustível escolhido para a soldagem por causa da sua alta intensidade decombustão, enquanto os outros gases são raramente usados para soldagem. Para temperaturas

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acima de 780 ºC ou pressões acima de 30 psig, Acetileno gasoso é instável e pode sedecompor até mesmo na ausência de Oxigênio. Esta característica tem sido levada emconsideração na preparação de um código de práticas de segurança para geração, distribuiçãoe uso de gás de acetileno. A prática de segurança aceitável é nunca usar Acetileno em

 pressões que excedam 15 psig (103 kPa) em geradores, tubulações ou mangueiras.

Para que o armazenamento dessa mistura seja uniforme dentro do cilindro, é colocado em seu

interior uma massa porosa constituída da mistura de carvão, amianto e cimento ou sílica e

calcário. Os cilindros de acetileno são geralmente de aço-carbono. Após a fabricação, os

cilindros são ensaiados hidrostaticamente até uma pressão de 6 kg/cm2. A cada cinco anos, os

ensaios são repetidos e inspecionadas as condições externas do cilindro e da massa porosa.

Chama Oxiacetilênica

Figura 2: Chama Oxiacetilenica

Estruturalmente como mostrado na Figura 2, uma chama oxiacetileno consiste de três partes

visíveis: uma dentro do cone, uma zona reduzida no meio conhecida como penacho acetileno,

uma zona exterior oxidante denominada chama evolvente ou flamejante. Toda a chama é

 produzida pelo suprimento de aproximadamente volumes iguais de acetileno e oxigênio para a

tocha de solda.

O cone interior é uma mistura de oxigênio muito quente e acetileno dissociado e é visto a olho nu

 pela sua linha exterior aguda e uma luminosidade brilhante. A combustão do acetileno ocorre emduas etapas: Combustão Primária e Combustão Secundária

• A combustão primária, onde somente o oxigênio do cilindro participa da reação;

• A combustão secundária, cuja reação ocorre com a participação do ar atmosférico.

Para volumes iguais de acetileno e oxigênio, as reações são as seguintes:

• Combustão primária:

C2H2→2 CO + H2 

• Combustão secundária:

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2 CO + H2 + 3/2 (O2 + 4 N2 ) →2 CO2 + H2 O + 6 N2 

Observando-se as duas equações, percebe-se que a primeira combustão é parcial, gerando

uma atmosfera redutora.

• A segunda equação completa a combustão, gerando uma atmosfera oxidante com menor 

temperatura, uma vez que o nitrogênio do ar entra na reação apenas para retirar calor e essa

região possui maior seção transversal.

Tipos de Chama

São conhecidos três tipos de chamas geralmente usadas nas soldagens.

Elas são classificadas, segundo suas características, como: neutra,

redutora ou carburante, e oxidante, como ilustra a Figura 3 (a, b, c).

a) Chama Neutra b) Chama Redutora ou c) Chama OxidanteCarburante

A chama neutra (Figura 3a) é produzida utilizando-se aproximadamente

uma mesma proporção volume de acetileno e oxigênio de forma a

queimar todas as partículas de carbono e hidrogênio do acetileno. Esta

chama é bem arredondada, suave, com um cone central branco bem

definido na ponta do bico. O envelope ou chama externa é azul com tons

purpúreos nas bordas e ponta, o que indica que a combustão é completa.

A chama neutra normalmente não afeta a composição química metal soldado e

normalmente produz uma solda de boa aparência, tendo propriedades comparáveis ao metal

 base. Esse tipo de chama é muito usado para soldar metais e aços

estruturais de baixo carbono e alumínio.

A chama redutora ou carburante (Figura 3b) é o tipo de chama que se obtém

quando apresenta um excesso de acetileno. Uma vez que o oxigênio fornecidoatravés do maçarico não é suficiente para completar a combustão doacetileno, o carbono escapa sem ser queimado.  Nestas condições, há a formação

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de um penacho entre o cone interno e o invólucro externo, devido justamente ao excesso degás combustível. Esse excesso de acetileno irá provocar a carbonetação do metal em fusão, nasoldagem dos aços. Essa chama possui um cone secundário em forma depincel branco-esverdeado, à frente do primeiro cone. A chama externa éfracamente iluminada e tem aproximadamente a mesma aparência deuma chama de acetileno pura. Esse tipo de chama introduz carbono noaço e é recomendada para soldar aços de alto carbono e ferro fundido. Como a chamaredutora contem carbono não queimado, sua temperatura é mais baixa que numa chama neutraou oxidante.

A chama oxidante (Figura 3c) contém excesso de oxigênio, que resulta do

excesso de oxigênio passando pelo maçarico. O oxigênio que não participa

da combustão, escapa e combina-se ao metal. Esta chama pode ser

reconhecida pelo cone central curto, pontudo e de cor branco-azulado. O

envelope, ou chama externa, é também mais curto e de um azul mais

brilhante que o da chama neutra. É acompanhada de um som agudo,

semelhante ao produzido por ar à alta pressão, escapando por um furo

pequeno. Esta chama oxida ou queima a maioria dos metais, e resulta em

uma solda porosa. Somente é usada para soldagem de latão ou bronze. A

chama oxidante tem um cone interno pontudo.

É importante observar que os diversos tipos de chamas podem ser

produzidos com os diferentes tipos de bicos e suas reações químicas  podem

ser ajustadas pela variação da velocidade de adição do oxigênio ou do gás combustível na

mistura, modificando assim as características da chama, apontadas na Figura 3 a, b, c.

Processo de Corte

O oxicorte é, na realidade, um processo de combustão. Quando uma chapa de aço é cortada, oferro presente na sua composição, aquecido por uma chama à sua temperatura de ignição,

reage com o oxigênio produzindo óxidos de ferro, que serão removidos da área de reação.

Este processo consiste fundamentalmente na queima ou oxidação rápida do metal em uma

área localizada. O metal é aquecido ao rubro (1400º a 1600ºF), que é a temperatura de

ignição, e um jato de oxigênio em alta pressão é direcionado contra ele. Esse jato de oxigênio

combina-se com o metal quente e forma um óxido intensamente quente. O óxido derretido é

soprado para baixo pelos lados do corte, aquecendo o metal em seu trajeto até a temperaturade ignição. O metal, assim aquecido, também se queima formando um óxido que é soprado

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 para fora, pelo lado inferior da peça. A ação é precisamente aquela que o maçarico realiza

quando o bico misturador é substituído por um bico de corte, ou quando um maçarico especial

 para corte é utilizado. A Figura 4(a) mostra um exemplo de um maçarico de corte, e a Figura

4 (b), ilustra o processo de corte com uso de maçarico. Os maçaricos de corte possuem dois

fluxos de oxigênio. Um dos fluxos do oxigênio é controlado, por uma válvula, semelhante à

válvula de acetileno e em conjunto com o fluxo de acetileno compõe a mistura que forma a

chama de aquecimento. O outro, acionado por um gatilho, separado, acrescenta mais oxigênio

à mistura dos gases, para formar uma chama altamente oxidante, que vai efetuar o corte.

 Figura 4 (a): Maçarico de corte Figura 4 (b): Corte com maçarico

Equipamentos

O tipo de equipamento básico necessário para a solda a gás oxiacetileno como é mostrado no

esquema da figura 5 a seguir, consiste de cilindros de oxigênio e de acetileno, cada um destes

cilindros está conectado a uma válvula para regular a saída do gás a uma pressão de trabalho,

mangueiras para condução do gás até a tocha de solda com vários tipos de bocais para

obtenção de misturas de gases na quantidade e qualidade desejada da chama para solda. Cada

unidade destas constitui de partes essenciais no controle e utilização de calor necessário para a

solda.

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Figura 5a: Equipamento de Soldagem oxiacetilênica

Cilindros

O oxigênio é acondicionado em cilindros metálicos de alta pressão (200 bar), pintados na cor 

 preta (para uso industrial). O acetileno, que por ser um gás instável, vem dissolvido em

acetona e é acondicionado em cilindros metálicos pintados na cor bordô, cheios de uma massa

 porosa. A pressão dos cilindros é ao redor de 15 bar. Figura 5b

 

Figura 5b: Cilindros com gases

Mas existe uma variação muito grande dos cilindros de gás comprimido em capacidade,

modelo e na cor. Na maioria dos países, no entanto, o tamanho destes cilindros varia entre 6 e

7 m3 e têm cor preta ou verde para oxigênio e marrom para acetileno. O oxigênio tem que

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estar armazenado de forma definitiva em cilindros de aço que possa ser usado na soldagem a

qualquer instante.

A parte superior do cilindro não é pintada para deixar em evidencia os dados que o fabricante

marcou tal como o número de série, peso líquido, data de fabricação, data para próxima

inspeção, operação e teste de pressão, capacidade, e inspetor. Por causa da alta pressão nos

cilindros de aço e a possibilidade de deterioração das paredes do cilindro de gás comprimido é

necessário que sejam testados em intervalos regulares de cinco anos. Cilindros de oxigênio

necessitam ser testados periodicamente com pressão de água acima de 2375 N/m2.

Reguladores de pressão

Reguladores de pressão de gases são necessários para reduzir a pressão do gás em um cilindro

ou controlar a pressão usada na tocha de solda. O princípio de construção de reguladores para

diferentes gases é o mesmo, isto se deve sempre por causa da pressão que eles são submetidos

 para controlar diferentes soldagens de gás a gás (por exemplo, 150 bar para oxigênio e 17 bar 

 para o acetileno) além do mais eles são designados para manter respectivamente diferentes

 pressões. Isto ocorre porque um regulador de gás é usado apenas para o gás para o qual ele é

designado. Para evitar confusão e perigos, a conexão para gases combustíveis e tubos deoxigênio tem roscas diferentes e correspondentes aos filetes das válvulas, um tem rosca direita

o outro com rosca esquerda, como indica a Figura 5c.

 

Figura 5c: Reguladores de Acetileno e de Oxigênio

Válvulas

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As válvulas de segurança devem ser utilizadas em todos os equipamentos de soldagem e corte

oxigás. São dispositivos importantes, pois podem minimizar, ou até evitar acidentes com esse

tipo de equipamento. As válvulas de segurança são de dois tipos: válvula contra retrocesso de

chama e válvula de contrafluxo.

A válvula contra retrocesso de chama é conectada ao regulador de pressão do combustível, ou

central de gases combustíveis. Essas válvulas devem evitar o contrafluxo dos gases, extinguir 

o retrocesso da chama e cortar o suprimento do gás combustível após o retrocesso. A válvula

de contrafluxo evita a passagem do combustível do maçarico em direção ao cilindro.

Válvulas para cilindros de oxigênio são feitas de latão que não é corroída quando exposta ao

oxigênio. Reguladores de pressão do oxigênio são conectados às válvulas do cilindros.

Válvulas ajustadoras no cilindro de oxigênio devem ser mantidas limpas e livres de óleo ou

graxa. Estas válvulas podem ser usadas em cilindros contendo nitrogênio, argônio, ar 

comprimido e dióxido de carbono.

Válvulas para cilindros de acetileno são feitas de aço porque ligas contendo mais de 70 % de

cobre quando expostas ao acetileno por longo tempo reage com ele para forma acetileno de

cobre e formando dentro um gel que pode dissociar violentamente ou explodir até quando for 

apenas ligeiramente lacrado ou tapado. Reguladores de pressão são conectados às válvulas de

cilindro de acetileno por clipes, e a válvula é aberta e fechada com uma chave de bocaespecial.

Mangueiras

O acetileno e oxigênio são levados do cilindro para tocha de solda por meio de mangueiras

feitas de borracha reforçada com as cores vermelha, preta ou verde, capaz de conduzir os

gases em linhas com altas pressões a uma temperatura moderada. Mangueiras de cor verdes

são destinadas para o oxigênio e as conexões são feitas com nipples de rosca plana e a direita.

Mangueiras vermelhas são usadas para levar gás combustível com porca diferenciada com

rosca a esquerda para conectar na saída do regulador de pressão e na conexão com a tocha. Na

indústria normalmente usa mangueiras pretas para transportar outro gás combustível.

Estas mangueiras são especificadas pelo diâmetro interno. Os diâmetros internos mais comuns

são 3.2; 4.8; 6.4; 7.9; 9.5 e 12.7 mm e são comercializadas em comprimentos de 4,5 até 20

metros, mangueiras especiais podem ser utilizadas com comprimentos até 40 metros.

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Mangueiras para o acetileno, gás LP, e combustíveis líquidos são projetados para trabalhar a

uma pressão de até 0.6 MPa e para o oxigênio para uma pressão de trabalho de até 1.5 MPa.

São exemplos de tipos de mangueira para tal fim, as da Figura 5d

Figura 5d: Mangueiras para uso em solda oxigás

Maçaricos

O maçarico recebe o acetileno e oxigênio puros, mistura-os na proporção adequada e fornece

esta mistura com uma velocidade e volume apropriados para a alimentação da chama. Podem

ser fabricados em diversos tamanhos para a realização de trabalhos leves, médios ou pesados.

Existem dois tipos básicos de maçaricos:• Maçarico misturador (de média pressão): utilizam acetileno e oxigênio na mesma pressão,

são de construção simples e devem ser usados com acetileno de cilindros. São mais seguros

no que diz respeito ao perigo de engolimento de chama pelo maçarico.

• Maçarico injetor (de baixa pressão): trabalham com baixa pressão de acetileno que é

aspirado pelo oxigênio fornecido a uma pressão maior. São mais usados em sistemas com

gerador de acetileno.

Para a operação de um maçarico, a pressão e a vazão dos gases utilizados devem ser compatíveis com o tipo e a capacidade do maçarico. O uso de uma pressão excessivamente

 baixa, a existência de dobras na mangueira, o superaquecimento do bico do maçarico, o toque

do bico do maçarico na poça de fusão ou a obstrução deste bico por uma partícula de metal

 podem causar o engolimento da chama. Durante este, a chama passa a queimar dentro do

maçarico e, em casos extremos, pode atingir a fonte de acetileno. O problema é minimizado

 pela regulagem correta da pressão dos gases e pelo uso do maçarico em boas condições.

Também é fundamental a colocação de válvulas contra retrocesso de chama no equipamento.

Um engolimento de chama pode causar queimaduras às pessoas, danos ao equipamento e, em

casos extremos, uma explosão.

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O equipamento básico é formado por:

• Corpo do maçarico

• Conexões das mangueiras

• Dois tubos separados para passagem dos gases

• Válvulas para controle da vazão dos gases

• Câmara de mistura dos gases

• Bicos

Figura 5e: Maçarico

Referências Bibliográficas:

HOMEM DE MELLO, F. D., WAINER, E., BRANDI, S. D. Soldagem: Processos e

Metalurgia. São Paulo: Editora Edgard Blucher Ltda., 1992.

MARQUES, P. V., MODENESI, P. J., BRACARENSE, A. Q., Soldagem – Fundamentos eTecnologia, 2ª Edição, Editora UFMG, 2007.

MARQUES, P. V., MODENESI, P. J., BRACARENSE, A. Q. Soldagem: fundamentos e

tecnologia. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2009. Macam, 47, maio/junho 1965.

S.A. WHITE MARTINS, "Curso completo de soldagem oxi-acetilênica",