Tipos de llamas utilizadas en el proceso de soldadura oxiacetilénica. Con el objetivo de obtener el máximo rendimiento de la antorcha para soldadura oxiacetilénica, es importante que se conozcan que tipos de llamas se pueden lograr y sus usos en las diferentes operaciones de soldadura.

Los tipos de llamas se producen mediante el ajuste de las válvulas de aguja de las antorchas. Estas son:

Llamas carbonizantes o carburantes: Esto quiere decir que son ricas en acetileno. A la llama carbonizante se le también se le conoce como llama reductora (5700°F-5750°F), (3150°-3180°C).

Llama neutra o neutral: Esta llama no tiene exceso ni de oxígeno ni de acetileno. En resumen, la combustión del acetileno es completa o queda oxígeno (5850°F-5900°F (3232°-3260°C).

Llama oxidante: Esta llama es rica en oxígeno. Luego de quemarse completamente el acetileno, quedará algo de oxígeno (6300°F), (3480°C)

A pesar de que cada tipo de llama tiene un uso especifico en soldadura, no todas son adecuadas para todos los tipos de soldadura.

Para comprender de forma básica las llamas y los efectos sobre la soldadura empezaremos por determinar que efecto produce cada llama sobre acero de bajo contenido de carbono (acero dulce). Elegimos acero de bajo carbono para esta comparación por que:

El acero dulce es el metal soldable más común hoy en día. Por tanto, será el más fácil de obtener y es muy probable que represente un alto por ciento de las piezas trabajar de los soldadores.

Con un cambio de llama durante la soldadura de acero dulce se muestra rápidamente las reacciones que crea en el baño, ayudando a ejercer un control estricto de los ajustes de la llama.

Debido a que el acero está compuesto básicamente de hierro y carbono, y que el contenido de carbono en el acero afecta radicalmente las propiedades fisicas, es imprescindible controlar la llama, que en el caso de la llama carburante añadiría más carbono al metal depositado, o en el caso de una llama oxidante, tiene la capacidad de quemar el carbono del baño o para ese caso el hierro como tal.

Debido a que se utilizan varios tamaños de boquilla en la soldadura y que puede obtenerse un variado número de llamas neutrales con cada boquilla, teniendo cada una lengüetas y conos de diferentes longitudes en fracciones de pulgada, entonces se entiende fácilmente que la longitud de la lengüeta o el cono medido en fracciones de pulgada no ofrecería una idea exacta de la cantidad de carbono presente. Por tanto la comparación se realiza con relación a la longitud del cono neutral, independientemente del tamaño de la boquilla. Este método de comparación se conoce como sistema “X” de llamas carbonizantes. Por tanto, en una llama 2X la lengüeta y el cono son de igual longitud. Con una llama 3X la lengüeta es dos veces la longitud del cono neutral, y con una llama 1 l/8X, la lengüeta es 1/8 del tamaño del cono neutral.

Efectos de añadir carbono al acero:

Aumento de la resistencia a la tracción hasta un máximo de 0.83% de carbono. Más allá de este punto, la adición de carbono provocaría un rápido descenso de la resistencia a la tracción.

Disminución de la ductilidad y de la resistencia al impacto del material a medida que se aumenta el contenido de carbono.

Donde se ha quemado el carbono del acero mediante una llama oxidante, se producirían los siguientes efectos.

La resistencia a la tracción disminuiría. Si la oxidación es lo suficientemente fuerte como para provocar inclusiones de

óxido o gas, la ductilidad y la resistencia al impacto disminuirían.

Llama carbonizante o carburante:

La llama carbonizante es rica en acetileno. Esta se muestra como una lengüeta al final del cono. El tamaño de la lengüeta indica el exceso de acetileno en la llama. El exceso de acetileno a su vez produce exceso de carbono en la llama y de ahí el nombre de llama carbonizante.

Debido a que se utilizan varios tamaños de boquilla en la soldadura y que puede obtenerse un variado número de llamas neutrales con cada boquilla, teniendo cada una lengüetas y conos de diferentes longitudes en fracciones de pulgada, entonces se entiende fácilmente que la longitud de la lengüeta o el cono medido en fracciones de pulgada no ofrecería una idea exacta de la cantidad de carbono presente.

Por tanto la comparación se realiza con relación a la longitud del cono neutral, independientemente del tamaño de la boquilla. Este método de comparación se conoce como sistema “X” de llamas carbonizantes. Por tanto, en una llama 2X la lengüeta y el cono son de igual longitud. Con una llama 3X la lengüeta es dos veces la longitud del cono neutral, y con una llama 1 l/8X, la lengüeta es 1/8 del tamaño del cono neutral.

Reacciones de la llama carbonizante sobre el acero dulce

Una llama carbonizante añade carbono al depósito y al metal que lo rodea, aumentado el contenido de carbono. En cantidades razonables, esto tiende a aumentar la resistencia a la tracción de esta área, pero trae como consecuencia una pérdida de la ductilidad y de la resistencia al impacto.

La soldadura, al enfriarse, variará en color de oscura y brillante con una lengüeta pequeña, a opaca y escamosa con una lengüeta grande. No habrá decoloración en los márgenes de la soldadura.

Reacciones visibles en el baño: La primera señal de exceso de carbono sería un borde oscuro y neblinoso en el baño. Esto viene acompañado de un burbujeo en el baño, similar a la avena hirviendo. En casos extremos ocurren chispas rojas y se hace difícil el control del cordón de soldadura.

Uso de la llama carbonizante:

Soldadura por fusión de los aceros aleados o de aceros dulces utilizando varillas de aporte de alta resistencia y baja aleación (1 l/8X).

Soldadura por fusión de aceros de medio y alto contenido de carbono (generalmente para reparaciones solamente, no recomendada para la fabricación).

Revestimiento con metal duro (2 —3X). Soldadura fuerte con aluminio (2 — 3X). Soldadura fuerte con plata (2 — 3X).

Llama neutral:

Una llama neutral ocurre en un punto cuando la lengüeta desaparece. (y no más). También puede describirse como el cono de mayor longitud y limpieza permaneciendo constante la cantidad de acetileno utilizada.

Reacciones de una llama neutral sobre el acero dulce:

Como lo indica la palabra neutral, no hay exceso de oxígeno ni de acetileno en la llama. Por tanto, una llama neutral no añade nada al depósito, ni tampoco toma nada.

Cuando el baño es limpio, la soldadura es fuerte y dúctil. La resistencia a la tracción es buena. Debe haber poca o ninguna decoloración marginal en los bordes de la soldadura.

Reacciones visibles en el baño: Con una llama neutral el baño es claro, estable, silenciosa y como pulida. La definición del baño (contorno) es clara. Durante la soldadura debe haber poca o ninguna incandescencia marginal. El chisporreteo no será excesivo si el material está limpio y la aplicación del calor y la varilla se realizan de forma correcta.

Usos de la llama neutral:

Soldadura por fusión de aceros de bajo contenido de carbono. Soldadura por fusión del aluminio. Soldadura por fusión del hierro fundido. Soldadura fuerte de los aceros. Soldadura fuerte del cobre y sus aleaciones. Corte con llama. Calentamiento.

Llama oxidante:

Cualquier llama con un contenido de oxígeno superior al de una llama neutral es una llama oxidante. Donde se añade más oxígeno que una llama neutra, el cono se hace más corto, agudo y de un azul más pálido. La envolvente también se acorta.

Debido a que una llama oxidante no tiene la variedad de usos comunes de los otros tipos de llama, generalmente se designa como una llama ligeramente oxidante o fuertemente oxidante según sea necesaria para el trabajo.

Reacciones de una llama oxidante sobre el acero dulce:

El exceso de oxígeno en la llama primero ataca el carbono del acero, quemándolo. Luego ataca al hierro como tal, quemándolo y dejando soldaduras parecidas a escorias de una pobre resistencia a la tracción y de escasa ductilidad, con alta porosidad e inclusiones con alto contenido de óxidos.

Al enfriarse, la soldadura es opaca y los márgenes de la soldadura presentan un borde oscuro y guijarroso.

Reacciones visibles en el baño:La primera señal de exceso de oxígeno es una película nublada sobre la superficie del baño. Esto viene seguido de márgenes incandescentes en los bordes de la soldadura y detrás del cono. Aparecen chispas. En casos severos aparece una espuma blanca acompañada por un sonido de algo quemándose (similar a cuando se quema madera).

Usos de una llama oxidante:

Soldadura por fusión de latón y bronce (ligeramente oxidante). Soldadura fuerte de cobre e hierro galvanizado (ligeramente oxidante). Quemado de las superficies de recubrimiento sobre hierro fundido, preparatorio para

la soldadura fuerte (ligeramente oxidante). Soldadura fuerte de hierro fundido y hierro fundido maleable.

2.3- Propiedades de la llama

Es evidente que las propiedades de la llama van a depender del tipo de gas que se utilice como combustible. A continuación se definen aquellas características que deben ser tenidas en cuenta para que el proceso de soldadura se lleve a buen término:

- Térmicas: Para que se produzca la soldadura la temperatura de la llama debe ser muy superior a la de fusión del metal base, de tal forma que se compense las pérdidas de calor que se dan durante el proceso de soldeo.

- Químicas: La llama debe poseer propiedades reductoras, dado que de ser oxidante originarían en el metal base características mecánicas no deseables.

- De aplicación industrial: La llama debe ser estable para que pueda ser utilizado como método de soldeo. La estabilidad de la llama se consigue por equilibrio entre la velocidad de salida del gas (Vg) y la velocidad de propagación de la llama (Vp). En el caso que Vp>Vg se originaría un retroceso de la llama e imposibilitaría el proceso de soldadura, además de resultar muy peligroso para la seguridad.

Por otro lado, debe ser rígida. La rigidez de la llama es función de la velocidad de combustión, a la vez que ésta depende de la proporción y presión de los gases combustible y comburente.

Además, la llama debe poder regularse fácilmente. La flexibilidad en la regulación va a depender de los límites de inflamación de la mezcla.

- Económicas: Las características de la llama deben ser tales que permita soldar a una velocidad adecuada para que el proceso resulte rentable.

Adjunto se muestra una figura con las zonas que se pueden distinguir en una llama,

 

Zona A: zona azul o dardo que es donde se calienta la mezcla hasta la temperatura de inflamación;

Zona B: zona donde se produce una elevación de la temperatura;

Zona C: zona donde se alcanza la máxima temperatura;

Zona D: zona donde se produce la concentración de los productos de la reacción primaria;

Zona E: penacho, donde se origina la combustión secundaria.

Como conclusión a este punto, cabe decir que la llama que reúne las mejores cualidades para la soldadura por gas es la llama oxiacetilénica.

3.5- La llama oxiacetilénica

Es el tipo de llama que se origina en la punta de la boquilla por la combustión de 1 volumen de oxígeno (Vo) con 1.1 a 1.3 volúmenes de acetileno (Va). El volumen de los gases se regula mediante las llaves situadas en el mango del soplete. Dependiendo de la relación entre los volúmenes de los gases se distinguen tres tipos de llamas que tienen aplicaciones diferentes. La normalmente empleada para soldadura de aceros es la llama neutra.

 

A continuación se muestra las distintas zonas que se pueden distinguir en la llama oxiacetilénica y las reacciones que se originan en cada caso.

 

a) Zona A

Se distinguen a su vez dos regiones en esta zona, a saber:

- Región 1: Se produce la mezcla de acetileno y oxígeno a temperatura baja. Se distingue como un cono o dardo de color azulado brillante.

- Región 2: Se sitúa inmediatamente después de la Región 1 y es donde tiene lugar la reacción primaria originándose a su vez un aumento brusco de la temperatura, alcanzando su valor máximo al final de un cono de color verdoso. La reacción que tiene lugar es reductora y por tanto apta para soldar.

C2H2 + O2  —>  2CO + H2 + 106500 (cal) b) Zona B ó Penacho

En esta zona tiene lugar la reacción secundaria como consecuencia del contacto con el aire. No es una zona apta para la soldadura dado que su temperatura es baja. La zona de alta temperatura está poco definida y los gases resultantes no dan la protección adecuada.

CO + ½ O2 + 2N2  —>  CO2 + 2N2 + 68000 (cal)H2 + ½ O2 + 2N2  —>  H2O + 2N2 + 58000 (cal) 

3.6- Productos de aporte

A continuación se describe la función que desempeña el metal de aporte y los fundentes.

a) Metal de aporte

Se suministran en varillas de metal que se funden con la llama y se depositan sobre los bordes de la pieza a soldar o sobre la superficie para compensar desgastes. Además, pueden ser utilizados para conferir ciertas propiedades mecánicas al metal base.

Para la elección del material de aporte se debe tener en cuenta los siguientes factores:

- que sea de la mejor calidad posible;

- que las propiedades mecánicas del metal de aporte sean tales que la unión soldada que resulte posea mejores propiedades mecánicas que el metal base;

- se recomienda que en su composición química haya exceso de Mn, Si y C;

- el diámetro de la varilla será en función del método de ejecución y del espesor de la pieza a soldar.

Según la naturaleza del metal base, el tipo de varilla de aporte en la soldadura fuerte puede clasificarse en:

- Cobre puro;

- Aleaciones a base de plata;

- Aleaciones a base de cobre;

- Aleaciones a base de aluminio.

 b) Fundentes

Como ya se trató anteriormente en la sección 3.3 los fundentes son productos químicos que se utilizan para evitar la formación de óxidos que puedan quedar ocluidos en la unión soldada. Su uso es obligatorio para la soldadura de todos los metales y aleaciones salvo para el acero suave.

Los requisitos que deben reunir los fundentes son tales que:

- deberán ser capaz de disolver la película de óxido que se forma durante el proceso de soldeo;

- el compuesto resultante (fundente+óxido) deberá ser ligero y flotar en el metal fundido, para evitar así que quede ocluido en el interior de la soldadura;

- deberá poseer una temperatura de fusión inferior a la del metal base.

 

Metal Varilla Tipo de Llama Fundente

Acero Suave Acero al Carbono Neutra No

Acero Inoxidable Acero Inoxidable Neutra Sí

Aleación de Aluminio

Aluminio Carburizante Sí

Aleación de Cobre Cobre Neutra Sí