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Capítulo 1

Corte de tuberías

1. Introducción

El presente capítulo contempla los distintos procesos de corte existentes en la industria para seccionar una tubería con las calidades y dimensiones adecuadas. Para ello, se estudiará cómo preparar y manejar las distintas máquinas y herramientas que se emplean en dichos procesos, además de identificar el procedimiento y útiles adecuados según el material y calidades deseadas.

Se enseñará a comprobar el correcto funcionamiento de la maquinaria empleada, así como a garantizar un adecuado mantenimiento.

Se tendrán siempre presentes las normas de calidad y de prevención de riesgos laborales que hay que seguir en las distintas fases del mecanizado de tuberías.

2. Seguridad en el corte de tuberías

El corte de tuberías, ya sea en su elaboración como en una tubería ya constituida, es una de las actividades relacionadas con el proceso de fabricación que tiene más riesgo, y por tanto, en la que más cuidado y seguridad hay que poner.

Estos riesgos y sus protecciones están relacionados con el corte metálico. En este primer punto se hará un recorrido general por los riesgos y protecciones a tener en cuenta, concretando también los problemas específicos de cada tipo de corte.

Gafas de protección

2.1. Protección y riesgos

En el trabajo de cualquier empresa industrial es imprescindible conocer todas las actividades productivas asociadas, así como los riesgos laborales y protecciones relacionados con ellas.

Equipos de protección individual

Definición

Riesgo laboral

Se refiere a la posibilidad de que un trabajador sufra un daño derivado de la tarea que realiza. Estos daños pueden ser enfermedades, patologías o lesiones.

Equipos de protección

Son aquellos elementos que usan los trabajadores para evitar los riesgos y los daños derivados de ellos.

Los mayores peligros relacionados con el corte metálico van ligados principalmente a la energía por la que se realiza la operación: la energía calorífica. Esto puede provocar situaciones de incendios, quemaduras de operarios, exposiciones a altas temperaturas, deslumbramientos e inhalaciones de humos metálicos y gases combustibles. A estos peligros específicos hay que añadir otros riesgos como el ruido producido en el corte o tropiezos con el cableado, además de nuevos problemas si se trabaja en lugares cerrados o en altura.

Los riesgos anteriormente descritos deberán evitarse o corregirse de las siguientes formas:

1 Quemaduras: uso de guantes protectores en las operaciones de corte.

2 Deslumbramientos: uso de gafas de corte para evitar que las radiaciones afecten a los ojos.

3 Inhalaciones de humo: uso de mascarillas para impedir la inspiración de gases perjudiciales.

4 Gases combustibles. Incendios: hacer un adecuado almacenaje de los gases empleados en el corte así como una correcta distribución de extintores para apagar el incendio en caso de que se produzca.

5 Ruido en el proceso de corte: uso de equipo de protección auditiva.

6 Caídas y tropiezos a mismo o distinto nivel: orden y limpieza del lugar de trabajo y uso de equipo de protección para labores de altura si trabajamos por encima del suelo.

Todos estos riesgos van a requerir que el operario destinado al corte metálico sea un perfecto conocedor del funcionamiento de los equipos y de las circunstancias que pueden provocar situaciones peligrosas.

Operaria con protecciones en máquina de corte de arcoplasma

3. Oxicorte. Equipo de oxicorte

El proceso de oxicorte permite seccionar un metal mediante su propia combustión. Esto se consigue calentando el material a altas temperaturas en presencia de oxígeno puro, lo que provoca una fuerte oxidación de sus partículas dando lugar al corte o sección del mismo.

Proceso de oxicorte

El seccionamiento del acero por medio del oxicorte comprende un procedimiento inicial que eleva la temperatura del metal a unos 850 °C. Posteriormente se proyecta el oxígeno sobre la superficie candente, produciendo una oxidación tan rápida del metal que su combustión atraviesa el espesor de la pieza a cortar.

El proceso de oxicorte solo es posible si se reúnen los siguientes condicionantes:

1 El punto de fusión del metal debe ser mayor a la temperatura de fundición del mismo, de no ser así el metal se derretiría formando un fluido viscoso y moldeable.

2 De igual forma, el óxido resultante de la combustión del metal debe poseer un punto de fusión menor, con el objetivo de evitar el entorpecimiento del corte por la escoria producida.

3 El procedimiento sólo puede aplicarse en metales que se inflamen por medio de oxígeno puro.

De los condicionantes anteriormente estudiados obtenemos un listado de materiales en los que se puede aplicar este proceso de corte:

1 Hierro dulce.

2 Chapa.

3 Aceros al carbono.

4 Aceros para moldes.

5 Aceros de baja aleación.

Sabía que...

Las aleaciones de acero hacen muy difícil su propia combustión, ya que en muchos casos tienen propiedades incombustibles, con lo que el proceso de oxicorte no podría utilizarse para éste tipo de materiales.

Por el contrario, en aceros altamente aleados, aceros inoxidables y fundiciones de cobre y aluminio no puede llevarse a cabo el proceso de oxicorte.

Recuerde

El oxicorte es un proceso que puede ser aplicado en materiales oxidables, donde una mezcla de gas combustible realiza un precalentamiento del material y un chorro de oxígeno puro realiza el corte por oxidación de sus partículas.

3.1. Características, descripción de los componentes e instalación

Para el oxicorte se emplea un equipo muy similar al usado en la soldadura oxiacetilénica, con la diferencia del soplete, que en este caso está constituido por tres tubos, dos para el gas de precalentamiento y uno para el oxígeno de corte.

Elementos del equipo de oxicorte

El equipo de oxicorte está formado por los siguientes dispositivos:

1 Soplete. Provisto de varias llaves que permiten el paso del gas de precalentamiento y del oxígeno de corte. La misión del soplete es realizar la mezcla de combustible y oxígeno para efectuar el proceso de corte.Soplete

2 Boquilla. Está construida en latón y su diseño incorpora unas hendiduras exteriores que permiten la circulación de la mezcla formada por gas y oxígeno para el precalentamiento de la pieza y un orificio interior que deja el paso del oxígeno de corte.Boquilla

3 Reguladores de presión. Los gases empleados en el proceso se guardan en recipientes a presiones superiores de las necesarias para efectuar el oxicorte. Por medio de manorreductores y reguladores de presión, se consigue la fuerza adecuada para la ejecución correcta del procedimiento, así como la mezcla perfecta para el corte continuo del material.Reguladores de presión

4 Mangueras. Son las encargadas de conectar el manorreductor situado a la salida de las bombonas de gas y oxígeno, con la entrada del soplete.

5 Bombonas o botellas. Sirven de recipiente para el gas de combustión y el oxígeno a presión.

Nota

El oxicorte es un proceso muy válido para el corte de tuberías de acero, sin embargo su uso en otras aplicaciones deja de ser útil debido a la gran superficie afectada por la temperatura, dando lugar a defectos y deformaciones del material.

3.2. Manejo y ajuste de parámetros

Los parámetros que influyen en el proceso de oxicorte son:

1 Clase de material.

2 Presión y tipo de gas combustible.

3 Grado de limpieza de la superficie de la pieza.

4 Porcentaje de pureza del oxígeno.

5 Tipos y diámetros de las boquillas.

6 Clases de inyectores.

7 Presión del oxígeno.

En la tabla siguiente se observa cómo influye el diámetro de la boquilla en algunos de los parámetros de corte.

Los gases más utilizados para el precalentamiento son el acetileno y el propano, aunque el propano es más barato que el acetileno, su utilización disminuye en un 16% la velocidad de corte. También influye el grado de pureza del oxígeno, la reducción del 1% en el grado de pureza puede disminuir entre un 20 y un 26 % la velocidad del corte.

Importante

Mantener una adecuada velocidad de salida del oxígeno puro permite obtener un rendimiento óptimo, así como un corte limpio sin escorias.

En esta tabla se muestran algunos parámetros aproximados que se deben contemplar a la hora del proceso de corte de una tubería mediante oxicorte con gas acetileno.

Aplicación práctica

Durante la mañana de trabajo, el dueño de la fábrica de mecanizados donde trabaja se ha acercado a usted para preguntarle sobre la compra de un equipo nuevo para el corte de tuberías. La siguiente imagen muestra un equipo de corte y algunas herramientas de un catálogo. Identifique de qué sistema se trata y explique los componentes que lo forman.

SOLUCIÓN

El equipo está formado por un carrito que soporta dos botellas, una de oxígeno y otra de acetileno. A la salida de cada botella se encuentran los reguladores de presión que están conectados con el soplete mediante dos mangueras.

El soplete tiene un cuerpo formado por varios tubos y una maneta que regula el paso del oxígeno, por tanto se trata de un equipo de oxicorte. El maletín trae además unas gafas de protección y distintas boquillas para acoplar al soplete.

Máquinas y herramientas para oxicorte

En la industria, además del oxicorte manual podemos encontrar una serie de máquinas semiautomáticas y automáticas que permiten la realización de tareas de corte con una precisión y velocidad de ejecución mayor. Para ello solo es necesario la programación y el ajuste adecuado de todos los parámetros que intervienen en el proceso.

Oxicorte automático

Nota

Este tipo de máquinas son muy empleadas en la industria de fabricación de tuberías y en ocasiones están provistas de una serie de tubos de aspiración que permiten recoger la escoria producida durante el corte, lo que mejora la calidad de la cortadura y evita impurezas que puedan afectar a procesos posteriores en el mecanizado de tuberías.

Aplicación práctica

Para empezar su jornada laboral en el taller de mecanizado, debe programar la máquina de oxicorte. Lo único que conoce de las tuberías es el material, que se trata de acero dúctil y el espesor, que está entre 5 y 8 mm. A continuación, se muestran algunos de los parámetros de entrada que necesita la maquinaria para iniciar su funcionamiento:

1 Tipo de material.

2 Geometría de la pieza.

3 Espesor de la chapa.

4 Diámetro de la boquilla.

5 Gas de precalentamiento.

6 Presión del oxígeno.

7 Velocidad de corte.

SOLUCIÓN

1 Tipo de material Acero dúctil

2 Geometría de la pieza Tubular

3 Espesor de la chapa 5 - 8 mm

4 Diámetro de la boquilla 0,8 mm

5 Gas de precalentamiento Acetileno

6 Presión del oxígeno 1,5 bar

7 Velocidad de corte 17 m / h

4. Arcoplasma. Equipo de arcoplasma

El fundamento del corte con plasma es diferente al del oxicorte. En el plasma, el corte se realiza a altísimas temperaturas, que funden casi instantáneamente el metal llegando a volatilizarlo.

En el corte por plasma se alcanzan temperaturas de hasta 50.000 °C.

4.1. Características, descripción de los componentes e instalación

El plasma, responsable del corte en este procedimiento, se produce cuando un chorro de un gas que inicialmente está frío, es calentado por un arco eléctrico y se le hace pasar por un orificio estrecho para reducir su sección. Con el proceso anteriormente descrito, el gas adquiere gran temperatura y velocidad, de tal forma que funde y volatiliza la pieza a cortar, produciendo una cortadura limpia.

Las características de las máquinas de arcoplasma, varían si son plasmas manuales o mecánicos. En el caso de sistemas manuales de plasma, estos se manipulan directamente por el operador. En el caso de plasmas mecánicos, la cortadura la realiza una máquina en una mesa de corte mediante control informático.

Nota

Los componentes esenciales del corte por plasma son el soplete y las fuentes de potencia.

Soplete

Es el elemento donde se produce el arco eléctrico y la elevación de temperatura que da lugar al plasma. Los tipos y tamaños de los sopletes de arcoplasma dependen del espesor del material a cortar. A continuación se presenta un esquema general de un soplete de arcoplasma:

Los componentes principales del soplete son:

1 Electrodo: responsable del proceso eléctrico que eleva la temperatura del gas.

2 Boquilla: lugar por el que sale el gas a gran velocidad y temperatura y que produce el corte del material.

3 Copa de protección o cápsula protectora: elemento responsable de la protección del electrodo y de la boquilla de las proyecciones y chispas derivadas del corte del metal.

La posición del soplete en la operación del corte con plasma es variable. Hay veces que se mantiene en contacto el soplete y la pieza, y en otras ocasiones, es necesaria una separación con el trozo a cortar.

Fuentes de potencia

El proceso de corte por arcoplasma requiere una fuente de potencia de corriente continua. El voltaje de trabajo varía entre los 50-60 voltios hasta los 200, por lo que los voltajes de la fuente de potencia a la que va conectada la máquina deben tener entre 150 y 400 voltios.

Las instalaciones de máquinas de arcoplasma son diferentes dependiendo si se trata de equipo manual o equipo de arcoplasma mecanizado.

Equipo de arcoplasma manual

La máquina se compone de:

1 Equipo eléctrico portátil: es la fuente de potencia del aparato de arcoplasma. Está conectado a la red eléctrica, pudiendo transportarse al lugar donde se realiza el trabajo.

2 Equipo de gases: es el mecanismo, también portátil, que transfiere el gas al proceso de arcoplasma. Normalmente está constituido por las bombonas de los gases correspondientes.

3 Pistola: es la herramienta con la que se realiza el corte en sí. En ella se encuentra el soplete con todos sus elementos.

Equipo de arcoplasma mecanizado

En este equipo la instalación eléctrica y de gases no es portátil.

El arcoplasma mecanizado se caracteriza porque se transporta la pieza y no la máquina.

Se constituye principalmente por los aparatos fijos eléctricos y de gases, por la mesa de corte y por un equipo informático, llamado control numérico, en el que se introducen las piezas a cortar.

Nota

El corte realizado en este equipo es mucho más preciso que el corte manual.